早强型聚羧酸系减水剂的制备与性能研究

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2011年第5期(总第259期)混．凝土原材料及辅助物料N岫bcr5in2011(TotalNo．259)ConcreteMATERIALANDADMINICLEdoi：lO．396刚．issn．1002-3550．2011．05．032早强型聚羧酸系减水剂的制备与性能研究杜志芹。陈国新，祝烨然，黄国泓，沈燕平(南京水利科学研究院瑞迪高新技术公司，江苏南京2l0024)摘要：将有机(有机胺TEA)与无机(无机盐A，B)早强组分和白行开发的聚羧酸系高性能减水剂(HLc—Tx)进行复配。通过对混凝土早期强度(1、3、7d)进行测试，确定了最佳配合比，该早强型聚羧酸系减水剂具有减水率高、早强、无氯、无硫酸根、低碱含量的特点。对混凝土的坍落度、扩展度、含气量，凝结时间和水泥适应性进行测试。结果表明：掺入该早强型聚羧酸系减水剂后混凝土的早期强度得到显著提高，对坍落度和扩展度无影响，初凝时间和终凝时间较空白对照组提前，并且该早强型聚羧酸系减水剂的水泥适应性良好。关键词：聚羧酸系减水剂；早强；无氯；无硫酸根；低碱含量中图分类号：TU528．042．2文献标志码：A文章编号：1002—3550(2011)05一0094一03聚羧酸减水剂专业制造商三瑞企业www.sunrisechem.com.cnStudyonp悖pa憎tionandpropertjesofpoIycarboxyIatesupe巾Iasticiz甜withearly—agestrengthDIU珊_qin，CHENGuo_xin．珏{UYe-m。HljANGGuo．hong．sHENYall·ping(R&DH础TecllIlolo留Co．，N删ingHydmuiicRe∞archlllstitute，N删in9210024，China)Abs打act：Org蛆ic(o唱锄ic锄ineTEA)柚diIlorg锄ic(iIlorg蛐ic鼯1tA，B)earlysⅡ蜘gmag∞tswereinm)duccdt0compound埘mpolycar_boxylatesuperpI勰血i珊(HLC—Tx)，andthewIys廿engthofconcrete(1，3and7d)wercinVeStigatedtofindthe叩timalcomponent．111isncwty】pce盯ly-sⅡ_engtllpolyc缸boxylatesuperpl髂tici瑟rh私m锄ycharacte惜，f．or“啪ple．highsupeIpl船ticizer，highearlys咖g山mte，chloride融，sulfhte厅ee．10wtotalalkalicontent．10wdo鼢geands0on．ThesIumps，slumpnow，aircontent，settingtime锄dcementincompatibilityofc叩一cretehadb∞ntested．Itshowedtllat：whentheadmixtu化w鹊addcd，theearlysn_engtlIofconcretew豳sign湎c锄tlyincrcaSed．Andmerew雒noimpacttothesl啪ps柚dsl啪pflow．T11einitiala11dfinalseningtimes、vcrcshoncdandcementincompatibilityis900d．I(evwords：polycarboxylatesuperpl鹊tici嚣r；h曲e盯Iys眦ngth；chlofide丘优；sulfate肫e；lowtotalall(alicontent反应和钢筋锈蚀发生的可能性．降低了混凝土结构的耐久性阁。0引言针对上述问题．本研究将以聚羧酸系高性能减水剂为基础制备聚羧酸系高性能减水剂由于其具有掺蕈低、减水率高、新拌一种具有无氯、无硫酸根、低碱含量的早强型聚羧酸系减水剂。