聚羧酸盐高效减水剂

聚羧酸盐高效减水剂（精选8篇）

聚羧酸盐高效减水剂 篇1

1 前言

为了改善工程质量, 降低材料资源的过度开发及对资源的综合合理利用, 混凝土的配制技术及质量也在逐步的改善和提高。作为混凝土的组分之一, 外加剂也在很大程度上得到了充分的应用。随着建筑技术的发展, 建筑施工对混凝土的工作性能、抗压强度及其他性能也有了很高的要求, 聚羧酸盐减水剂作为目前性能比较优越的外加剂, 在逐步得到建筑工程技术人员的重视及应用。然而, 不论性能多好的材料, 在应用过程中其性能都会受到其他各种因素的影响, 出现各种不佳的情况。为此, 我们对于砂中含泥量对聚羧酸盐减水剂的性能影响进行试验研究。

根据文献记载, 原材料砂子中黏土含量对聚羧酸盐减水剂的性能影响已经为大家所公认, 日本早就发现了聚羧酸盐减水剂性能受到黏土影响的问题。Adarashi等曾详细研究了黏土对聚羧酸盐减水剂和萘系减水剂吸附性能的影响, 并解释了为什么黏土对聚羧酸盐高效减水剂性能影响更为明显。黏土层间结构能够大量吸附聚羧酸盐减水剂分子, 而对萘系等其他减水剂分子吸附较少。

2 试验原材料

水泥:珠江水泥有限公司生产的粤秀P.Ⅱ42.5水泥, 测定的水泥性能指标数据如表1所示。

细集料:河砂, 细度模数μ=3.0;

粗集料:碎石, 粒径为5~25mm;

黄泥:取自于广东中山市容桂河河畔;

外加剂:聚羧酸盐减水剂, QL-PC2型, 广东江门强力建材科技有限公司生产。

3 试验

根据目前聚羧酸盐减水剂多应用于高强混凝土的情况, 试验采用的混凝土配合比为高强混凝土配合比, 配合比为:水泥:砂:石:水=466:586:1089:205, 聚羧酸减水剂分别以0.5%、1.0%和1.5%三种不同的掺量掺加。

混凝土试验中以水泥、砂、石的用量固定不变, 用水量以混凝土坍落度控制在90±10mm的水量为准, 由此试验计算聚羧酸盐减水剂的减水率。试验中全部使用水洗砂, 然后再用人工方法把砂子的含泥量调整到试验需要的含泥量。为了保证了试验中泥在砂子的状态和现实中的状态相接近, 先把砂子和泥均匀地混合好后, 再在它们表面洒一些水, 使它们能充分的湿润, 这样泥组分就能更好地粘在砂子表面, 然后再自然晒干进行试验。

4 试验结果及分析讨论

含泥量对不同掺量的聚羧酸减水剂混凝土减水率和抗压强度的影响见表3所示。

由图1可看出当聚羧酸减水剂掺量一定时, 随着含泥量的增加聚羧酸盐减水剂的减水率逐渐降低。砂的含泥量每增加1.0%, 聚羧酸盐减水剂的减水率下降2.0%左右;含泥量小于5.0%时, 聚羧酸盐减水剂减水率随含泥量的增加, 降幅较小;当含泥量超过5.0%后减水率降幅较大。

由图2可看, 掺加聚羧酸减水剂的混凝土7天抗压强度随含泥量的增加而降低, 含泥量小于2.0%时, 强度降低的不是很明显, 当含泥量大于2.0%时, 强度降低的较快;由图2可看, 含泥量在3.0%以下时对混凝土28天强度没有太大影响;而大于3.0%时, 含泥量每增加1.0%, 混凝土的28天强度就降低3.0%左右。由以上数据分析得知, 掺加聚羧酸减水剂的混凝土的抗压强度随砂中含泥量的增加而降低。

通过对以上的试验数据及图表分析知道: (1) 黏土的吸附作用造成聚羧酸盐减水剂的减水率下降。在混凝土搅拌过程中, 聚羧酸盐减水剂被黏土吸附了一部分, 被吸附的减水剂失去了其减水的功能, 使得聚羧酸盐减水剂的减水率降低, 随着含泥量的增加被吸附的减水剂也增多, 因此随着集料含泥量的增加聚羧酸盐减水剂减水率也就随之降低。 (2) 造成混凝土抗压强度下降的原因是减水剂被黏土吸附了一部分后, 由于要使配制的混凝土达到同样的流动性, 则需增加用水量, 从而增大了混凝土的水灰比, 导致混凝土抗压强度的降低。同样, 随着含泥量的增加, 减水剂被黏土吸附量越来越多, 混凝土需要达到同样的流动性时, 用水量也随之增加, 混凝土抗压强度也将随着含泥量的增加而进一步下降。

我们知道, 在相同的含泥量情况下, 减水剂被黏土吸附的量是固定的, 而聚羧酸盐减水剂掺量增大时, 减水效果就会变好, 减水效果提高, 水灰比减小, 所配制的混凝土抗压强度就会相对较大。而由表4知道, 在水泥、砂、石和水用量不变的情况下, 对用含泥量高的集料配制混凝土时, 可通过适量增加聚羧酸盐减水剂的量来降低因集料含泥量对减水率及抗压强度的影响, 即通过多掺聚羧酸盐减水剂来改善预拌混凝土的性能, 进而提高混凝土的抗压强度。

5 结论

⑴随着混凝土用砂中的含泥量增加, 聚羧酸盐减水剂的减水率随砂子的泥含量增加而降低;含泥量小于5.0%时, 聚羧酸盐减水剂减水率随含泥量的增加, 降幅较小;当含泥量超过5.0%时减水率降幅较大。

⑵混凝土的7、28天抗压强度随含泥量的增加而降低。含泥量小于2.0%时, 7天强度降低的不是很明显, 当砂子含泥量大于2.0%时, 7天强度降低的较快;砂的含泥量在3.0%以下时对聚羧酸盐减水剂的混凝土28天强度没有太大的影响, 而含泥量在3.0%以上时, 砂子含泥量每增加2.0%, 混凝土的28天强度就降低3.0%左右。

⑶在水泥、砂、石和水用量不变的情况下, 对用含泥量高的集料配制混凝土时, 可通过适量增加聚羧酸盐减水剂的量来降低因集料含泥量对减水率及抗压强度的影响。

参考文献

[1]刘国栋, 关志梅, 魏春涛.砂子含泥量对掺用聚羧酸高效减水剂混凝土性能的影响及有效对策, 混凝土, 2008.4.

[2]陈红岩.聚羧酸系高效减水剂应用的有关问题研究, 硕士学位论文, 2007.05.01.

[3]覃维祖.聚羧酸系高效减水剂在我国的发展与应用, 第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论, 2007.03.14.

[4]王子明.王亚丽.聚羧酸系减水剂面临的问题与系列化发展趋势, 北京工业大学, 2008.

聚羧酸盐高效减水剂 篇2

究

陈超

长沙加美乐素化工有限公司，长沙，410000

摘要：

以改性聚醚、丙烯酸、AMPS等为原料，长沙加美乐素化工有限公司研发合成了一种高减水型聚羧酸减水剂，该减水剂相较萘系及市售聚羧酸减水剂具有更高的减水率且坍落度损失较小，具有很高的性价比。

关键词

高减水型聚羧酸减水剂；聚羧酸减水剂；减水率。

0引言

聚羧酸减水剂作为新一代的减水剂产品，相较传统萘系相比具有掺量低、减水率高、保坍性好、引气适中等特点，目前市场占有率正逐步增加。本文以丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、AMPS、改性聚醚等原料合成了一种高减水型聚羧酸减水剂，该产品较市面上聚羧酸减水剂产品减水率更高，性价比优异。

1实验部分

1.1原材料及仪器

改性聚醚（TPEG），工业级；丙烯酸（AA），工业级；甲基丙烯磺酸钠（MAS），工业级；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS），工业级；复合引发剂；恒温水浴锅；恒流泵；搅拌器；四口烧瓶等。1.2减水剂的合成

AMPS与MAS投入备好底水的四口烧瓶中于一定温度下加入活性剂聚合，一定时间后加入改性聚醚于四口烧瓶中，于一定温度下搅拌溶解，升温至反应温度后投入一定量的与复合引发剂，并滴加AA与分子量调节剂。滴加完成后保温1小时老化，反应结束，于50度下加入液碱中和至中性。1.3减水剂性能测试

（1）水泥净浆流动度测试及胶砂流动度测试，参见GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性实验方法》进行实验。

（2）混凝土性能测试，参见GB 8076-2008《混凝土外加剂》进行实验。

2结果与讨论

2.1水泥净浆流动度实验

下表为萘系与市售聚羧酸减水剂与本工艺合成品的水泥净浆流动度对比实验，其中本实验所采用的水泥为中材PO42.5水泥。

由表可以看出，萘系减水剂掺量大，且流动性随时间延长而减小，且1小时后无流动度；市面对比产品相较萘系减水率有很大提高净浆流动度，但1小时损失较大，但本工艺合

成品净浆流动度相较前两种样品均有很大的提升，且60分钟后略有增大，净浆流动度保持性能良好。

表1水泥净浆流动度对比实验

减水剂种类 萘系

市面聚羧酸减水剂 本工艺合成品

2.2胶砂流动度对比试验

表2为萘系与市售聚羧酸减水剂与本工艺合成品的胶砂流动度对比实验，其中本实验所采用的水泥为中材PO42.5水泥，基准砂。

表2胶砂流动度对比实验

减水剂种类

萘系

市面聚羧酸减水剂 本工艺合成品 减水剂掺量

0min

1.4 0.5 0.5

200 200 240

胶砂流动度 30min 160 180 225

60min 0 150 210 减水剂掺量

1.0 0.3 0.3

水泥净浆流动度

0min 235 240 270

30min 135 220 280

60min 0 185 280

由图2可以看出萘系减水剂胶砂流动度初期不大且损失很快，经过一小时后已经没有流动度；市售聚羧酸减水剂有较高的减水率且经时损失均匀，但1小时后损失较大；本工艺合成减水剂减水率明显提高，一小时损失较少。2.3混凝土减水率及强度实验

