萘系减水剂与缓凝成份复合效应试验研究

     【摘　要】: 本文详细研究了在总掺量一定的情况下,就萘磺酸盐高效减水剂与不同缓凝组分复合后对水泥净浆流动度、混凝土坍落度经时损失与抗压强度的影响。结果表明: 在总掺量不变的情况下, 复合使用高效减水剂和缓凝剂, 可提高高效减水剂与水泥的适应性, 大幅度降低水泥净浆流动度和混凝土坍落度的经时损失。

      【关键词】: 高效减水剂; 缓凝剂; 坍落度损失

      前言

      目前单一外加剂品种国内外相差不是很大, 而我国在复合外加剂及其应用技术还停留在90年代以前的水平。目前混凝土外加剂发展的方向是高效能、多功能复合外加剂。只有复合化才能具有高效能、多功能, 并且促进新型混凝土和新的施工工艺的发展。大量试验资料及工程实践表明,减水剂与其他外加剂进行复合, 是减水应用技术发展的又一趋势。单一品种的外加剂, 无论是有机的还是无机的,都难以满足工程的需要。

      2　外加剂复合的原理和设计思路

      2.1　减水作用机理

      当代混凝土工业普遍使用的超塑化剂绝大部分是萘磺酸盐甲醛缩合物( PNS) 和磺化三聚氰胺甲醛树脂(PMS) , 其作用机理主要为分子之间存在静电斥力[ 1 ]。

      在新拌混凝土中, 加入减水剂后, 减水剂的憎水基团定向吸引于水泥质点表面, 亲水基团指向水溶液, 组成了单分子或多分子吸附膜。由于表面活性剂分子的定向吸附,使水泥质点表面带有相同符号的电荷, 于是在电性斥力的作用下, 不但使水泥- 水体系处于相对稳定的悬浮状态(双电层ζ- 电位提高) , 并使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体, 使絮凝状凝聚体内的游离水释放出来,从而达到减水的目的[ 2 ]。

      2.2　外加剂复合原理

      减水作用机理研究表明, 通过三种作用可以减少水泥混凝土的用水量, 或保持相同的水灰比, 增加其流动性,即:

      a.分散作用;

      b.初期水化抑制;

      c.引气作用。

      水泥混凝土混合物中, 水以三种形式存在, 即化学结合水、吸附水和游离水。水泥完全水化, 只需要水灰比0.22左右。但是, 为了满足新拌混凝土工作性能的要求,实际用水量比理论用水量要大的多。这样就在损失强度的前提下满足混合物工作性要求, 因此不掺外加剂的普通混凝土的水泥利用系数[R28 ( kgf / cm2 ) /单位水泥用量〗较低。

      结合水参与了化学反应, 使水泥水化硬化, 因而具有强度; 游离水使混合物具有工作性, 满足施工工艺要求;而吸附水(包括水泥凝聚结构中所封住的水) 影响水泥石与集料间粘结力, 降低混凝土强度和耐久性。

      掺分散作用的外加剂, 如高效减水剂, 能使水泥浆分散, 破坏了水泥浆中凝聚结构, 使吸附水减少, 游离水增多, 因而大大提高了水泥浆的流动性, 或者保持相同流动性时减少用水量。

      掺缓凝剂, 由于对初期水泥水化的抑制作用减少了结合水量, 相对增加了游离水量, 因而也具有减水作用。

      引气剂使混凝土混合物引入大量微气泡, 在粒子之间产生滚动和浮托作用, 使水泥浆分散, 同样具有减水作用。

      这三种减水作用机理不同。通过复合, 使不同减水作用“叠加”可以进一步提高减水效果[ 3 ]。

      2.3　复合外加剂的设计思路

      混凝土搅拌站使用的液体外加剂, 大多是经过复合有一定比例的其它材料: 如分散、保塑、缓凝、促凝、早强、增强、密实、抗渗、引气、防冻、防锈蚀等成份内容。随着掺入的材料品种性能不同, 复合出的外加剂产品的性能也随之不同; 复合材料掺用量的比例不同, 复合外剂的性能指标也随之不同。关键就在于复合材料品种的选择和所掺用量比例的多少。复合得当, 其作用是单一作用的叠加,或者超过单一作用的总和。因此, 在复合设计时, 一定要根据所掌握的材料性能, 进行复合并进行对比试验。首先本试验用7种缓凝剂与奈系减水剂复合进行水泥净浆流动度试验, 每种缓凝剂用3种不同参量进行试验对比; 通过以上试验优选出2种缓凝剂PN和JL。并进行混凝土性能(坍落度经时损失和混凝土抗压强度) 对比试验。