混凝土流动性及保坍性好、环境友好等优异的性能，代表了混1试验凝土外加剂今后发展的方向Ill。我国近几年在聚羧酸系高性能减水剂的研究和应用方面发展迅速，应用也从重大工程逐渐向民1．1试验原材料用土木工程转移，其用苣正在不断增大。但是国内的聚羧酸系高(1)水泥：南京三龙水泥有限责任公司生产的三龙牌P·0性能减水剂的品种较单一，不能够满足不同工程和不同地区对42．5级水泥，中围水泥厂生产的海螺牌P·o42．5水级泥，江苏减水剂品种多样化的要求。具有早强功能的聚羧酸减水剂产品金峰水泥集团生产的金峰牌P·042．5级水泥。由于其能够促进水泥水化，加快混凝土强度发展速度提高混凝(2)聚羧酸系减水剂：南京瑞迪高新技术公司生产的聚羧土的早期强度，并对混凝土的后期强度无显著影响，它的使用酸系高性能减水剂(m￡．TX)。具有掺量低、减水率高、新拌混能方便有效的解决冬季施工过程中早期强度过低及混凝土受凝土流动性及保坍性好、低收缩、增强潜力大、环境友好等特点。冻害等问题并且加快了施工进度和模板周转速度，提高经济效外观为淡黄色液体；固体含量为40％q1％；密度为1．082g，cm3；益，具有很好的应用前景。一般实现早强功能的技术途径有两种，pH值为6．5。一种是合成本身具有早强功能的聚羧酸系减水剂12J．另一种是(3)早强组分：本试验采用无机和有机两类早强组分复合。合成常规的聚羧酸系减水剂与早强剂复配13J，通过复配解决聚为达到无氯、无硫酸根、低碱含量的要求．试验共筛选了3种早羧酸系减水剂的早强问题。后一种方法操作简便．见效快．更适强组分：两种不含氯离子和硫酸根离子的无机盐(A，B)和有机宜在工程中施工。目前国内关于早强型聚羧酸系减水剂方面的胺【11EA)。研究较少。传统的复合型早强剂，大多采用了萘系减水剂复合早(4)早强型聚羧酸系减水剂：由前期的探索试验证明．当早强组分14l。萘系高效减水剂的生产会对环境带来了一定程度的强组分为有机胺TEA与两种无机盐A和B三组分复掺时．减危害，并且其硫酸钠含量高。另外．传统的复合型早强减水剂中水组分与早强组分所制备的早强型聚羧酸系减水剂的早强效早强组分又以氯盐和硫酸盐居多。这不Ⅱ『避免的增加了碱集料果最为显著。同时大量的文献证明16】，当早强组分为有机物与无收稿日期：20lo-12-22·94·万方数据 万方数据机盐复合时早强效果最好，因此本试验也采用有机物与无机盐复合做早强组分，将早强组分与聚羧酸系减水剂复配．制备早强型聚羧酸系减水剂。利用k(3·)正交表安排试验，主要考盘混凝土的l、3、7、28d的抗压强度，经极差分析和方差分析，得到早强型聚羧酸系减水剂的最优组成为：聚羧酸系减水剂14％，有机胺TEA2％，无机盐A7％，无机盐B17％。早强型聚羧酸系减水剂的最佳掺量(占胶凝材料质量百分数)为3％。代号为ZQ-TX。1．2试验方法试验操作方法按照GB厂r8076_-2008《混凝土外加剂》进行。混凝土坍落度达到(210±10)mm时的用水量为实际用水量。水泥为360kg／cm3；砂为842kg／cm3；石子为l028kg／cm3；水为250、165kg／cm，．夕p加剂掺量为0、3％。成型后放入标准养护室((20±2)℃，湿度95％)养护至规定龄期。采用不同品种的水泥同种配合比．同样试验条件下检测早强型聚羧酸系减水剂的水泥适应性。测定l、3、7、28d的抗压强度，并计算抗压强度比。2结果与讨论2．1早强型聚羧酸减水剂的早强效果早强型聚羧酸减水剂对混凝土强度的影响结果见表1。表1混凝土强度试验结果由表l的试验结果可知，掺入聚羧酸减水剂HLC．Tx后，相对于空白对照组，混凝土的强度得到较大幅度的提高。ld抗压强度比达到353％，3d抗压强度比为244％，7d抗压强度比221％，28d抗压强度比大于180％。这主要是由于。该聚羧酸高效减水剂具有独特的梳型结构，减水率高，在试验所用的掺量下该聚羧酸系减水剂的减水率高达38％，可有效降低混凝土的水灰比，因此强度得以提高。