表3为萘系减水剂与市售减水剂及本工艺和成品的减水率对比实验，混凝土配合比为C 290 ：F 60 ：G 1085 ：S 785 ：W 165。

表3混凝土减水率及抗压强度对比实验

减水剂 品种 空白 萘系 市售 合成品

本实验采用材料分别为中材PO42.5水泥、河砂、卵石、矿料掺合物包括粉煤灰、矿粉等。由表可见本工艺合成品减水率明显高于萘系及市售产品，性能优异。2.4混凝土坍落度损失对比实验

表4为萘系减水剂与市售减水剂及本工艺和成品的减水率对比实验，混凝土配合比为

用水量 /(kg/m3)190 159 142 134 0 0.6

坍落度 /mm 180 175 175 180

减水率 /% 0 16.3 25.3 29.5

3d 20.3 31.8 28.6 29.9

抗压强度 7d 29.7 39.1 41.2 40.8

28d 39.5 47.6 55.2 55.6 掺量/% 0.12 0.12

C 290 ：F 60 ：G 1085 ：S 785 ：W 165。由表可见本工艺合成的减水剂坍落度损失较市面减水剂也有明显提高。

表4混凝土坍落度损失对比实验

减水剂种类

萘系 市面聚羧酸产品 本工艺合成品

3合成背景及作用机理分析

研究表明，聚羧酸减水剂是一种分子结构为梳型、可由带羧酸盐基（—COOH）、磺酸盐基（—SO3）、聚氧乙烯侧链基（PEO）的单体以一定的比例在水溶液中聚合所得的产物。其特点是主链为带多个极性较强集团疏水性短主链，侧链带较多亲水性集团的长侧链。现今研究中也多采用MAS、AMPS等制备聚羧酸减水剂。然此方法多见于单体为聚醚APEG及MPEGMA中，在改性聚醚中并不常见。本合成研究表明，在现今主流产品TPEG中加入一定比例的MAS、AMPS，并佐以一定的反应方式下，合成的改性醚类聚羧酸减水剂具有较高的减水效果及较小的坍落度损失，在当今市场应用中体现出很高的优势。

分析其作用机理如下：磺酸基为带有负电的活性集团，在于水泥颗粒作用时能包裹于水泥颗粒表面起到静电排斥的作用，使水泥颗粒分散开来从而提高分散性；AMPS本身带有磺酸基且易行成长侧链提供空间位阻作用，有利于水泥颗粒之间的隔离；同时改性聚醚本身优越的减水与保坍性及较高的反应活性使得几种发挥减水作用的集团的性能得以体现；通过两步聚合，即先合成长侧链的方式使得侧链的长度及稳定性更能满足性能需求的同时提高了转化率。由以上几种因素共同促进了本合成减水剂减水率的较大提升。4总结与结论

实验表明本工艺合成的聚羧酸减水剂具有较高的减水率，相比萘系及市售聚羧酸减水剂具有较大的优越性，在净浆、砂浆及混凝土中都有很好的体现。且本工艺合成品坍落度损失不大，性价比优异。5展望

聚羧酸减水剂作为现今发展前沿的减水剂品种，其合成路线的研究有着广阔的背景。学者可尝试不同途径及方法开发出具有特色的减水剂产品，以满足现在日益高涨的市场需求。冬季温度较低，萘系减水剂因为其结晶问题将逐渐淡出冬季市场，聚羧酸减水剂将广泛应用。但是聚羧酸减水剂因为羧基的缓凝效果，在冬季应用存在着凝结时间等一些列问题，同时成本问题也不可忽视，这些都将成为研究方向得以突破。减水剂掺量

0.8 0.14 0.14

0min 200 200 220

坍落度 30min 120 180 210

60min 0 170 210

作者简介：陈超，(1988年-)，女，长沙加美乐素化工有限公司高级研发技术员，从事聚羧酸减水剂合成及产品研发。

公司简介：长沙加美乐素化工有限公司，是一家以聚羧酸减水剂为主导产品的建材公司，从过去导现

在，一直立足于领先科技，为客户度身订造高品质产品，满足市场需求，开启化学剂外加剂应用的最大潜能。

聚羧酸盐高效减水剂 篇3

聚羧酸盐减水剂是继木钙和萘系减水剂后发展起来的第三代高性能混凝土减水剂, 其高减水率、高保坍、高体积稳定性、低收缩、高环保、与水泥和掺合料适应性相对较好等特点, 得到工程界的青睐。目前已成功的应用到高速铁路、客运专线、大桥、隧道、大坝等特殊工程中。

目前国内低强度泵送混凝土以萘系减水剂为主, 低强度泵送混凝土所使用的砂石材料存在诸如含泥量较高、级配不合理、砂细度模数小等问题, 使用后易出现混凝土坍落度损失大、和易性能较差、易堵泵、强度波动大、干缩值大等缺点, 而民用建筑市场是混凝土外加剂应用的主要市场, 有必要研制一种能在民用建筑市场推广应用的聚羧酸盐减水剂。

本文旨在研制一种聚羧酸盐混凝土减水剂, 使其能与质量较差的砂石材料 (含泥量较高、级配不合理、细度模数小的细砂) 有较好的适应性, 进一步拓广聚羧酸盐减水剂的使用范围。

2 实验原料及试验设备

2.1 合成原料

MPEG (分子量为800～1300及2000～2500) ;APEG (分子量为500～1200及1500～2200) ;浓硫酸;对苯二酚;甲基丙烯酸;丙烯酸甲酯;交联剂;分子量调节剂;引发剂1;引发剂2等。

2.2 合成工艺

2.2.1 酯化

将热溶解后的MPEG (分子量为800～1300及2000～2500) 及部分甲基丙烯酸加入烧瓶中, 搅拌下加入阻聚剂及催化剂, 接恒压滴液漏斗及蒸馏装置, 调整氮气通入量, 保持一定的真空度, 升温至130℃, 反应3小时后滴加剩余部分甲基丙烯酸, 滴加完后增大氮气的通入量, 反应一段时间后抽真空以除去反应副产物, 反应结束后冷却产物, 加入氢氧化钠水溶液调整其pH=3～6, 得到大单体水溶液。

2.2.2 合成

将酯化好的大单体水溶液、APEG、交联剂和去离子水加到三颈瓶中, 加热溶解后通入氮气保护, 滴加甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、分子量调节剂水溶液和引发剂1水溶液, 温度升到50～70℃反应3h, 再滴加引发剂2水溶液, 升温到80～100℃继续反应2h。反应结束后冷却至40℃用NaOH水溶液 (30%) 中和pH值为6～7, 得到聚羧酸盐混凝土减水剂PPC。

2.3 复配

在合成好的PPC基础上, 加入适量的缓凝、消泡等组分, 研制出适用于低强度等级泵送混凝土的TW-JS高效减水剂 (缓凝型) (聚羧酸盐类) 。

3 性能测试

3.1 材料

万年青P.O42.5普通硅酸盐水泥;益材F类II级粉煤灰;中联S95级矿粉;细度模数 (Mx) 为2.1细砂, 含泥量分别为1.5%和3.0%;5～25mm连续级配碎石, 含泥量为0.5%;自来水;TW-10B高性能泵送剂 (萘磺酸盐类) 及TW-JS高效减水剂 (缓凝型) (聚羧酸盐类) 。

3.2 试验方法

本次试验是在配合比设计参数一致的条件下, 将掺聚羧酸盐减水剂泵送混凝土和掺萘系减水剂泵送混凝土进行比对, 外加剂掺量根据拌合物性能试验确定, 坍落度控制在 (200±20) mm。成型试件为150mm×150mm×150mm立方体标准试件, 在标准养护室养护, 温度控制在 (20±2) ℃, 湿度≥95%) 。成型的测试混凝土收缩率试件待初凝抹面后, 覆盖塑料薄膜, 1d拆模, 浸水 (水温为 (20±2) ℃) 养护14d, 然后移入温度为 (20±2) ℃, 相对湿度为 (60±5) %的恒温恒湿养护室。配合比设计参数如表1所示。

3.3 试验结果与分析

对1#方案及2#方案分别进行了拌和物性能试验、坍落度损失试验、混凝土收缩试验、力学性能和耐久性能试验, 拌和物性能试验及坍落度损失结果见表2, 力学性能、收缩性能、耐久性能试验结果见表3。

一般少量由表2可知, 聚羧酸盐减水剂的和易性能及保坍性能均好于萘系减水剂。首先, 这是由于聚羧酸分子结构中聚氧乙烯醇长侧链提供了优异空间位阻效应, 防止水泥颗粒的凝聚;同时分子中的酯键在水泥碱性介质中水解, 缓慢向水一水泥体系中释放出具有分散功能的低分子量共聚物, 补充由于C3A、C4AF消耗的减水剂, 使得聚羧酸盐减水剂在极低的掺量下仍具有优异的分散保持能力。其次, 由于聚羧酸分子中主链的疏水性和支链中氧原子可与水分子形成较强的氢键, 形成立体保护膜, 再加上侧链上引入了极性很强的羧基阴离子, 通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用, 从而增加混凝土的和易性。

