國(guó)內(nèi)混凝土原材料變化與聚羧酸減水劑的應(yīng)用

賀眾宜王長(zhǎng)明

1.湖南省株洲大禹恒基新材料有限公司 湖南 株洲412000

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在高強(qiáng)高性能混凝土制備過(guò)程中加入外加劑可以減少因水泥水化熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量,比如加入聚羧酸減水劑,利用其存在的羧基和羥基鏈節(jié)等活性基團(tuán)單體,結(jié)合其他化學(xué)手段使混凝土在堿性環(huán)境中發(fā)生水解,能有效釋放減水成分,使聚羧酸減水劑分散作用更加持久。在聚羧酸減水劑分散和保持分散作用的基礎(chǔ)上,使得加入減水劑的混凝土有更好的流動(dòng)性和坍落度保持度,從而有效滿足遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和施工的要求。

1 聚羧酸減水劑作用原理

聚羧酸減水劑的特性如下:首先從外觀上看,該減水劑為透明液體,呈淺褐色。其次,其結(jié)構(gòu)為羧酸類接枝聚合物,具有減水率高、摻量低以及保持坍落度好的特點(diǎn)。其基本工作原理是利用減水劑中羧基和酸鹽、羥基等活性基團(tuán)單體使得減水劑的分散作用更加持久,同時(shí)還起到早強(qiáng)的作用。隨著對(duì)材料科學(xué)研究的深入,聚羧酸減水劑的作用機(jī)理也更加明確,包含了分散機(jī)理和保持分散作用的機(jī)理。

1.1 分散機(jī)理 聚羧酸減水劑在應(yīng)用時(shí),可以很好地吸附水泥中顆粒物質(zhì),使減水劑結(jié)構(gòu)在靜電斥力影響下和空間位阻效應(yīng)發(fā)生作用而變成常見(jiàn)的減水劑,分散體系在這個(gè)過(guò)程中得到提升,使得該分散體系呈現(xiàn)出立體結(jié)構(gòu)。

1.2 保持減水劑分散作用的機(jī)理 聚羧酸聚合物質(zhì)能很好地吸附水泥表面的顆粒物質(zhì),呈現(xiàn)出齒形形態(tài),主鏈上的羧基、硫酸基、烴基等活性基團(tuán)能很好地提高不同分子之間的靜電斥力作用,在聚合物中向外延伸來(lái)提高觸向水泥顆粒的位置,從而很好地發(fā)揮減水劑的作用。在該物質(zhì)能控制混凝土水泥砂漿的流速和物質(zhì)的分散作用,使混凝土具有較好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。

1.3 堿性環(huán)境下水解機(jī)理 聚羧酸減水劑的空間結(jié)構(gòu)較大、主鏈較長(zhǎng),時(shí)側(cè)鏈較多,為確保多級(jí)性基團(tuán)作用的發(fā)揮,提高靜電斥力效果和空間位阻效果,聚羧酸減水劑在混凝土制備中的應(yīng)用可以起到較好的分散作用。該減水劑包含的硫酸基、烴基等多種活性基團(tuán)融合在一起,并結(jié)合其他化學(xué)技術(shù)可以為混凝土材料提供良好的堿性環(huán)境,在該環(huán)境下發(fā)生水解,符合混凝土建筑施工對(duì)材料的要求。