掺入早强型聚羧酸系减水剂后，可以更加显著的提高混凝土的早期强度．1d抗压强度比达到468％，3d抗压强度比为282％，7d抗压强度比为246％，28d抗压强度比为199％，由此可知，掺加早强型聚羧酸系减水剂的混凝土强度的提高幅度明显大于单掺聚羧酸系减水剂的混凝土的强度。这主要是由于有机胺TEA具有早强催化作用，在cA．cascl4_H20体系中能促进cA的水化，加快钙矾石的生成；无机盐早强组分A则具有显著的促凝早强作用，缩短初终凝时间，加快水泥的水化进程，在单位时间内形成较多水化产物，从而形成强度骨架；无机盐早强组分B既能降低水化C，S．Hp系统的pH值从而加速C，S的水化义能闪其盐效应．加大了硅酸盐水泥熟料矿物的溶解度，从而加速水泥及混凝土的硬化。i者之间作用互补，相得益彰，协同效应显著，因此早期强度得到明显提高。2．2早强型聚羧酸减水剂对混凝土初始工作性能的影响掺与不掺加早强型聚羧酸减水剂的混凝土工作性能试验结果见表2。表2混凝土试验结果试验结果表明，在同样用水馈的情况下。掺加早强制聚羧酸系减水刺的新拌混凝土的坍落度和坍扩度与单掺聚羧酸系减水剂相变化不大。相对窄白组(O组)，单掺聚羧酸系减水刺(HLC．Tx)和掺早强型聚羧酸系减水剂(ZO)两组的含气情增加明娃．而后两者相差不大。由此口r知含气最的增加是|{1于聚羧酸系减水剂的加入引起的，而早强组分对混凝土的含气鲢影响不大。因此早强组分对混凝土的初始工作性能的影响微小。2．3早强型聚羧酸减水剂对混凝土凝结时间的影响试验测定了掺与不掺早强型聚羧酸减水剂的混凝土的凝结时间，试验结果她图l。试验结果显示，单掺聚羧酸减水剂混凝土的初凝时间较空白对照组提前了“min，终凝时间提前了75min．掺加早强型聚羧酸减水剂后，混凝土的初凝时间较空白对照组提前了83min。终凝时间提前了83min。因此，试验所制备的早强型聚羧酸减水剂叮以加快水泥硬化。．曼E、叵富oHL【一IXzQ样品韩称圈1早强型聚羧酸减水剂对混凝土凝结时间的影响2．4早强型聚羧酸减水剂的水泥适应性掺加早强型聚羧酸系减水剂，采用不同品种水泥制备的混凝土的工作性能和力学性能见表3。由表3的试验结果可知，在同样用水最的条件下，对于3种水泥掺加聚羧酸减水剂和掺加早强型聚羧酸减水剂的混凝土坍落度基本尤变化。掺加早强型聚羧酸减水剂后．对于不同种水泥的混凝土各龄期的强度较掺忙d样用世的聚羧酸减水剂均有有较大提高．1d强度提高100％左右，3d强度提高40％左右．7、28d强度增幅均在20％左右。较宅白对照组有显著提高，ld强度提高均大于400％，3d强度提商均大于250％．7d强度提均在250％左右，28d强度提高均在180％左右。由此呵知，早强型聚羧酸系减水剂对几种水泥的初始’r作性能尤影响，对于混凝土的早期强度的影响结果一致性较高，因此试验所制备的早强型聚羧酸减水剂的水泥适应性良好。2．5早强型聚羧酸减水刺的主要性能指标参照GB厂r8076—2008《混凝土外加刺》中关于早强剖聚羧酸减水刺所要求的性能指标．埘制备的早强型聚羧酸减水剂进行试验检测．检测所结果如表4所示。·95·啪枷㈣姗枷姗瑚啪。 万方数据表3水泥适应性试验结果试验结果显示，试验所制备的早强型聚羧酸减水剂符合国家标准。3结论(1)试验所配制的早强型聚羧酸减水剂中减水组分采用本单位研发的聚羧酸高效减水剂．由于其具有独特的梳犁结构等，因而具有掺量小，减水牢高的特点。在试验采朋掺量下，减水牢达到38％。【2)当早强组分有机胺TEA与两种无机盐A和Bi组分复掺时，早强效果最为显著。早强型聚羧酸减水剂的最优组成为：聚羧酸减水剂14％，有机胺TEA2％，无机盐A7％，无机盐B7％。早强型聚羧酸减水剂的最佧掺量(r与胶凝材料质繁百分数)为3％。(3)试验所配制的早强型聚羧酸减水剂具有硅著的早强效果，ld强度提高均在450％左右。3d强度提高大于250％，7d强度提高均在250％左右．28d强度提高均在180％左右。