由表3可知, 聚羧酸盐减水剂的力学性能、收缩性能及抗渗性能也均好于萘系减水剂。首先, 聚羧酸外减水剂的超分散作用使水泥颗粒的分散更加均匀化, 增加了水泥颗粒与水的接触面积, 促进水泥水化反应的进行, 进而提高混凝土的抗压强度。其次, 相对于TW-10B, TW-JS由于具有良好的混凝土粘聚性和保水性, 降低了形成脆弱界面过渡区的稀水泥浆的含量, 大大减少了过渡区中的原生微裂缝, 从而提高了混凝土试件抗氯离子渗透的能力。同时, 支链上含有较强的极性基团, 使混凝土内部电场分布更加均匀, 以及增大了胶凝材料与集料间的粘结力, 这使得混凝土结构更为致密, 也有利于混凝土抗渗性能的提高。再次, 聚羧酸减水剂具有比萘系减水剂更低的界面张力, 这有助于减少毛细管负压, 进而降低了混凝土的收缩。此外, 由于聚羧酸盐减水剂在混凝土中能引进一定数量微小、均匀分布、互不连通的小气泡, 也有利于提高混凝土的耐久性、抗收缩等性能。

3.4 高含泥量混凝土试验

目前大多聚羧酸盐减水剂对混凝土集料中的含泥量十分敏感, 一般来说, 当混凝土中细集料的含泥量较高时, 将大大影响了聚羧酸盐减水剂在混凝土的使用, 表现为减水率下降甚至没有减水率, 坍落度损失增大, 混凝土后期强度无法增强等。而本试验合成的聚羧酸盐减水剂, 不仅适用于低强度泵送混凝土中, 且在低强度泵送混凝土中集料含泥量高时也能够有较好的使用性能。

以试验方案2#中的配合比设计参数, 改用含泥量为3%的细砂, 试验结果如表4。

由表4可知, 本试验合成的聚羧酸盐减水剂在砂含泥量为3%时, 也仍能够在低强度泵送混凝土中使用, 而复配的TW-10B奈磺酸盐减水剂及国产某聚羧酸盐高效减水剂坍落度初始值较小, 30min坍落度损失较大, 需提高掺量, 但提高掺量后保坍性能仍与本试验所合成的TW-JS聚羧酸盐减水剂相差较大。这可能与本试验合成中聚羧酸分子结构有关, 其分子侧链上有长短不一的聚氧乙烯链及特殊的官能团, 对混凝土中较高含泥量有一定的消耗作用。

4 结论

1) 本试验合成的聚羧酸盐减水剂在低强度泵送混凝土中具有比萘系减水剂更好的使用性能, 无论是和易性能, 还是抗压强度、抗渗性能、防止收缩等。

2) 本试验合成的聚羧酸盐减水剂也能够应用于含泥量较高的混凝土中, 较好地解决了聚羧酸盐减水剂对砂石料含泥量敏感的问题。

3) 对于低强度的混凝土, 本试验合成的聚羧酸系高效减水剂也具有成本优势, 同种强度等级混凝土每m3可节约3～6元。

参考文献

[1]李崇智, 等.聚羧酸系高性能减水剂的研制极其性能[J], 混凝土与水泥制品, 2002 (2) .

[2]郭延辉, 郭京育.聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用[M].北京:中国铁道出版社, 2007.

聚羧酸盐高效减水剂 篇4

本文采用自制大单体MPEG-1500MAA, 通过水溶液共聚反应合成聚羧酸系高效减水剂, 着重研究了不同氧化还原引发体系下, 反应温度、反应物掺量等对减水剂性能的影响。

1 试验部分

1.1 试验原料

聚乙二醇单甲醚-1500甲基丙烯酸酯MPEG-1500MAA, 自制;甲基丙烯磺酸钠SMAS工业级;甲基丙烯酸MAA, 分析纯;过硫酸铵PASM, 分析纯;过氧化氢, 分析纯;亚硫酸氢钠;硫酸亚铁;氢氧化钠;蒸馏水。

1.2 合成工艺

将一定量蒸馏水溶解SMAS后加入到四口瓶中, 待温度升至设定值时, 通入氮气并搅拌, 开始滴加MPEG-1500MAA及MAA混合溶液1~2h和PASM溶液2~3h, 恒温反应2~3h, 冷却至室温, 加入40%浓度的NaOH溶液, 将减水剂PH值调至6~7, 得到约40%浓度的红棕色聚羧酸高效减水剂。

在采用氧化还原引发体系时, 需先将过硫酸铵等氧化剂与SMAS溶解后加入四口瓶中, 通入氮气搅拌, 同时滴加MPEG-1500MAA及MAA混合溶液1~2h和还原剂 (如亚硫酸氢钠) 溶液2~3h, 后面操作同上。

1.3 水泥净浆流动度测试方法

采用重庆拉法基水泥有限公司生产的P.O42.5R水泥, 按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》 (GB/T8077-2000) 测定水泥净浆流动度。实验条件为:W/C=0.29, 外加剂掺量为水泥用量的0.3%, 测定水泥净浆在玻璃板上30s内流动度作为初始流动度, 并分别测其30min、60min净浆流动度。

2 结果与讨论

2.1 SMAS掺量对水泥净浆流动度的影响

在PASM的用量为MPEG-1500MAA的2wt%, MAA与MPEG-1500MAA的摩尔比为5:1, 反应温度为80℃, 调整SMAS与MPEG-1500MAA的摩尔比为0.3~0.9:1的条件下合成减水剂, 并分别测其0min、30min、60min净浆流动度, 结果见图1。

由图1可以看出, 随着甲基丙烯磺酸钠用量的增加, 制得的聚羧酸高性能减水剂的水泥净浆流动度逐渐增大, 当其摩尔比为0.5时达到最佳;继续增加SMAS用量将使减水剂对水泥的分散性能出现明显的下降, 从图1可以看出, SMAS的用量对减水剂分散保持性能没有显著的影响[5,6]。

2.2 MAA掺量对水泥净浆流动度的影响

在PASM的用量为MPEG-1500MAA的2wt%, SMAS与MPEG-1500MAA的摩尔比为0.5:1, 反应温度为80℃, 调整MAA与MPEG-1500MAA的摩尔比2~7:1的条件下合成减水剂, 并分别测其0min、30min、60min净浆流动度, 结果见图2。

由图2可以看出, 随着MAA用量的增加, 减水剂的分散性能增强, 但保持分散性的能力降低;在MAA摩尔比为4时, 减水剂的初始分散性以及分散保持性都较强, 但MAA摩尔比为5时, 减水剂分散保持性已有所降低, 当摩尔比超过6时, 减水剂分散性及分散保持性均大大降低。

2.3 PASM掺量与浓度对水泥净浆流动度的影响

在保持SMAS与MPEG-1500MAA的摩尔比为0.5:1, MAA与MPEG-1500MAA的摩尔比4:1, 反应温度为80℃, 调整PASM的用量为MPEG-1500MAA的1~4wt%, 配制浓度为5~15%时, 分别对合成减水剂的0min、30min、60min净浆流动度测定结果见图3、图4。

由图3可见, 随着PASM用量的增加, 减水剂的分散效果提高, 当PASM用量增加到单体用量的2%时, 减水剂的分散性及分散保持性均最佳。由图4可知, 随着PASM浓度的增高, 减水剂对水泥净浆分散性增大, 在浓度为10%左右达到最佳, 而PASM浓度对减水剂分散保持性没有显著影响。这可能是因为[7,8,9]:引发剂用量和浓度与聚合物的分子量的大小密切相关, 引发剂用量较少时, 自由基聚合速率大, 聚合物分子量大;相反, 引发剂用量较多时, 自由基聚合速率小, 聚合物分子量小。引发剂浓度越高, 减水剂分子量越小;相反引发剂浓度越低, 减水剂分子量越大, 而减水剂的分子量过大或过小都对其分散性能有显著的影响。分子量过小, 不利于减水剂空间位阻效应的发挥;分子量过大, 则容易产生絮凝现象, 导致水泥净浆粘度增大、流动性降低。

2.4 反应温度对水泥净浆流动度的影响

保持SMAS与MPEG-1500MAA摩尔比为0.5:1, MAA与MPEG-1500MAA的摩尔比4:1, PASM的用量为MPEG-1500MAA的2wt%, 浓度为10%, 调整反应温度在60~90℃, 所合成减水剂的初始净浆流动度测定结果见图5。

由图5可以看出, 在80~85℃时合成的减水剂分散性较好。因为温度越高, 引发剂分解越快, 半衰期越短, 溶剂中自由基浓度较高, 生成聚合物的分子量越小;反之温度越低, 引发剂分解越慢, 半衰期越长, 溶剂中自由基浓度越低, 生成聚合物的分子量越大[10,11]。聚合物分子量对减水剂性能影响的原因如2.3中所述。

