高效减水剂及其在水泥中的应用(3)

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

比较,该减水剂具有更为优越的减水性能和早期增强效果,且生产过程较易控制,产品性能和生产工艺进一步优化,故可良好地推广和应用.

3. 4 聚羧酸盐系高效减水剂

目前,国内外越来越多的科研机构和企业开始将目光转向聚羧酸盐系高效减水剂. 该类减水剂用量很少时,就能够有效降低混凝土的粘度,提高混凝土的流动性和保坍性,因而成为近几年来高效减水剂的一个发展趋势[11 ] .

综合比较,该类减水剂具有前几种减水剂所无法比拟的优点,具体表现为[12 ] :

(1) 低掺量(质量分数为0. 2 %～0. 5 %) 而分散性能好; (2) 保坍性好,90 min 内坍落度基本无损失; (3) 在相同流动度下比较时,可以延缓水泥的凝结; (4) 分子结构上自由度大,制造技术上可控制的参数多,高性能化的潜力大; (5) 合成中不使用甲醛,因而对环境不造成污染; (6) 与水泥和其它种类的混凝土外加剂相容性好; (7) 使用聚羧酸盐类减水剂,可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥,从而降低成本.

分子结构为梳型的聚羧酸盐系减水剂可由带羧酸盐基( —COOMe) 、磺酸盐基( —SO3Me) 、聚氧化乙烯侧链基(PEO) 的烯类单体按一定比例在水溶液中共聚而成,其特点是在其主链上带有多个极性较强的活性基团,同时侧链上则带有较多的分子链较长的亲水性活性基团[13 ] . 国内清华大学的李崇智等人[14～16 ]采用正交试验法,研究了带羧酸盐基、磺酸盐基、聚氧化乙烯链、酯基等活性基团的不饱和单体的物质的量之比(摩尔数比) 及聚氧化乙烯链的聚合度等因素对聚羧酸盐系减水剂性能的影响,发现聚羧酸盐系减水剂随带磺酸盐基单体比例的增加,分散性相应提高;聚氧化乙烯链的聚合度对保持混凝土的流动性非常重要,如果PEO 的聚合度太小,则混凝土的坍落度不易保持,太大则使有效成分降低,导致聚羧酸盐系减水剂的分散能力降低,因此选择适当的PEO 聚合度,即选择适当的PEO 链长,可以保持混凝土坍落度损失较小;当采用侧链聚合度为23 的大分子单体合成PC23 (侧链聚合度为23 的聚羧酸盐系减水剂) 高性能减水剂时,所取的最佳摩尔比为: n(SAS) ∶n (MAA) ∶n (PA) = 1～1. 5∶4. 5∶1～1. 5 ,其中,SAS 代表丙烯酸磺酸钠;MAA 代表甲基丙烯酸;PA 代表丙烯酸聚乙醇酯.

4、高效减水剂对混凝土性能的作用

减水剂的功能是在不减少水泥用水量的情况下,改善新拌混凝土的工作度,提高混凝土的流动性;在保持一定工作度下,减少水泥用水量,提高混凝土的强度;在保持一定强度情况下,减少单位体积混凝土的水泥用量,节约水泥;改善混凝土拌合物的可泵性以及混凝土的其它物理力学性能.

当混凝土中掺入高效减水剂后,可以显著降低水灰比,并且保持混凝土较好的流动性. 通常而言,高效减水剂的减水率可达20 %(质量分数,下同) 左右,而普通减水剂的减水率为10 %左右. 目前,一般认为减水剂能够产生减水作用主要是由于减水剂的吸附和分散作用所致. 研究混凝土中水泥硬化过程可以发现,水泥在加水搅拌的过程中,由于水泥矿物中含有带不同电荷的组分,而正负电荷的相互吸引将导致混凝土产生絮凝结构(如图1 所示) . 絮凝结构也可能是由于水泥颗粒在溶液中的热运动致使其在某些边棱角处互相碰撞、相互吸引而形成. 由于在絮凝结构中包裹着很多拌合水,因而无法提供较多的水用于水泥水化,所以降低了新拌混凝土的和易性. 因此,在施工中为了使水泥能够较好地水化,就必须在拌合时相应地增加用水量,但用水量的增加将导致水泥石结构中形成过多的孔隙,致使其物理力学性能下降. 加入混凝土减水剂就是将这些多余的水分释放