聚羥酸減水劑摻量對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

翁家瑞

(武夷學(xué)院 土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300)

聚羥酸減水劑(簡(jiǎn)稱pc)是以帶有羥基、磺酸基、羥基、聚氧化烯基鏈節(jié)等活性基團(tuán)的不飽和可聚合單體為原料，經(jīng)直接共聚法、聚合后功能化法或原位聚合與接枝法制得的第三代減水劑。［1，2］本研究以聚羧酸減水劑的摻量為參數(shù)，研究了其對(duì)水泥凈漿、水泥砂漿的宏觀試驗(yàn)和XRD 細(xì)觀試驗(yàn)的影響。并對(duì)比了同摻量時(shí)宏觀試驗(yàn)結(jié)果和細(xì)觀試驗(yàn)結(jié)果。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

減水劑:江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，減水劑為透明的純母液，固含量為20%。

表1 水泥的化學(xué)組成

水:符合JGJ63 混凝土拌和用水的技術(shù)要求。膠砂:廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)砂。水泥:江西萬年青水泥股份有限公司生產(chǎn)的P. O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，該水泥的細(xì)度為1.66% (80μm 篩余)，比表面積353m2/kg，燒失量為1.27，水泥的化學(xué)組成詳見表1，水泥的其它性能均符合GB175－2007 《通用硅酸鹽水泥》的相關(guān)要求。

1.2 試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)方法

根據(jù)聚羧酸減水劑摻量(以固體含量占水泥用量的百分?jǐn)?shù)計(jì))進(jìn)行了6 組水泥凈漿試驗(yàn)。水泥凈漿試驗(yàn)的配合比詳見表2。

水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn):按照GB/T 8077－2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》采用截錐試模測(cè)定各組水泥漿體的流動(dòng)度，截錐試模尺寸為高度60mm，上口內(nèi)徑70mm，下口內(nèi)徑100mm，水泥凈漿的測(cè)定齡期為0、0.25h、0.5h、1h、2h。

從齡期為1d 的J1、J3、J5 凈漿試塊和齡期為3d 的J3 凈漿試塊中，分別取出小塊試樣，并研磨成粉末后進(jìn)行X 射線衍射測(cè)試。［3］X 射線衍射儀器參數(shù):工作電壓0kV，2θ 角掃描范圍為5° ～60°(大于60°時(shí)，僅SiO2等有較小的衍射峰，故略去)，連續(xù)掃描速度為0.002° ～10°/min。

表2 水泥凈漿的試驗(yàn)配合比

水泥凈漿的初、終凝時(shí)間參考GB/T 1346－2011 《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》用維卡儀進(jìn)行測(cè)定。由表3 可知:隨著聚羧酸減水劑的摻量增加，水泥凈漿的初凝和終凝時(shí)間也相應(yīng)增加，這是由于聚羧酸減水劑中支鏈對(duì)水泥漿體有緩凝作用。

表3 聚羧酸減水劑摻量對(duì)水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響

2 流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析

由圖1、圖2 可以看出，J3 ～J6 水泥凈漿的流動(dòng)度顯著優(yōu)于J1、J2。J1 組水泥凈漿初始流動(dòng)度為242mm、2h 時(shí)流動(dòng)度為216mm，可見J1 組的水泥凈漿的分散性相對(duì)較差。齡期為0h 時(shí)，每增加0.03%摻量的聚羧酸外加劑，J1 ～J5 各凈漿的流動(dòng)度分別提高8.3%、5.3%、2.5%、1.1%、1.0%。齡期為0.25h、0.5h、1h、2h 時(shí)，J1、J2 的流動(dòng)度也比J3～J5 的提高幅度大很多。J1、J2、J5、J6 在第1h、第2h 內(nèi)的經(jīng)時(shí)損失流動(dòng)度大體相當(dāng)，可見0.15%、0.18%、0.27%、0.30%外加劑摻量的水泥凈漿的保塑性較好，J3 在第2h 內(nèi)的流動(dòng)度損失14mm (第1h 內(nèi)為6mm)、J4 在第2h 內(nèi)的流動(dòng)度損失10mm(第1h 內(nèi)為6mm)均明顯大于第1h 內(nèi)的流動(dòng)度損失，可見0.21%、0.24%外加劑摻量的水泥凈漿的保塑性略有降低。當(dāng)聚羧酸外加劑的摻量為0.15%～0.24%，隨著聚羧酸外加劑摻量的增加，水泥凈漿的流動(dòng)度顯著提高;當(dāng)聚羧酸外加劑的摻量為0.24% ～0.30%，隨著聚羧酸外加劑摻量的增加，水泥凈漿的流動(dòng)度提高不多。