2.5 氧化还原引发体系合成减水剂对水泥净浆流动度的影响

氧化还原引发体系[12]可以产生自由基, 引发单体聚合, 该体系的活化能低, 在较低温度下也能获得较快的反应速率。这类体系的组分可以是无机或有机化合物, 性质可以是水溶性或油溶性, 根据聚合方法而定, 水溶性氧化还原引发体系中, 氧化剂组分有过氧化氢, 过硫酸盐, 氢过氧化物等, 还原剂有无机还原剂 (Fe2+, Cu+, NaHSO3, Na SO3, Na2S2O3等) 和有机还原剂 (醇, 胺, 草酸, 葡萄糖等) 。

本试验是水溶性聚合反应体系, 选用过硫酸铵—亚硫酸氢钠、过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐、过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐三种氧化还原引发体系, 按氧化还原引发体系总体掺量为大单体质量分数的2%, 在氧化剂与还原剂不同摩尔比、不同温度下反应5~6h左右, 对合成减水剂的分散性能进行了对比试验, 从而确定最低反应温度。

2.5.1 过硫酸铵—亚硫酸氢钠体系对水泥净浆流动度的影响

由图6可以看出, 过硫酸铵—亚硫酸氢钠氧化还原引发体系中, 过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比在1:1~1:2之间时, 合成的减水剂分散性能最好, 而随着其过硫酸铵用量的增加, 分散性和分散保持性能均显著降低, 随着亚硫酸氢钠用量的增加, 尽管其分散性能有所提高, 但减水剂极不稳定, 并产生恶臭气味, 因此本体系确定过硫酸铵与亚硫酸氢钠的最佳摩尔比为1.5:1。由图7可以看出, 在确定过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1.5:1情况下, 降低反应温度, 在60℃时减水剂仍然有较好的分散性与分散保持性能, 当温度降低为50℃时, 合成减水剂初始流动度为0mm, 表明其没有发生共聚反应。

2.5.2 过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐体系对水泥净浆流动度的影响

在过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐氧化还原引发体系中, 确定反应温度为60℃, 在亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比为0.5, 亚铁盐与过硫酸铵摩尔比在0.01:1~0.07:1时, 以及在亚铁盐与过硫酸铵摩尔比为0.05, 亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比在0.2:1~1.5:1时, 合成减水剂的分散性及分散保持性分别见图8、图9;并在确定亚硫酸氢钠:亚铁盐:过硫酸铵为0.5:0.05:1时, 调整反应温度为40~70℃, 合成减水剂分散性及分散保持性见图10。

由图8可以看出, 随着亚铁盐用量的增加, 减水剂分散性能与分散保持性能均增大, 在其与过硫酸铵摩尔比为0.05时, 达到最佳。由图9可以看出, 亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比在0.5~1.2时, 分散性与分散保持性能相差不大, 而在0.5时达到最佳。由图10可以看出, 固定体系摩尔比情况下, 随着反应温度的升高, 其分散性与分散保持性能均有大幅提高, 而温度在60℃时, 净浆流动度达到250mm, 30min几乎无损失, 与PASM为引发剂、反应温度为80℃时相比, 分散性与分散保持性效果相差不大, 表明在此引发体系下, 合成减水剂时温度可以降低到60℃.

此反应体系可能的反应机理是[13,14,15,16]:过硫酸铵在反应体系中发生反应 (NH4) 2S2O8+2H2O=2NH4HSO4+H2O2, 生成双氧水, 而在亚硫酸氢钠、七水硫酸亚铁和双氧水三组份构成的氧化还原体系中, 七水硫酸亚铁和双氧水组成氧化剂体系和反应单体混合在一起, 双氧水将两价铁氧化成三价铁, 同时释放出氧自由基, 氧自由基有很高的反应活性, 能够在低温下进行反应, 并不断的被消耗;同时亚硫酸氢钠作为还原剂将三价铁还原成二价铁, 重新生成的二价铁再次参与和双氧水的反应, 不断的循环反应释放出氧自由基, 直到双氧水耗尽, 从而在低温的条件下合成聚羧酸高效减水剂。

2.5.3 过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐体系对水泥净浆流动度的影响

基于2.5.2中所述反应机理, 用H2O2直接代替过硫酸铵, 掺量为单体质量分数的2%, 亚硫酸氢钠:亚铁盐:过氧化氢的摩尔比为0.5:0.05:1, 得到试验结果见图11。

由图11可以看出, 用双氧水代替过硫酸铵与亚硫酸氢钠、亚铁盐组成氧化还原引发体系时, 其试验结果与过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐氧化还原引发体系相差无几, 而其分散保持性能却得到一定程度的改善。

3 结论

(1) 以MPEG-1500MAA、SMAS、MAA、PASM为主要原料合成聚羧酸减水剂, 在最优摩尔比SMAS:MAA:MPEG-1500MAA为0.5:4.5:1, PASM的掺量为MPEG-1500MAA质量的2%, 配制浓度为10%, 反应温度为80℃时, 其水泥净浆初始流动度达到275mm, 1h流动度保持率为95%。

(2) 分别对过硫酸铵—亚硫酸氢钠、过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐、过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐三种氧化还原引发体系合成减水剂及其分散性和分散保持性能的研究结果表明, 在控制氧化、还原剂适当摩尔比, 反应温度为60℃时, 合成减水剂的水泥净浆初始流动度为250mm, 30min流动度保持率达95%以上。

聚羧酸盐高效减水剂 篇5

一、聚羧酸系高效减水剂的性能特点

聚羧酸系高效减水剂的性能特点主要包括自身的分子结构性能和掺加此减水剂的混凝土的性能特点两部分。

(一) 分子结构性能特点。

聚羧酸减水剂其分子大多呈梳形结构, 主要特点是主链上带有多个极性较强的活性基团;侧链上带有分子链较短、数量少的疏水基以及数量占多数的亲水性活性基团, 它们必须以合适的比例出现在高分子主链上。聚羧酸系高效减水剂的合成分两步进行, 首先合成有一定侧链长度的聚合物单体, 并用这些单体与含羧酸、磺酸等接枝共聚以接上活性基团。

(二) 掺聚羧酸系减水剂混凝土的性能特点。

一是减水率高, 掺量低。聚羧酸系高效减水剂虽然在水泥颗粒表面的吸附量较少, 但由于其带有许多支链, 可以产生空间位阻效应, 因而掺量少时可以实现较好的塑化效果。二是坍落度损失低, 保塑性强。聚羧酸高效减水剂能有效控制混凝土拌合物的坍落度, 减少损失, 而且对硬化时间影响不大。在同样原材料条件下, 掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土拌合物的流动性和流动保持性明显好于萘系, 并且混凝土拌合物的整体状态也明显好于萘系, 很少存在泌水、分层、缓凝等现象。三是低收缩。掺聚羧酸系高效减水剂混凝土的体积稳定性与萘系等第二代减水剂混凝土相比有较大提高。按GB8076-1997测定, 掺聚羧酸系高效减水剂混凝土28天收缩率比平均为102%, 最低的收缩率比仅为91%, 而萘系高效减水剂的28天收缩率比一般在110%以上。四是环境友好。在聚羧酸系高效减水剂合成生产过程中不使用甲醛和其他任何有害原料, 对环境不造成任何污染, 对人体无健康危害。而萘系等第二代减水剂是一类对环境污染较大的化工合成材料, 并且其污染是结构性的, 在生产和使用过程中均存在, 无法克服;在配制成混凝土后减水剂中残留的甲醛和萘等有害物质会从混凝土中缓慢逸出, 对环境和人体健康造成危害。

(三) 聚羧酸系减水剂的分散稳定机理。

聚羧酸系减水剂的分子结构多变, 体现在聚合物单体的种类变化、官能团的位置变化及其分子量、分子量分布等因素的变化。根据主链上大单体结构单元的不同, 一般将聚羧酸系高效减水剂分为聚丙烯酸盐 (或酯) 类、聚马来酸 (酐) 类、聚 (甲基) 丙烯酸 (酯) 和马来酸共聚物类等。

Hiroshi等经过研究认为, 萘系减水剂的分散机理主要是静电斥力作用, 而聚羧酸减水剂的分散机理则是立体位阻作用。普遍接受的观点是, 梳形聚羧酸系减水剂主要通过立体位阻效应对水泥粒子起分散与保持分散的作用。这里所提的立体位阻效应是空间效应的一种, 其影响强弱主要依赖于相关基团的大小、形状、位置和空间的伸展方向。如果接支链长度与水泥基体空腔深度相匹配的程度较好, 则可以起到更好的空间填充或调节作用, 因此, 研究人员往往用取代基的大小及支链化程度来定性描述其立体位阻效应, 但是至今尚缺乏一种公认的表征立体位阻效应的参数。

二、研究现状

(一) 国外研究现状。

目前各国对其研究和应用较多, 但得到成功推广应用的主要是日本。1986年日本触媒公司率先研发成功具有一定比例的亲水性官能团的聚羧酸系高效减水剂, 随后逐渐应用在混凝土工程中, 1995年后日本的聚羧酸系高效减水剂的使用量已大大超过了萘系产品, 已达减水剂用量的80%。日本将聚羧酸系高效减水剂命名为高效能AE减水剂, 1995年列入JISA6024国家标准, 1997年列入JASS5日本建筑学会标准。

目前, 关于聚羧酸系减水剂研发的美国专利已有100项以上。这些专利的发明人更关心使用减水剂后新拌混凝土的减水性能和塌落度保持性能以及混凝土的引气、离析泌水、凝结和可泵送的一些综合性能, 聚羧酸系外加剂的专利产品更加突出减水、流动性保持、早强、减缩等多项功能。

