國內混凝土原材料變化與聚羧酸減水劑的應用

賀眾宜王長明

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在高強高性能混凝土制備過程中加入外加劑可以減少因水泥水化熱反應產生的熱量,比如加入聚羧酸減水劑,利用其存在的羧基和羥基鏈節等活性基團單體,結合其他化學手段使混凝土在堿性環境中發生水解,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上,使得加入減水劑的混凝土有更好的流動性和坍落度保持度,從而有效滿足遠距離運輸和施工的要求。

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,其結構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。其基本工作原理是利用減水劑中羧基和酸鹽、羥基等活性基團單體使得減水劑的分散作用更加持久,同時還起到早強的作用。隨著對材料科學研究的深入,聚羧酸減水劑的作用機理也更加明確,包含了分散機理和保持分散作用的機理。

1.1 分散機理 聚羧酸減水劑在應用時,可以很好地吸附水泥中顆粒物質,使減水劑結構在靜電斥力影響下和空間位阻效應發生作用而變成常見的減水劑,分散體系在這個過程中得到提升,使得該分散體系呈現出立體結構。

1.2 保持減水劑分散作用的機理 聚羧酸聚合物質能很好地吸附水泥表面的顆粒物質,呈現出齒形形態,主鏈上的羧基、硫酸基、烴基等活性基團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提高觸向水泥顆粒的位置,從而很好地發揮減水劑的作用。在該物質能控制混凝土水泥砂漿的流速和物質的分散作用,使混凝土具有較好的流動性和穩定性。

1.3 堿性環境下水解機理 聚羧酸減水劑的空間結構較大、主鏈較長,時側鏈較多,為確保多級性基團作用的發揮,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融合在一起,并結合其他化學技術可以為混凝土材料提供良好的堿性環境,在該環境下發生水解,符合混凝土建筑施工對材料的要求。

2 國內混凝土原材料對減水劑的影響

2.1 細集料對聚羧酸減水劑應用的影響 混凝土制備中常用的細集料為機制砂和天然砂,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,其本身會和堿性材料發生反應,所以當聚羧酸減水劑使用過量以后就會和細集料反應而影響混凝土的塌落度,影響混凝土的強度。當細集料本身發生變化以后,比如砂中的石粉含量增多以后,還會對混凝土的流動性產生不利影響,砂子的粗細度若發生變化,比如砂子細度較小的情況下,會使混凝土流動性快速損失,使得混凝土和減水劑的適應性發生變化。砂率和海砂中殘留的鹽類,比如硫酸鹽、氯離子等發生變化也會影響混凝土和聚羧酸減水劑之間的適應性。砂石中泥的含量變化也會影響聚羧酸減水劑在混凝土中的適應能力以及使用性能,鑒于泥土有很強的吸附作用,因而會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,尤其當含泥量超過3%以后會嚴重影響聚羧酸減水劑減水性作用的發揮,加入的聚羧酸減水劑量合適也不會提升混凝土的流動性。

2.2 水泥對聚羧酸減水劑應用的影響 聚羧酸減水劑使用的水泥會對其性能和作用的發揮產生一定影響,當水泥砂漿的流動性較差時,混凝土材料減水效果不明顯,在實際應用時也會影響混凝土的性能,比如坍落度不佳、強度不大等。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系,該類減水劑能快速與混凝土水泥結合,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溫度,否則可能會因為溫度的影響而導致混凝土原材料流動性不強,無法發揮減水劑減水分散的作用,對混凝土的凝結速率和效果也會產生一定影響。

2.3 粗骨料對聚羧酸減水劑應用的影響 混凝土原材料中的砂、石等細骨料的含泥量會對減水劑的應用產生一定影響,在含泥量大于3%的情況下減水劑性能大大下降。同時,在配制混凝土時如果石子級配中針片狀的含量情況不符合制備要求,添加了其他材料來提升石子級配,對混凝土的流動速度會產生緩解作用,且可以減少擴展度使混凝土材料發生離析現象。為確保減水劑作用的發揮,保證混凝土制備的質量,有必要合理調整粗骨料的級配。

2.4 其他物質對聚羧酸減水劑應用的影響 在高性能混凝土制備過程中,經常會加入粉煤灰、高爐礦渣等摻合物,這些物質會對聚羧酸減水劑適應能力產生一定影響。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性,對于改善混凝土的和易性與流動性也有很好的作用。

3 結語

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,因為聚羧酸減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用。但是混凝土的原材料,如細集料、水泥、細骨料等的含量變化會對聚羧酸減水劑作用的發揮產生很大的影響,為此必須進一步深入研究聚羧酸減水劑作用機理以及混凝土各種材料對其的影響,掌握變化規律,通過改善聚羧酸減水劑性能來有效發揮其在混凝土制備中的作用。