      3　原材料及试验方法

      3.1　原材料

      试验采用P·O 32.5R拉法基水泥。混凝土试验采用中砂, 5 mm～20 mm卵石; 外加剂采用萘系高效减水剂FDN和缓凝剂, 其掺量均以占水泥重量的百分率( % ) 表示;试验用水为自来水。

      3.2　试验方法

      3.2.1　水泥净浆流动度试验

      采用中华人民共和国国家标准GB /T 8077 - 2000 混凝土外加剂匀质性试验方法。

      3.2.2　配合比设计及物理力学性能试验本试验按照《普通混凝土配合比设计规程》( JGJ 55- 2000) , 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB /T50080 - 2002) 进行。

      4　试验及结果

      4.1　PN和JL性能的比较

      保持相同掺量情况下, 比较了两种缓凝剂( PN和JL)对水泥流动度的影响。试验结果如表1。

 

表1　萘系与缓凝剂复合对流动度的影响

 

      可以看出, PN与JL 相比, 在相同掺量的情况下, 初始流动度基本相同, 但前者的经时损失小。并可以看出两者掺量在0.05%时, 经时损失明显小于掺量为0.1%时。进一步的试验( 如表2 ) 表明, 将PN和JL与萘系以一定比例复合参加, 也能收到较好的减水效果, 需进一步进行混凝土试验。

 

表2　两种缓凝剂与萘系复合对流动度的影响

 

 

      4.2　混凝土试验

      混凝土采用机械搅拌, 室温下(约20 ℃) 养护测定坍落度经时损失。混凝土配合比如表3所示。混凝土坍落度经时损失和抗压强度如表4所示。单独使用FDN , 虽然初始坍落度较高, 但其经时损失迅速, 说明FDN与水泥适应性较差; 复合使用FDN和PN, 初始坍落度略大于单独使用FDN, 其一小时经时损失也比单独使用FDN 的小; 复合使用FDN和PN + JL, 初始坍落度与复合使用FDN和PN时相同, 其一小时经时损失也小于复合使用FDN和PN。这一试验结果与前述水泥净浆试验结果完全吻合。说明复合使用FDN + PN + JL , 可以提高减水剂与水泥的适应性, 有效地控制大流动性混凝土的坍落度经时损失。表5 所示标准立方体试件抗压强度结果表明: 复合使用FDN + PN + JL,对混凝土早期强度及后期强度影响不大。

 

表3　混凝土配合比

 

表4　复合使用FDN、PN和JL的混凝土坍落度损失比较

 

表5　复合使用FDN、PN和JL的混凝土抗压强度比较

 

      5　总　结

      本文研究结果表明:

      a.复合高效减水剂中缓凝成份应控制在0.05%左右,随着温度的变化可适当调整缓凝成份; 当缓凝成份达到0.1%时, 坍落度损失明显增大。

      b.复合使用高效减水剂与缓凝剂, 能有效控制大流动性混凝土坍落度经时损失, 提高减水剂与水泥的适应性,并使混凝土有较好的工作性。

      c.从表5中可以看出, 使用复合高效减水剂对混凝土的早期强度和后期强度影响不大。

 

[1] 　蒋亚清. 混凝土外加剂应用基础. 北京: 化学工业出版社,2004.4.

[2] 　熊大玉,王小虹,等. 混凝土外加剂. 北京: 化学工业出版社,2002.1.

[3] 　陈建奎. 混凝土外加剂的原理与应用[M ]. 北京:中国计划出版社, 1996.12.

[4] 　林永达,李干佐,高平坦. 表面活性剂在水泥和沥青混凝土中的应用. 北京:中国轻工业出版社, 2001.5.

[5] 　何廷树,等. 复合使用高效减水剂控制大流动性混凝土坍落度损失. 混凝土, 2001.