(二) 国内研究现状。

我国的聚羧酸减水剂在近一两年内得到了快速的发展, 已有数种自制产品投入市场, 但总的性能不是太好, 而且稳定性较差。因此, 我国目前减水剂品种主要还是以第二代萘系产品为主体, 占总量的80%以上, 到2003年底我国聚羧酸系减水剂产量不到减水剂总产量的2%。从近几年聚羧酸系减水剂的发展和应用特点来看, 目前聚羧酸系减水剂的应用趋势是从过去重大工程重点部位的应用向一般重大工程、普通工程的应用, 由高强度等级、特殊功能混凝土的应用逐步向普通混凝土的应用发展。目前, 几乎所有国家重大、重点工程中, 尤其在水利、水电、水工、海工、桥梁等工程中均广泛使用聚羧酸系减水剂。目前国内研究水平还处于起步发展阶段, 研究主要涉及原材料选择、生产工艺、降低成本及应用等方面, 而在基础理论研究方面, 聚羧酸系减水剂的作用机理、性能优化等方面的研究有待进一步深入, 分子结构设计、结构与性能之间关系的研究仍需进一步加强。

三、发展趋势与应用前景

目前, 聚羧酸减水剂母体品种不多, 性能单一, 不能满足不同领域不同性能混凝土的要求。对缓凝、早强、泵送等不同性能的需求, 无法生产出相应的聚羧酸母体, 这点是制约聚羧酸系高效减水剂广泛应用的主要原因。因此, 目前多数厂家为了节约成本, 普遍采用复配技术, 在引进母体的基础上, 大量复配缓凝剂、早强剂、减缩剂等, 这样虽然能够达到缓凝、早强、减缩的效果, 但是大量复配其他外加剂会引起与水泥相容性不好、后期强度不高的问题, 甚至造成成本高、污染环境等一系列问题, 所以聚羧酸系减水剂的研究开发应从混凝土价格、性能、环保、可持续发展等多方面综合考虑, 进一步向多功能化、高性能化、生态化方向发展。应该考虑分子设计的角度, 从高性能减水剂的合成结构与性能的关系、作用机理等方面进行系统的研究, 开发、合成、生产多元化和不同性能的系列聚羧酸系减水剂母体, 对我国混凝土材料和技术的发展、建设工程技术的进步都具有重要的现实、经济意义。

参考文献

[1] .周志威, 吕生华, 李芳.聚羧酸系高效减水剂的研究进展[J].化学建材, 2006

[2] .宣怀平, 林国英.LEX-9聚羧酸盐高性能减水剂[J].中国混凝土网, 2007

[3] .朱俊林, 石小斌, 戴文杰, 等.对国内外聚羧酸减水剂研究进展的探讨[J].商品混凝土, 2006

聚羧酸盐高效减水剂 篇6

当前应用较普遍的高效减水剂主要有如下几类[5,6,7,8,9,10]:木质素磺酸盐减水剂 (ML) 、萘系减水剂 (SNF) 、磺化蜜胺树脂系减水剂 (SMF) 、氨基磺酸盐系减水剂 (ASP) 及聚羧酸系减水剂 (PC) 。聚羧酸系减水剂的具体结构特点和所选聚合单体的种类有关[11,12,13]。由于具有梳形分子结构的聚羧酸系高效减水剂减水率高、保坍性能好、掺量低、无污染、缓凝时间少、成本较低, 适宜配制高强超高强混凝土、高流动性及自密实混凝土, 因而成为国内外混凝土外加剂研究开发的热点[14,15]。

聚羧酸系高效减水剂是一类含羧基 (-COOH) 的高分子表面活性剂, 其分子结构呈梳形, 主链系由含羧基的活性单体聚合而成, 侧链系则通过含功能性官能团的活性单体与主链接枝共聚得到。根据主链上设计的大单体 (在分子结构中摩尔分数大于50%) 结构单元的不同, 一般将聚羧酸系高效减水剂分为聚丙烯酸盐 (或酯) 类、聚马来酸 (酐) 类、聚 (甲基) 丙烯酸 (酯) 和马来酸共聚物类等。

1 聚羧酸系高效减水剂的合成方法及特点

从目前的文献报道来看, 聚丙烯酸系高效减水剂的合成方法大致分为:可聚合单体直接共聚法、聚合后功能化法、原位聚合与酯化法三类。以下分别介绍这几种方法及各自特点。

1.1 可聚合单体直接共聚法及特点

先制备具有聚合活性的大单体, 然后将一定配比的单体混合在一起直接采用溶液聚合而得成品。此工艺虽然简单, 但是先要合成大单体, 分离纯化过程繁琐, 成本较高。株式会社日本触媒公司[16]已经用短链甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、长链甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸三种单体直接共聚合成了一种坍落度保持性好的混凝土外加剂。张荣国等[17]先向反应器中加入丙烯酸、聚乙二醇及一定量助剂, 于100~120℃下进行酯化反应, 制得可聚合大分子单体, 再将上述可聚合大分子单体、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠按比例在水溶液体系中进行自由基共聚反应, 在60~80℃反应3~5 h后冷却至室温, 用Na OH溶液调节p H至7~9, 得到聚丙烯酸高效减水剂产品。性能测试表明该减水剂掺量为0.35%时, 减水率达21.3%, 90min坍落度几乎无损失。

1.2 聚合后功能化法及特点

利用现有聚合物进行改性, 一般采用已知分子量聚羧酸, 在催化剂作用下与聚醚经酯化反应进行接枝, 但是现成的聚羧酸产品的种类和规格有限, 其组成和分子量调整比较困难;聚酸和聚醚的相容性不好, 酯化实际操作困难;同时, 酯化反应过程中, 不断有水生成, 导致相分离。Grace公司[18]用烷氧基氨H2N- (BO) n-R作反应物与聚羧酸接枝 (BO代表氧化乙烯基团, n为整数, R为Cl-C4烷基) , 聚羧酸在烷氧基胺中可溶, 故酰亚胺化彻底。反应时, 胺反应物加入量为-COOH摩尔数的10%~20%, 通过两步反应:反应混合物先高于150℃反应1.5~3h, 降温至100℃~130℃后加入催化剂再反应1.5h~3h即可得所需产品。

1.3 原位聚合与酯化接枝法及特点

以聚醚作为羧酸类不饱和单体的反应介质, 克服了聚合后功能化法的缺点。该反应集聚合与酯化于一体, 这样避免了聚羧酸与聚醚相容性不好的问题, 工艺简单, 生产成本低, 可以控制聚合物的分子量。但是分子设计过程比较困难, 主链一般也只能选择含羧基基团的单体, 而且这种接枝反应是个可逆平衡反应, 反应前体系中已有大量的水存在, 造成其接枝度不高, 且过程很难控制。如T shwal[19]等人把丙烯酸单体、链转移剂、引发剂的混合液逐步滴加到装有分子量为200的甲氧基聚乙二醇的水溶液, 在60℃反应45min后, 升温到120℃, 在氮气保护下不断除去水分, 而后加入催化剂升温到165℃, 反应1h, 进一步接枝得到成品。

2. 聚羧酸类减水剂的作用机理

2.1 减水剂分子结构中不同官能团对聚羧酸系减水剂性能的贡献[20]

在减水剂的分子链中, 羧酸基 (-COOH) 、磺酸基 (-SO3H) 和聚氧乙烯基 (-CH2CH2O) 为主导官能团, 其中羧基的主导作用为缓凝、保坍;磺酸基的主导作用为高效分散产生高减水率, 此类减水剂因形成分子间氢键而产生减水作用并易溶于水, 因此分子链中含有磺酸基的减水剂可提高水泥的流动性, 特别是水泥的初始流动性;聚氧化乙烯链节能够起到一定缓凝作用。引入聚氧烷烯基侧链有利于提高混凝土流动性保持能力, 大大降低新拌混凝土坍落度损失, 提高减水剂的相容性。

在减水剂中, 主导官能团之外的官能团都是非主导官能团。非主导官能团有:醛基、酮基、酯基、酸酐基、酰胺基、羟基、醚基等。其中无反应活性的非主导官能团常以醚键、酯键、酰胺键等形式存在, 可以单独一种或任意两种或三种同时与羧基或“羧酸-磺酸”组成高效减水剂。含有反应活性的基团如酸酐基、酯基、酰胺基等不饱和化合物和不饱和羧酸进行共聚可得到既有羧基又有反应活性基的共聚物。反应活性基在混凝土的碱性介质条件下水解, 释放出含羧基的水解产物, 达到分散、缓凝、保坍的目的。

2.2 聚羧酸类减水剂作用机理

减水剂掺入新拌混凝土中, 将破坏水泥颗粒的絮凝结构, 起到分散水泥颗粒及水泥水化颗粒的作用, 而后释放絮凝结构中的自由水, 增大混凝土拌合物的流动性。高效减水剂大都属于阴离子型表面活性剂, 掺入水泥浆体中吸附在水泥粒子表面, 并离解成具有亲水和亲油作用的有机阴离子基团。当前聚羧酸类减水剂的作用机理尚未十分清楚, 概括起来主要包括以下几种观点[1、21]:

