萘系與聚羧酸系高效減水劑流變性能對比研究

劉騰生，趙加豪

1.江西中山建工工程有限公司，江西 新余 338000；2.江西鴻浩志工程質(zhì)量檢測有限公司，江西 南昌 330012

1 引言

混凝土外加劑是現(xiàn)代混凝土最不可或缺的組成原料之一，特別是用于預拌混凝土和高性能混凝土當中的高效或高性能減水劑。其中，高效減水劑是預拌混凝土和高性能混凝土的必要組分之一，也正是因為具有高減水率的外加劑的應用，才使得混凝土在低水膠比條件下仍可有很好的施工性能，自密實混凝土、超高強泵送混凝土和超高性能混凝土等特種混凝土的實際應用才成為可能。

上個世紀早期，減水劑種類主要有木質(zhì)素磺酸鈉、糖蜜、糖鈣、多糖類等有機物。從上個世紀中期發(fā)展為以萘磺酸類和三聚氰胺類為代表的高效減水劑。從上世紀末開始，聚酯和聚醚聚羧酸系減水劑得到快速發(fā)展，是繼萘系、三聚氰胺系等減水劑等之后新研發(fā)的新一代高效減水劑，也是目前世界范圍內(nèi)使用最廣泛的減水劑［1］。盡管如此，萘系高效減水劑仍具有聚羧酸系減水劑無可比擬的優(yōu)勢。因此，本文針對目前萘系高效減水劑和聚羧酸系高效減水劑的應用情況，對比兩種類型減水劑對膠凝材料漿體流變性能的影響，綜合分析其共性和優(yōu)缺點，為混凝土行業(yè)技術(shù)人員提供參考依據(jù)。

2 原材料

2.1 水泥

采用江西分宜海螺水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，其物理化學性能見表1 和表2。

表1 P.O42.5 水泥的物理化學性能

表2 P.O42.5 水泥的主要化學成分分析

2.2 粉煤灰

由江西豐城發(fā)電廠提供的F 類Ⅱ級粉煤灰，表觀密度為2.21g/cm3，亞甲藍值為0.5。粉煤灰主要化學成分分析見表3。

表3 粉煤灰的化學成分分析

2.3 減水劑

采用上饒市某外加劑企業(yè)生產(chǎn)的聚醚類聚羧酸系高效減水劑，推薦摻量為1.6%～2.0%，減水劑的減水率為28%，含固量為12%。采用山東省某外加劑企業(yè)生產(chǎn)的萘系高效減水劑，推薦摻量為1.8%～2.2%，減水劑的減水率為23%，含固量為32%。

2.4 水

采用市政管道自來水。

3 試驗方法

試驗根據(jù)GB 8076、GB/T 8077 和GB 50119 相關(guān)標準規(guī)定的實驗方法測試摻減水劑的膠凝材料漿體流動度、凝結(jié)時間、粘度和流變性能。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 流動度和凝結(jié)時間

試驗為確定外加劑的適宜摻量，按水泥和粉煤灰75：25，水膠比0.3 稱取300g 制備漿體的粉料，調(diào)整減水劑的摻量，采用水泥凈漿攪拌機按照標準程序制備水泥凈漿，在水平玻璃板上測定漿體的流動度，然后測定漿體的凝結(jié)時間，結(jié)果見表4。

表4 萘系高效減水劑對漿體流動度和初凝時間的影響

從表3 可以看出，當萘系高效減水劑加入量達2.0%～2.5%時，凈漿自流動度在210～230mm 范圍表現(xiàn)出較好的流動性能，當加入量達2.8%以上時，凈漿自流動度均超過240mm，表現(xiàn)出良好的自流動性能；實測各漿體的初凝時間均在160min 以上，說明各不同摻量的萘系高效減水劑均有良好保坍能力，能滿足混凝土施工的流動性要求。而聚羧酸系高效減水劑加入量達2.0%～2.5%時，凈漿自流動度在225～235mm范圍表現(xiàn)出更好的流動性能，當加入量達2.8%以上時，凈漿自流動度均超過240mm，實測各漿體的初凝時間均在170min 以上，說明各不同摻量的聚羧酸系高效減水劑具有比萘系減水劑更好的保坍能力。

4.2 流變曲線

對制備的漿體采用NDJ—8 型旋轉(zhuǎn)粘度計分別測定其流變參數(shù)，試驗結(jié)果見圖1 和圖2。

圖1 萘系高效減水劑漿體的流變曲線

圖2 聚羧酸系高效減水劑漿體的流變曲線

根據(jù)流變學對漿體的分類理論，圖1、圖2 中所提供的凈漿均屬于非牛頓流體。對于萘系和聚羧酸系高效減水劑而言，其加入量為2.0%～2.5%時，漿體屬于塑性流體（plastic flow），即賓漢姆流體（Bingham-flow）。減水劑加入量在此范圍時，漿體內(nèi)存在很高的剪切應力，即使在很高的剪切速度下，也無法克服這種剪切應力，也就是說此時對漿體流變性改善作用不明顯。當加入量為2.8%～3.4%時，漿體屬于假塑性流體（pseudoplastic flow），其漿體在很小的剪切應力作用下即開始運動，隨著剪切速率的增加，表現(xiàn)為漿體粘度下降［2］。加入量為3.6%時漿體屬于膨脹性流體（dilatant flow），此時漿體中外加劑加入量較高，漿體形成固體含量較高的懸浮液，使其在一個無限小的剪切應力作用下就能開始流動，減水劑加入量在此范圍時，漿體內(nèi)存在的剪切應力已經(jīng)很低，此時減水劑對漿體流變性改善作用明顯。

4.3 粘度變化

對制備的漿體采用NXS—11A 型旋轉(zhuǎn)粘度計分別測定其粘度，結(jié)果見圖3 和圖4。

圖3 在一定剪切速率下萘系高效減水劑不同加入量時的粘度變化

圖4 在一定剪切速率下聚羧酸系高效減水劑不同加入量時的粘度變化

從圖3 及圖4 中可以更清楚地看出萘系和聚羧酸高效減水劑加入量對漿體稠度的綜合影響。隨著減水劑加入量的增加，剪切速度和漿體稠度雙雙同時降低，對漿體緩慢地進行攪拌，粒子排列并不發(fā)生紊亂的條件下，表現(xiàn)為較好的流動性，流變性優(yōu)良。但是，對漿體進行快速剪切攪拌時，漿體粘度明顯升高，與圖中反映規(guī)律相吻合。其剪切應力隨剪切速率的增加而增加，表現(xiàn)為剪切增稠特性。這意味著其粘度可隨剪切速率的增加而變得足夠高，以至于流體失去流體特征而凝固［3］。綜上可知，該混凝土采用萘系或聚羧酸高效減水劑，其適宜摻入量以2.8%～3.4%為宜，但聚羧酸減水劑比萘系減水劑降粘作用明顯。

5 結(jié)論

萘系和聚羧酸系高效減水劑可以很好改善漿體流動性的原因在于，具有對分散質(zhì)微粒的超分散性，以及對分散體系的高穩(wěn)定作用。表面張力小，有效防止混凝土的干燥收縮，可有效提高混凝土的體積穩(wěn)定性和耐久性。進一步分析表明，由于萘系高效減水劑與聚羧酸系一樣，具有特定的樹枝狀高分子結(jié)構(gòu)，能在水泥顆粒表面形成帶電荷的保護層，但相同條件下的聚羧酸系高效減水劑具有比萘系減水劑更好的保坍能力和降粘功能。