2 國(guó)內(nèi)混凝土原材料對(duì)減水劑的影響

2.1 細(xì)集料對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用的影響 混凝土制備中常用的細(xì)集料為機(jī)制砂和天然砂,其中天然砂又包括河砂、山砂、海砂等。作為混凝土制備必須用到的材料,其本身會(huì)和堿性材料發(fā)生反應(yīng),所以當(dāng)聚羧酸減水劑使用過(guò)量以后就會(huì)和細(xì)集料反應(yīng)而影響混凝土的塌落度,影響混凝土的強(qiáng)度。當(dāng)細(xì)集料本身發(fā)生變化以后,比如砂中的石粉含量增多以后,還會(huì)對(duì)混凝土的流動(dòng)性產(chǎn)生不利影響,砂子的粗細(xì)度若發(fā)生變化,比如砂子細(xì)度較小的情況下,會(huì)使混凝土流動(dòng)性快速損失,使得混凝土和減水劑的適應(yīng)性發(fā)生變化。砂率和海砂中殘留的鹽類,比如硫酸鹽、氯離子等發(fā)生變化也會(huì)影響混凝土和聚羧酸減水劑之間的適應(yīng)性。砂石中泥的含量變化也會(huì)影響聚羧酸減水劑在混凝土中的適應(yīng)能力以及使用性能,鑒于泥土有很強(qiáng)的吸附作用,因而會(huì)大大降低減水劑的減水作用。一般而言,砂石中泥土含量較大時(shí),尤其當(dāng)含泥量超過(guò)3%以后會(huì)嚴(yán)重影響聚羧酸減水劑減水性作用的發(fā)揮,加入的聚羧酸減水劑量合適也不會(huì)提升混凝土的流動(dòng)性。

2.2 水泥對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用的影響 聚羧酸減水劑使用的水泥會(huì)對(duì)其性能和作用的發(fā)揮產(chǎn)生一定影響,當(dāng)水泥砂漿的流動(dòng)性較差時(shí),混凝土材料減水效果不明顯,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也會(huì)影響混凝土的性能,比如坍落度不佳、強(qiáng)度不大等。水泥自身含有的水分含量較大,而混凝土原材料中水泥成分與聚羧酸減水劑之間有密切聯(lián)系,該類減水劑能快速與混凝土水泥結(jié)合,從而吸收掉大部分的水分。但是聚羧酸減水劑的減水效果會(huì)受到外界因素,比如溫度的影響,所以在混凝土制備中必須控制生產(chǎn)溫度,否則可能會(huì)因?yàn)闇囟鹊挠绊懚鴮?dǎo)致混凝土原材料流動(dòng)性不強(qiáng),無(wú)法發(fā)揮減水劑減水分散的作用,對(duì)混凝土的凝結(jié)速率和效果也會(huì)產(chǎn)生一定影響。

2.3 粗骨料對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用的影響 混凝土原材料中的砂、石等細(xì)骨料的含泥量會(huì)對(duì)減水劑的應(yīng)用產(chǎn)生一定影響,在含泥量大于3%的情況下減水劑性能大大下降。同時(shí),在配制混凝土?xí)r如果石子級(jí)配中針片狀的含量情況不符合制備要求,添加了其他材料來(lái)提升石子級(jí)配,對(duì)混凝土的流動(dòng)速度會(huì)產(chǎn)生緩解作用,且可以減少擴(kuò)展度使混凝土材料發(fā)生離析現(xiàn)象。為確保減水劑作用的發(fā)揮,保證混凝土制備的質(zhì)量,有必要合理調(diào)整粗骨料的級(jí)配。

2.4 其他物質(zhì)對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用的影響 在高性能混凝土制備過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)加入粉煤灰、高爐礦渣等摻合物,這些物質(zhì)會(huì)對(duì)聚羧酸減水劑適應(yīng)能力產(chǎn)生一定影響。如果粉煤灰和高爐礦渣摻合量得到有效控制,才能確保聚羧酸減水劑和混凝土材料的適應(yīng)性,對(duì)于改善混凝土的和易性與流動(dòng)性也有很好的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,制備高性能混凝土中加入一定的外加劑可以改善混凝土的性能,因?yàn)榫埕人釡p水劑具有較好的分散作用和保持分散的作用,因此在混凝土制備中得到了廣泛的應(yīng)用。但是混凝土的原材料,如細(xì)集料、水泥、細(xì)骨料等的含量變化會(huì)對(duì)聚羧酸減水劑作用的發(fā)揮產(chǎn)生很大的影響,為此必須進(jìn)一步深入研究聚羧酸減水劑作用機(jī)理以及混凝土各種材料對(duì)其的影響,掌握變化規(guī)律,通過(guò)改善聚羧酸減水劑性能來(lái)有效發(fā)揮其在混凝土制備中的作用。