(4)试验所配制的早强型聚羧酸减水剂对混凝土的坍落度和扩展度影响不大，初凝时问较空白对照组提前了83min，终凝时间提前了83min；该早强剂的水泥适应性良好。(5)试验所配制的早强型聚羧酸系减水剂符合国家标准，·上接第93页着氨基磺酸盐减水剂掺苗的增加净浆流动度总体呈现出先降低后增加的趋势，在氨基磺酸盐减水剂掺量是40％时，净浆流动度降低达到最小值loomm，之后随着氨基磺酸盐减水剂掺量的增加净浆流动度增大。20％聚羧酸和80％氨基磺酸盐复配后的减水率能达到20．0％。(2)萘系减水剂和聚羧酸减水剂复配，随着萘系减水剂的增加净浆流动度先明显降低．萘系30％掺鼙时达到最低140咖，后逐渐增加。l∞6聚羧酸和90％荼系复西酯减水率为2l3％。(3)木钠减水剂与聚羧酸减水荆复配．随着木钠减水剂掺量的增加．复配后减水能力先明湿下降后急剧升高再逐渐下降。80％聚羧酸和20％木钠系复配后减水率在19．1％左右，但是由于其价格比较便宜．适用于低强度混凝土。(4)脂肪族减水剂与聚羧酸减水剂复配，随着脂肪族减水剂掺量的增加，净浆流动度先降低后逐渐增加．当其掺量达6毗以上时．净浆流动度达220唧．脂肪族减水剂I与总鲢60％v90％。应该为二者复配的较佳比例。20％聚羧酸和80％脂肪族复配后·96·并且不含氯离子，消除了由外加剂带入氯离子的町能性，降低了钢筋锈蚀的潜在危险性；不含硫酸根，碱含量低，掺人混凝土后引入的碱馈极微，岗此降低了碱集料反应发生的可能性。这些都有利于保障混凝土的耐久性。参考文献：fl】王子明，刘进强．新型聚羧酸系超早强复合减水剂试验研究【JJ．低温建筑技术。2()08(126)：15一17．【2】郭鑫祺，于飞宇．早强型聚羧酸系高性能减水剂的研制与应用fJ】．福建建筑，2008(IO)：48—50．【3】刘彦博，提军科，林雪征．复合硫酸盐在混凝土早强减水剂生产中的应用研究【Jl辽宁建材，1997(4)：23—26．·【41雷西萍．复配型早强减水剂的制备与性能研肉JI硅酸盐通报，20lo。29(4)：948—952．【5】高振国，韩玉芳，王长瑞．无碱混凝土早强剂的配制与作用机理研究lJ】．武汉理工大学学报，2009，3l(7)：8l一83．作者简介：杜志芹(1984一)，女，硕士，主要从事水工混凝土及外加剂的研究开发。联系地址：南京市鼓楼区虎踞关34号南京水利科学研究院瑞迪高新技术公司(210024)联系电话：025—85829723减水率达到21．4％。参考文献：⋯郭延辉，郭京育．聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用fM】．北京：中国铁道出皈社。2007．12】冯中军，傅乐峰，沈军，等．聚羧酸高效减水剂的结构与性能关系研究lJ】．化学建材。2006(2)：39—40．131韩利华，张学丽，圭寸孝信。等．聚羧酸系高效减水剂的研究进展及发展现状【J|_混凝土，2008(2)：96—98．14JKRPPEIJTF。wEIBEI．M，zAMPINID．MiehaelmmPrinnuenceofso卜I“帅chemistryonthehydrationofp0IishedcIishedrIinkPrsu面ccs—astudyofdi雎rentIypesofpolyPad，【，xyna【’id—basedadmixtures【外CPⅡlPntandconPnPIPRf-seal℃h。2002(32)：187一195．151SAKAIE，KAWAKAMlA，DAIMONM．DispPrsionfnfrhanjsmsofron七一tyPesupPrplastirizersrontaining础edpoly(etllylene0xide)chainsIJ】．Ma‘：mmlSymp。200I，175(3)：367—376．作者简介：张建峰(1978一)，男，工程师，主要从事建筑材料的科研检测。联系地址：陕西省西安市环城西路272号(7lO【)82)联系电话：13096902766