王軍
【摘要】本文主要探討了混凝土聚羧酸減水劑常溫合成工藝,從高性能減水劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理出發(fā),以理論為基礎(chǔ),通過(guò)聚合,并合成出具有梳型分子結(jié)構(gòu)聚羧酸減水劑。就聚羧酸減水劑合成及性能試驗(yàn)進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】聚羧酸;減水率;凈漿流動(dòng)度;強(qiáng)度
引 言
近年來(lái),混凝土已成為當(dāng)今不可缺少的建筑材料,如何改善混凝土性能,以滿足工程建設(shè)需要,是混凝土技術(shù)人員和使用人員長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。聚羧酸減水劑出現(xiàn)為配制高流動(dòng)性、高耐久性的混凝土,是改善混凝土的工作度,提高混凝土流動(dòng)性,在保持工作性能不變的情況下,減少水泥、用水量提高混凝土強(qiáng)度,在保證滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下,減少單位體積混凝土的水泥用量,節(jié)約水泥;改善混凝土拌合物的可泵性以及其它物理性能。因此混凝土生產(chǎn)企業(yè)在高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)中使用聚羧酸減水劑。
1、發(fā)展過(guò)程
聚羧酸減水劑最早出現(xiàn)在日本,1986年日本觸媒公司第一次取得聚羧酸減水劑專利,從此這種全新的高性能減水劑引起各方重視,國(guó)際上紛紛開(kāi)始了對(duì)聚羧酸減水劑研究。20世紀(jì)90年代,日本開(kāi)始了聚羧酸減水劑的實(shí)際工程應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn)。北美和歐洲的聚羧酸減水劑的起步落后于日本,2000年以后,北美和歐洲的聚羧酸減水劑進(jìn)入了快速發(fā)展階段。
1998年起我國(guó)開(kāi)始研究聚羧酸減水劑。2001年上海建筑科學(xué)研究院研制成功國(guó)內(nèi)第一例聚羧酸減水劑產(chǎn)品,并于2002年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。從聚羧酸減水劑發(fā)明到現(xiàn)在,聚羧酸減水劑已經(jīng)經(jīng)歷了二十幾年的不斷發(fā)展和改進(jìn),進(jìn)入21世紀(jì)后由于高性能混凝土概念已經(jīng)廣泛被人們接受,混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)耐久性,聚羧酸減水劑也步入快速發(fā)展階段。這類新型的高性能減水劑的性能與以前減水劑相比是如此優(yōu)異,加上其生產(chǎn)和應(yīng)用具有綠色環(huán)保特點(diǎn),以至于普遍公認(rèn)聚羧酸高性能減水劑是新一代減水劑產(chǎn)品,代表著混凝土外加劑行業(yè)今后的發(fā)展方向。
2、實(shí) 驗(yàn)
2.1 原材料
巰基乙酸,化學(xué)純,分子式C2H4O2S,分子量91.1096,密度1.33g/ml;
丙烯酸, 化學(xué)純,分子式C3H4O2,相對(duì)分子量72.06,相對(duì)密度1.05;
過(guò)氧化氫,分析純,化學(xué)式H2O2,分子量34.01,密度1.13g/ml(20℃);
TPEG,改性聚醚,分子量2400;
氫氧化鈉,分析純,化學(xué)式NaOH,分子量39.9971,密度2.130 g/cm3;
去離子水,工業(yè)品
維生素C,分析純,分子式C6H8O6,分子量176.12u
AMPS,化學(xué)純,分子式C7H13NO4S,分子量207.24,密度1.45
2.2 主要儀器設(shè)備
(1)玻璃儀器
四口燒瓶、回流冷凝管、容量瓶、錐形瓶、溫度計(jì)等
(2)主要設(shè)備
電動(dòng)攪拌器,江蘇金壇榮華儀器制造有限公司; 分析天平,上海方瑞儀器有限公司;
水泥凈漿攪拌機(jī),無(wú)錫建儀儀器機(jī)械有限公司;電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱,濟(jì)南電爐烘箱廠
2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
2.3.1 常溫條件下聚羧酸減水劑合成
往四口燒瓶中加入計(jì)量的去離子水,TPEG改性聚醚,在15-20℃時(shí)同時(shí)滴加丙烯酸和引發(fā)劑水溶液,必須滴加2-3小時(shí),減慢反應(yīng)速度,提高鏈接質(zhì)量,反應(yīng)結(jié)束。保溫1小時(shí)后,邊攪拌邊加入定量液堿,調(diào)節(jié)PH值,得到聚羧酸減水劑。
2.3.2 產(chǎn)品性能測(cè)試
按照GB/T8077《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中規(guī)定測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度;GB8076《混凝土外加劑》中規(guī)定試驗(yàn)方法測(cè)定混凝土坍落度和混凝土抗壓強(qiáng)度。
3、測(cè)試結(jié)果
3.1 聚羧酸減水劑與水泥的適應(yīng)性能
按照2.3.1試驗(yàn)方法合成自制聚羧酸減水劑,依據(jù)GB/T8077《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中規(guī)定測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度。選用生產(chǎn)中使用的大連長(zhǎng)興島臨港工業(yè)區(qū)天瑞水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5水泥。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表:
水灰比 水泥(g) 拌合用水(g) 聚羧酸減水(g) 初始凈漿(mm) 1h凈漿(mm)
0.29 300 87 1.0 290 280
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看,聚羧酸減水劑與天瑞水泥有較好的適應(yīng)性。
3.2 聚羧酸減水劑混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)
混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)以生產(chǎn)中常用配合比進(jìn)行試驗(yàn),在不摻入聚羧酸減水劑和摻量在0.4%聚羧酸減水劑情況下,具體數(shù)值見(jiàn)下表:
用水量/kg 坍落度/mm 抗壓強(qiáng)度/MPa
0h 1h 3d 28d
240 200 165 12.3 31.3
170 230 215 23.7 45.2
從混凝土坍落度看,混凝土用水量240kg沒(méi)有加入聚羧酸外加劑,混凝土坍落度1小時(shí)損失35mm;混凝土用水量175kg加入0.4%聚羧酸減水劑混凝土1小時(shí)損失15mm。從混凝土抗壓強(qiáng)度看加入聚羧酸減水劑的混凝土28d抗壓強(qiáng)度值比不加入聚羧酸的混凝土28d抗壓強(qiáng)度值高13.9MPa。
結(jié) 論
4.1 從上述試驗(yàn)中可以看出,在15-20℃條件下合成聚羧酸減水劑可以用在混凝土中;
4.2 通過(guò)水泥凈漿試驗(yàn),聚羧酸減水劑與水泥有較好適應(yīng)性;
4.3 聚羧酸減水劑在混凝土中保坍性好,增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度好;
4.4該方法合成聚羧酸減水劑,工藝簡(jiǎn)單,降低成本,減少污染。
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