(1) 吸附作用与空间位阻作用 聚合物减水剂吸附在水泥颗粒表面, 在水泥颗粒表面形成一层有一定厚度的聚合物分子吸附层。当两个有聚合物分子吸附层的颗粒接近时, 在颗粒表面间的距离小于吸附层厚度的两倍时, 两个吸附层就产生相互作用, 产生熵效应和渗透斥力效应, 从而保持颗粒间的分散稳定性。该类减水剂分子骨架为主链和较多的支链组成, 主链上含有较多的活性基团, 并且极性较强, 依靠这些活性基团, 主链可以“锚固”在水泥颗粒上, 侧链具有亲水性, 可以伸展在液相中, 从而在颗粒表面形成庞大的立体吸附结构, 产生空间位阻效应, 从而使水泥颗粒分散并稳定。郭惠玲[22]为了进一步从微观层次上对聚梭酸系减水剂作用机理进行研究, 采用紫外-可见光谱吸收法测定了自制聚羧酸系高效减水剂PC-3在水泥颗粒表面的吸附量, 结果表明PC-3能与水泥颗粒发生较强的吸附作用。

(2) 表面活性作用 聚羧酸高效减水剂大分子链上一般都接枝不同的活性基团, 如具有一定长度的聚氧乙烯链、羧基、磺酸基、羧基、胺基和聚氧烷基等, 极性基团可通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用, 能对水泥颗粒产生分散和流动作用, 并通过减少水泥颗粒间摩擦阻力, 降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性。研究表明[22], 减水剂是一种较好的表面活性剂, 水泥粒子的分散能力和润湿能力随着聚羧酸系减水剂掺量的增大而增大。当加入水泥浆体中后, 显著降低了体系的表面张力。

(3) 静电斥力作用 羧酸根离子使水泥颗粒带上的负电荷在水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散, 增大水泥颗粒与水的接触, 使水泥充分水化。在扩散水泥颗粒的过程中, 放出凝聚体所包围的游离水, 改善了和易性, 减少了拌水量。

(4) 水化膜润湿作用 聚羧酸系减水剂对水泥粒子产生齿形吸附, 结构中的极性基团与水分子缔合形成氢键, 从而形成亲水性立体保护膜, 该保护膜也进一步保证了粒子的分散稳定性, 但这些机理还有待进一步研究和验证。

(5) R-COO-与Ca2+离子作用形成络合物, 降低了溶液中的Ca2+离子浓度, 延缓Ca (OH) 2形成结晶, 减少C-H-S凝胶的形成, 从而延缓水泥水化。特别是含有酸酐的反应性减水剂, 在水泥水化产生的碱性条件下, 酸酐能够持续反应, 逐步释放, 具有较好的徐放性。含羧酸基的减水剂还具有适宜的引气性。

3 聚羧酸系高效水泥减水剂的合成原料

由前述所知, 聚羧酸系减水剂的合成原料主要分为三类:一是能提供羧基的的单体, 如 (甲基) 丙烯酸、马来酸 (酐) 等;二是可提供磺酸基团的单体, 如甲基丙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等;三是聚链烯基物质 (包括聚链烯基烃或其含有不同官能团的衍生物) 。在聚合过程中可采用的引发剂为:过硫酸盐水溶性引发剂、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰;链转移剂有:3-疏基丙酸、疏基乙酸、疏基乙醇以及异丙醇等。

4 聚羧酸减水剂分子结构与性能的关系

4.1 聚合单体配比对减水剂性能的影响

在合成中, 选择适宜的单体种类和单体配比对聚羧酸类减水剂的合成至关重要。刘治猛等[23]分别以甲基丙烯磺酸钠 (SMAS) 等5类含磺酸基的不饱和单体, 合成了5种侧链带有磺酸基团的梳形聚羧酸减水剂。用红外光谱 (FT-IR) 对其结构进行了确认。正交试验分析表明, SMAS是最佳的磺酸基单体。徐雪峰等[24]以甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、单官能团醚聚合成聚羧酸系高效减水剂, 随着聚合物中羧基含量的增加, 减水率提高, 当羧基与醚的物质的量比为2.0~3.0时, 减水率和流动度保持性均较好。陈刚[25]以马来酸酐 (MA) 、甲基丙烯磺酸钠 (MAS) 、由聚乙二醇单甲醚 (MPEG) 和丙烯酸 (AA) 酯化反应制备的大单体为原料, 通过三元共聚反应合成了聚马来酸酐高效减水剂, 通过改变单体配比, 合成了具有不同功能基团比例的聚马来酸酐高效减水剂, 分别考察了各基团比例的变化对减水剂性能的影响。结果表明, 磺酸基比例的增加, 增强了链转移作用, 使减水剂的水泥净浆流动度先增大后减小;大单体比例的增加, 增加了聚合产物的空间位阻作用, 也使减水剂的水泥净浆流动度先增大后减小。当MA的摩尔分数为0.5~0.65, MAS的摩尔分数为0.05~0.15, 大单体的摩尔分数为0.3~0.35, MPEG的分子量为1000时, 所得聚合产物的减水性能较好, 在减水剂掺量为0.2%、水灰比为0.29的情况下, 水泥净浆流动度达到307mm, 此时聚合产物的分子量为1.28×104。

4.2 不同侧链长度对减水剂性能的影响

魏瑞平等[26]以甲基丙烯酸 (MMA) 和甲氧基聚乙二醇 (MPEG) 为原料酯化合成大单体甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 (MPEGMA) , 再与马来酸酐、MMA和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚合成减水剂, 掺有接枝不同侧链长度MPEGMA的聚合物减水剂, 起始水泥净浆流动度随着侧链长度的增加而增加, 但侧链长度对减水剂的经时流动性有较大的影响:侧链长度较小时, 水泥浆体流动性经时损失过快;侧链越长, 流动度保持性能较好。当MPEG相对分子质量为1000、引发剂的质量分数为5%, 合成的减水剂掺量质量分数为0.13%时, 水泥的净浆流动度可达281mm。潭洪波[27]针对聚羧酸系减水剂合成及应用过程中存在的问题, 进行了功能可控型聚羧酸减水剂的研究与应用, 调整聚羧酸减水剂侧链接枝密度及长侧链分子量可实现减水剂分散性及分散保持性、凝结时间、引气量、早期强度、水化热、电阻率、化学收缩的可控制性。陈明凤等[28]采用聚氧乙烯基烯丙酯大单体与丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠通过共聚得到不同侧链长度的聚羧酸减水剂, 其中JH23符合缓凝减水剂的性能要求, 而且研究表明侧链较长的聚羧酸减水剂对水泥净浆的流动度保持有利。

4.3 聚合物分子量对聚羧酸减水剂性能的影响

作为一种分散剂, 聚合物的相对分子量对其分散性有重要的影响。因为聚羧酸类减水剂属于阴离子表面活性剂, 相对分子量过大会使体系粘度增大, 不利于水泥粒子分散, 聚合物分散性能不好。但相对分子量太小, 则聚合物维持坍落度能力不高。胡建华[29]经过试验认为聚合物的减水率随相对分子量的增大先增大, 到一定值后又减小。

不仅减水剂的相对分子量对其性能有影响, 其相对分子质量分布对其分散性能也有一定的影响。Tanaka[30]通过GPC法测定相对分子质量分布, 取曲线最高峰值为Mp, 认为要获得高分散性的减水剂还应使 (Mw-Mp) 大于0且小于7 000为最佳。以上结论与文献报道[31]一致。

4.4 大单体质量对聚羧酸减水剂性能的影响

目前, 聚羧酸类减水剂的合成方法中较为常用的是大单体共聚法。大分子单体质量的好坏是决定减水剂性能的关键因素。徐华等[32]应用甲基丙烯酸 (MAA) 、对苯二酚、对苯二酚单甲醚、促进剂和MPEG合成酯化大单体, 通过酯化反应工艺条件的确定, 得到一种高性能的聚羧酸高效减水剂, 该工艺研究目前已能用于实际生产, 具有良好的经济价值。田金强[33]探索了一种合成聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯 (PEGMEMA) 大分子单体的新途径。即在Al/Mg基无机复合催化剂的作用下, 加入阻聚剂, 采用环氧乙烷 (EO) 对甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 的一步法嵌入反应合成PEGMEMA大分子单体。并尝试用该合成的PEGMEMA大分子单体合成聚羧酸系减水剂, 通过测定合成的聚羧酸系减水剂水泥净浆流动性性能评价大分子单体在减水剂中的适用性并反馈调整大分子单体合成工艺。

5 聚羧酸系高效水泥减水剂研究与应用存在的问题及发展方向

5.1 对减水剂分子的表征方法存在局限性, 缺乏微结构方面的研究;

5.2 对聚羧酸系减水剂的结构与性能的关系缺乏深入的研究, 特别是其结构与水泥分散性和分散保持性的关系研究较为缺乏。

5.3原材料产业化程度较低, 成本偏高。我国的高效减水剂的研究和工业化才刚起步, 原材料产业化程度较低, 特别是主要原材料如烯丙基聚氧化乙烯基醚及甲氧基乙二醇不饱和羧酸酯等大单体材料存在国内生产厂家少, 产品质量不稳定的问题;在窄分子量分布及纯度上的控制水平与国外还存在较大的差距, 烯丙醇、甲氧基聚乙醇等原材料还在相当程度上依赖于进口, 造成减水剂成本偏高。

5.4聚羧酸系减水剂与水泥的适应性问题突出。在实际应用中, 我国水泥厂众多, 生产工艺、水泥品种、水泥成分、细度的差异性, 混合材料来源千差万别, 使用减水剂的地方环境具有较大的差异性, 这些问题给减水剂的正确使用和混凝土质量的控制造成了困难。