圖1 水泥凈漿流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失

圖2 外加劑摻量與凈漿流動(dòng)度

對(duì)聚羧酸減水劑摻量x 與2h 齡期的凈漿流動(dòng)度y 進(jìn)行回歸分析，得到擬合公式(2):

該公式的相關(guān)系數(shù)R2=0.9942 ＞0.99，可見聚羧酸減水劑摻量和凈漿流動(dòng)度之間存在密切關(guān)系。

3 XRD 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖3 聚羧酸摻量及齡期對(duì)XRD 的影響

由圖3(a)、(b)、(c)可知:隨著聚羧酸減水劑摻量的增加，Ca(OH)2的衍射波峰(2θ =18.02°)顯著降低，其峰強(qiáng)從聚羧酸摻量0.15%的1060counts降低到聚羧酸摻量0.27%的826counts，這是因?yàn)殡S著聚羧酸摻量的增加，水泥顆粒的分散更充分，使早期水化程度提高，降低了Ca(OH)2的衍射波峰。從圖3(a)、(c)，也表明聚羧酸減水劑摻量從0.15%到0.27%，C3S 的衍射波峰(2θ =29.44°)峰強(qiáng)從約1003counts 降低到約827counts，C2S 也有類似的現(xiàn)象。這是由于水化越充分，消耗的C2S、C3S 越多，其衍射波峰的峰強(qiáng)隨之降低。由圖(b)、(d)可知:隨著齡期的增加，Ca(OH)2的衍射波峰峰強(qiáng)從1055counts 降低到828counts，這是由于Ca(OH)2參與水化反應(yīng)后，其數(shù)量相應(yīng)減少，衍射波峰峰強(qiáng)降低。Ca (OH)2、SiO2、C2S、C3S 等水化產(chǎn)物在圖3中的衍射波峰都比較強(qiáng)，SiO2的衍射波峰最多，但SiO2較穩(wěn)定，故與本研究無相關(guān)性。

Ca (OH)2的衍射波峰峰強(qiáng)隨聚羧酸減水劑摻量的增加而下降。由于Ca (OH)2呈針片狀，容易在骨料表面附近集中，常成為砂漿、凈漿中較脆弱的部分，它的減少可以使水泥凈漿的細(xì)觀結(jié)構(gòu)更致密。［4－6］

C2S、C3S 的衍射波峰峰強(qiáng)隨聚羧酸減水劑摻量的增加而下降。因?yàn)榧尤朐蕉嗟木埕人釡p水劑，水泥顆粒的分散性就越好，水化時(shí)消耗的C2S、C3S 就越多，水化越充分，水化產(chǎn)物也越多，水化產(chǎn)物的致密性也越好。

4 結(jié)論

(1)聚羧酸減水劑摻量從0.15% 增加到0.27%時(shí):1 天齡期的凈漿XRD 中，C3S 的衍射波峰峰強(qiáng)下降了17.5%;0h 凈漿的流動(dòng)度增加了18.2%，2h 凈漿的流動(dòng)度增加了21.8%?？梢姾暧^試驗(yàn)凈漿流動(dòng)度與XRD 細(xì)觀試驗(yàn)中C3S 的衍射波峰峰強(qiáng)變化具有很好的正相關(guān)性。

(2)隨著聚羧酸減水劑的摻量增加，水泥凈漿的初凝和終凝時(shí)間也相應(yīng)增加。

(3)對(duì)2h 齡期的凈漿流動(dòng)度y 的宏觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了回歸分析，得出了以聚羧酸摻量x 為變量的擬合公式:y=－2.3036x2+25.096x+220.1。

［1］田培，劉加平，王玲，等. 混凝土外加劑手冊(cè)［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

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