聚羧酸盐高效减水剂 篇7

聚羧酸减水剂由于具有高减水率、高保坍、与水泥适应性强、超分散性和超稳定性的优点,近些年得到了广泛应用,是国内外建筑材料研究的一个热点[1]。掺入极低量的聚羧酸减水剂就可以达到较高的减水率,并保持较好的流动性[2]。单独使用或复合使用新型聚羧酸系减水剂可大幅度提高混凝土的工作性和耐久性,已成为混凝土实现高性能的一条重要途径。

从20世纪90年代开始,国内外发表了大量关于聚羧酸减水剂合成与应用研究的论文。研究主要分为3个阶段。第1阶段主要集中研究了聚合工艺,包括大单体的合成和减水剂的配方、温度、时间、引发剂以及动力学[3,4,5]。我国聚羧酸减水剂研究起步较晚,目前工作主要集中在这一阶段[6,7,8]。第2阶段是对聚羧酸减水剂的分散机理及性能与结构的关系进行研究[9]。第3阶段是聚羧酸减水剂在高性能混凝土中的应用研究[10,11]。聚羧酸减水剂的一个特点是可设计性好,可以根据不同的需要设计不同的分子结构。磺酸基是聚羧酸减水剂中的一种重要的主导官能团[12]。国内常用的磺酸基单体有2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、乙烯基磺酸钠(SAS)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)、乙烯基磺酸钠(SVS)、苯乙烯磺酸钠(St SS),目前对这些单体与减水剂性能之间的关系缺乏综合研究。本文拟通过正交实验,对各种单体的性能进行比较,选择最佳的单体,以期对聚羧酸减水剂合成的分子设计与优化提供指导。

1 试验

1.1 原材料

丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、对甲苯磺酸,分析纯,天津大茂化学试剂厂;甲氧基聚乙二醇(PEOG),工业级,南京威尔化工有限公司;2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),工业级,河南辉县市振兴化工厂;乙烯基磺酸钠(SVS),工业级,山东济南润鑫鹏浩化工有限公司;甲基丙烯磺酸钠(SMAS),工业级,太仓新毛涤纶化工有限公司;苯乙烯磺酸钠(St SS),工业级,上海邦成化工有限公司;丙烯基磺酸钠(SAS),工业级,广州鸿鑫电镀化学品有限公司;过硫酸铵(AP)、过硫酸钾(PP)、过氧化氢,分析纯,广东光华化学厂有限公司。复合引发剂为不同配比的过硫酸铵、过硫酸钾与过氧化氢的混合溶液。

1.2 合成[7]

1.2.1 大单体的合成

往250 m L三颈圆底烧瓶中依次按配比加入AA、PEOG、催化剂、阻聚剂,在N2保护下,搅拌并加热到适当的温度反应,测试反应体系的酸价,到达终点时,冷却至室温,制得乙二醇单醚-丙烯酸酯(AMPEO),用0.1 mol/L的Na OH溶液滴定丙烯酸含量,从而确定酯化率。酯化反应见式(1):

1.2.2 聚羧酸高效减水剂的合成

在四颈圆底烧瓶中加入占试剂总量25%的AMPEO、SMAS、AA、链转移剂、去离子水,搅拌,通N2,加热到适当的温度,连续滴加引发剂及剩余的单体,滴完后,保温,反应至终点。用一定浓度的氢氧化钠溶液调节体系的p H值至6~7,冷却至室温,得到聚羧酸类高效减水剂PC。理想的反应如式(2):

1.3 水泥净浆流动度的测试

按GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试,减水剂的掺量为0.3%。

2 结果与讨论

2.1 试验设计

以往的研究表明,组分的微小变化对聚羧酸高效减水剂的影响都比较明显,有必要增加各变量的水平,并在较宽的用量范围内研究各因素对掺减水剂水泥净浆流动度的影响。由于变量及变量水平较多,为了能合理地找出试验的最佳条件,选取磺酸基单体、磺酸基单体用量、丙烯酸用量、引发剂种类、引发剂用量及链转移剂用量作为考察的6个因素,每个因素选取5个水平,以水泥净浆流动度为考察指标,选用6因素、5水平的L25(56)正交表进行试验。表1和表2分别为正交试验的因素、水平及试验结果。

2.2 各因素对聚羧酸高效减水剂性能的影响

2.2.1 磺酸基单体种类的影响(见图1)

由图1可见,SMAS作为磺酸基团效果最好、SAS次之,AMPS第3,这3种也是目前应用较多的磺酸基单体。其中,AMPS在水溶液中水解速度慢,钠盐水溶液在高p H值条件下,具有良好的耐水解性能,比较稳定,其应用较多。

2.2.2 磺酸基单体用量的影响

图2为磺酸基单体SMAS用量对水泥净浆流动度的影响。

由图2可见,随着磺酸基单体SMAS用量的增加,水泥净浆流动度降低。说明磺酸基团作为一种主导官能团的加入量应该是少量的。但也不能太少,否则达不到应有的效果。最佳用量为羧基含量的40%。

2.2.3 其它因素的影响

由表2可见,丙烯酸用量对流动度的变化呈现先增加后减少的趋势,羧基含量较低时,水泥净浆流动性较差,随着羧基含量的增加,流动度逐渐增大,当到达一定含量(0.06 mol)时流动度达到极大值。当丙烯酸用量进一步增加时,流动度反而呈现下降的趋势。

引发剂用量对水泥流动度的影响趋势与丙烯酸用量的影响基本相同,引发剂用量的最佳用量与磺酸基团的摩尔比为1∶15。随着引发剂的增加,分子量逐渐减小,水泥净浆流动度逐渐减小。当到达一定值时候,略有回升。

链转移剂对水泥净浆流动度的影响也是先增加后减少。链转移剂主要是控制分子量,链转移剂的用量越小,分子量就越大;链转移剂的用量越大,分子量就越小。分子量太大或太小都不利于流动度,只有适合的分子量才能得到较好的流动度。链转移剂的最佳用量与磺酸基团的摩尔比以1∶10最佳。

对表2中的数据采用SPSS的方差分析模块进行分析(因变量为流动度),结果见表3。

注:(1)相关系数的平方为0.933(调整的相关系数为0.599);(2)C1、C2、C3、C4、C5分别代表磺酸基单体种类、磺酸基单体用量、丙烯酸用量、引发剂用量和链转移剂用量。

从表3可以看出,只有磺酸基单体的显著性水平小于0.1,其次是引发剂用量的影响,说明磺酸基单体的选择有显著影响,是以上几个条件最重要的因素。

基于上述分析,可以看出,选用最佳的磺酸基单体SMAS时的最佳配方为:磺酸基单体用量0.003 mol,丙烯酸用量0.072 mol,引发剂用量0.25 g,链转移剂用量0.60 g。

2.3 优化试验

根据上述最佳条件,选用磺酸基单体为SMAS,以磺酸基单体用量、丙烯酸用量、引发剂用量和链转移剂用量作为考察因素,每个因素选取3个水平,以水泥净浆流动度作为考察指标,进行4因素、3水平的L9(34)正交试验(见表4、表5)。

由表5可以看出,磺酸基用量对水泥净浆流动度的影响最为显著,其次是链转移剂。

对表5中的数据采用SPSS进行方差分析,并进行线性回归,得到回归模型的整体情况(见表6)。方差分析见表7。

根据表7,得到的回归方程为:

该方程的相关系数R为0.672,标准偏差δ为2.62。为了验证上述模型,特意设计了以下4组试验,其实测值与按式(3)所计算的预测值的比较见表8。

由表8可见,本文所提出的数学模型可较好地表征产物特性与3个变量之间的关系。

3 结论

(1)磺酸基团为聚羧酸减水剂主导官能团,其种类对减水剂性能影响极大。AMPS、SAS、SMAS、SVS、St SS等5种常用的磺酸基团单体中,SMAS的分散效果最好。

(2)丙烯酸类单体的用量不应太多,与磺酸基团单体的摩尔比以5∶2为最佳。

(3)链转移剂与磺酸基团的摩尔比以1∶10最佳。

摘要：磺酸基是聚羧酸减水剂中的主导官能团,目前对磺酸基团单体的选择较混乱。对乙烯基磺酸钠、丙烯基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对聚羧酸减水剂性能的影响进行正交实验,采用SPSS软件分析了各因素的影响,并用多元线性回归得出掺减水剂水泥净浆流动度与磺酸基单体用量、丙烯酸用量、引发剂用量、链转移剂用量的方程。

关键词：聚羧酸减水剂,磺酸基,主导官能团,正交实验,多元回归分析

参考文献

[1]Khurana R,Torresan I,in:Malhotra V M(Ed)..Proceedings of Fi-fth International Conference on Superplasticizers and other Che-mical Admixtures in Concrete[G]:Rome,1997,83.

[2]Ramachandran V S,Malhotra V M,Jolicoeur C,et al.Superplas-ticizers:Properties and Applications in Concrete[C].CANMET,Ottawa,Ontario,1998.

[3]Tung-Sheng Liao,Chao-Lung Hwang,Yi-Shian Ye.Effects of a carboxylic acid/sulfonic acid copolymer on the material proper-ties of cementitious materials[J].Cement and Concrete Research,2006,36:650-655.

[4]Chong-Zhi Li,Nai-Qian Feng,Yong-De Li,et al.Effects of po-lyethlene oxide chains on the performance of polycarboxylate-type water-reducers[J].Cement and Concrete Research,2005,35:867-873.

[5]陈明凤,徐丽娜,彭家惠,等.聚羧酸减水剂合成配方确定[J].新型建筑材料,2004(11):32-35.

[6]李崇智,李永德,陈荣军.聚羧酸系高性能减水剂的合成与性能[J].新型建筑材料.2002(8):55-57.

[7]刘治猛,罗远芳,刘煜平,等.新型聚羧酸类高效减水剂的合成及性能研究[J].新型建筑材料,2003(4):15-18.

[8]胡国栋,游长江,刘治猛,等.聚羧酸系高效减水剂酯化反应动力学的研究[J].化学建材,2003(4):38-40.

[9]Dong-Fang Zhang,Ben-Zhi Ju,Shu-Fen Zhang,et al.Dispersing Mechanism of Carboxymethyl Starch as Water-Reducing Agent[J].Journal of Applied Polymer Science,2007,105:486-491.

[10]廖国胜,马保国.丙烯酸系减水剂在水工混凝土中的应用[J].混凝土,2004(9):75-77.

[11]麻秀星.聚羧酸系与奈系减水剂复配用于高性能混凝土[J].新型建筑材料,2003(8):22-23.

聚羧酸盐高效减水剂 篇8

某工程主厂房为二跨钢结构厂房, 其中AB跨跨度为18 m, BC跨跨度为27 m。钢结构柱设计为钢管混凝土柱, 柱芯混凝土强度等级为C 40。钢管规格有Φ 400 mm、Φ 500 mm、Φ 600 mm和Φ 700 mm等4种, 钢柱高度为8.95 m、31.90 m、34.90 m和65.82 m等4种, 共146根。其中总长为65.82 m的钢管断面有变化, 下部为Φ 600 mm, 上部为Φ 400 mm, 共16根。全部钢管混凝土总量为1 086 m3。

钢管混凝土的质量将影响顶升的顺利进行以及顶升完成后复合结构能否满足设计要求。根据工程泵送顶升高度较高、钢管截面有变化的特点及施工工艺, 要求钢管混凝土应具备高流动性、缓凝性、自密实性, 坍落度应控制在180 mm±20 mm。

1 原材料选择和配合比的设计原则

1.1 原材料选择

(1) 外加剂:

高性能减水剂是配制高性能钢管混凝土的关键技术之一, 它是提高混凝土流动性和密实性不可缺少的技术措施。要求具有减水率高、引气量小、缓凝、增稠、增强、减缩、保塑性好等特性, 适合复杂结构的施工需要。

(2) 水泥:

作为胶凝材料的水泥是否与外加剂相适应, 决定着能否配制出一定强度等级的自密实混凝土。钢管混凝土的水泥用量不宜过大, 应选用适应性好的P·O 42.5或P·O 52.5水泥。

(3) 粉煤灰和矿粉:

超细颗粒的粉煤灰和矿粉具有“活性效应”、“界面效应”、“微填充效应”和“减水效应”, 能填充混凝土中的空隙, 增强混凝土的密实度, 提高粗骨料与砂浆的界面粘接强度, 提高新拌混凝土的工作性, 增强硬化后混凝土的耐久性。

(4) 膨胀剂:

水泥在水化硬化过程中形成大量的C3A·3CaSO4·32H2O (即钙矾石, AFt) 。它能产生一定的膨胀, 在有钢管约束的条件下, 在结构中形成0.2～0.3 MPa的预应力, 可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力, 提高混凝土的密实性。

(5) 细骨料:

砂的含泥量和杂质会使水泥浆与骨料的粘结力下降, 增加用水量和水泥用量, 影响抗冻性、抗渗性和耐久性。最好采用细度模数≥2.5的中粗砂。

(6) 粗骨料:

石子主要应控制颗粒级配、针片状含量、压碎值和含泥量。一般采用粒径5～25 mm连续级配的碎石, 要求含泥量<0.5 %, 针片状颗粒含量<5.0 %, 压碎值<10 %。

1.2 配合比设计原则

配合比设计时, 须符合高耐久性、高体积稳定性、高工作性以及强度和经济性的基本要求, 故应遵循以下原则。

(1) 最小胶凝材料原则。

保证足够的水泥用量, 确保混凝土的大流动性和粘聚力。掺加粉煤灰和矿粉可以改善混凝土的和易性, 增加流动性, 延长混凝土的凝结时间, 提高混凝土的后期强度。

(2) 最小用水量原则。

在混凝土中掺加高效减水剂, 降低其单位体积用水量, 即降低水灰比, 可以改善混凝土的和易性, 提高混凝土的流动性和强度。

(3) 最小水胶比原则。

为了保证混凝土的耐久性, 水胶比宜≯0.4。

(4) 绝对体积原则。

为保证混凝土的大流动性, 同时保证混凝土的强度, 混凝土中水泥浆与骨料的体积比宜为35∶65。

2 混凝土试配

2.1 试配所用原材料

混凝土试配所用原材料有:上海新浦化工厂有限公司生产的聚羧酸系UXP型高效减水剂, 含固量为23.2 %;上海海豹水泥 (集团) 有限公司生产的海豹牌P·O 42.5水泥;上海汇能粉煤灰开发有限公司的Ⅱ级粉煤灰;上海河桐微粉建材有限公司生产的S 95矿粉;上海白水泥厂生产的UEA膨胀剂;湖北浠水中砂, 细度模数2.6;湖北云利5～25 mm碎石。原材料的各项指标均符合标准要求。

2.2 聚羧酸减水剂适应性及掺量确定

依据配合比设计原则, 首先进行减水剂与水泥的适应性试验, 以确定减水剂的掺量。

2.2.1 聚羧酸系减水剂对水泥的适应性试验

掺加聚羧酸系减水剂的水泥净浆流动度试验结果见表1。

由表1可以看出, 聚羧酸掺量在0.8 %以上时, 30 min和1 h的净浆流动度均达到较好的效果。聚羧酸对海豹牌P·O 42.5水泥的适应性比较好, 并且30 min和1 h流动度的损失比较小。

2.2.2 聚羧酸系减水剂的砂浆减水率试验

聚羧酸系减水剂的砂浆减水率好, 与水泥适应性强, 试验结果见表2。由于砂石的质量以及掺合料的质量对掺聚羧酸混凝土的性能也有一定影响, 因此, 在混凝土中按掺量1.0 %进行试验。

2.3 混凝土试配情况

根据配合比的设计原则, 在设计的配合比中选定2个配比进行性能对比试验。按照坍落度、30 min坍落度、1 h坍落度、早期及后期强度、粘聚性、保水性等性能指标进行考核。表3是C 40钢管混凝土的设计配合比, 不同减水剂掺量下C 40混凝土的试配结果见表4。

kg/m3

根据表4的试验结果, 选择初始坍落度大、坍落度保留值大、混凝土和易性好、早期和后期强度均比较高的P01作为最终配合比, 减水剂掺量按胶凝材料的1.0 %。

根据P01配比, 采用现场的各种原材料试拌的混凝土流动性好、均匀性高, 混凝土的初凝时间为575 min, 终凝时间为620 min, 满足设计的要求。采用自密实方式成型的3 d、7 d、14 d和28 d龄期的100 mm×100 mm×100 mm试件, 其标准养护条件下的抗压强度见表5。各龄期强度增长效果好, 表明自密实混凝土完全达到预设要求。硬化后的混凝土试件经破碎后, 可观察到其内部结构致密均匀。

3 混凝土生产过程控制

根据现场对混凝土的性能要求, 测定搅拌当天砂石的含水量, 将通过试验得到的配合比转化为施工配合比, 严格按照配比配料、搅拌, 并确保计量准确。因掺合料的量较多, 可适当延长搅拌时间, 搅拌时间宜>60 s。

搅拌站对每车混凝土严格进行混凝土坍落度及和易性试验, 严禁向罐车中的混凝土加水, 以免影响混凝土强度和钢管中混凝土的密实性。

4工程顶升情况

施工时, 根据顶升高度的不同选用不同的泵送压力。浇注65m钢柱时, 将进料短管上提至标高10m处, 采用下部顶升、上部抛落的办法。对高度34.9m和65m的钢管, 用设置应变片的方法来测量混凝土顶升高度和钢管应力关系。经现场随机抽查, 混凝土坍落度为200mm, 扩展度为550mm, 无泌水分层, 粘聚性和保水性良好。顶升到高度后, 从溢流管中溢出的混凝土也无分层、泌水现象。顶升完成1周内, 用小锤逐根敲击检查钢柱内部混凝土的密实情况, 未发现混凝土有空鼓现象, 自密实充填性良好。在1个月后, 用超声波随机抽查了混凝土柱, 也未发现不密实和脱粘现象。工地送检试块22组, 试验结果全部合格。其中7d抗压强度平均为38.7MPa, 28d抗压强度平均为50.4MPa, 达到设计强度等级的126%。

5结语

对材料试验、混凝土试配以及顶升施工的实践表明, 利用聚羧酸系高效减水剂配制C 40高性能自密实混凝土, 通过采取严格的混凝土生产质量控制措施和周密的施工部署, 注重施工中泵送、顶升等各项工序的衔接配合, 完全可以有效地解决复杂结构、特殊结构中混凝土浇注的施工难题。但钢管混凝土的其他性能试验如收缩试验、徐变试验等, 尚有待于在今后的科研和实践中进一步充实、完善。

摘要：结合工程实例, 从原材料选用、混凝土配合比要求及混凝土配合比确定等方面, 介绍了聚羧酸系减水剂在自密实泵送顶升钢管混凝土施工中的应用。提出了保证混凝土质量的措施, 解决了自密实混凝土在复杂结构中的施工问题。