摘要:通過高性能混凝土配合比試驗,發現聚羧酸類外加劑對原材料的適應性很敏感,結合實踐對影響適應性的因素進行了簡單的分析,以減小聚羧酸減水劑的不適應性,使其在高性能混凝土中發揮優勢作用。
　　關鍵詞:高性能混凝土,聚羧酸外加劑,試驗,相適應性
　　
　　高效減水劑(Superplasticizer)是指在保持混凝土坍落度基本相同的條件下，能大幅度減少拌和用水量的外加劑。高性能減水劑(HighPerformanceWaterReducer)是高性能混凝土概念提出后又一新的概念，目前還沒有給出明確的定義，一般是指具有引氣性的高減水率、高保坍性能的混凝土外加劑。但從近年來國際上混凝土界對聚梭酸系等梭酸類高性能減水劑的認識和應用上來看，這類減水劑還具有以下幾個特點：摻量低、減水率大(摻量通常為膠結材用量的.005%~0.5%，減水率可達35%~50%，甚至更高);不離析、不泌水，保持混凝土坍落度的性能更好，可以做到120min之內基本無損失;能配制出超高強和超耐久性混凝土;與水泥、摻合料及其它外加劑相容性好;能有效地降低混凝土早期的絕熱溫升，對大體積混凝土更為有利;分子結構上的自由度大，實現減水劑的高性能化的潛力更大;由于合成不采用甲醛等對環境有污染的物質，對建筑業的可持續發展有利;為推廣使用大摻量粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業廢料提供了技術保證。由此可見，聚梭酸系高性能減水劑具備滿足21世紀混凝土超高性能化的要求。
　　1實驗方法
　　1.1表面張力的測定25±1攝氏度下，用去離子水配制一系列質量百分比濃度的減水劑溶液，采用吊片法測定表面張力。
　　1.2聚合物流變性的測定
　　25℃下，用DV-III流變儀測量減水劑溶液的剪切速率和黏度之間的關系。
　　2.結果與討論
　　2.1相適應性理論淺析
　　按照混凝土外加劑應用技術規范,將經檢驗符合有關標準的外加劑摻加到按規定可以使用該品種外加劑的水泥所配制的混凝土中,若能產生應有的效果,就說明該水泥與這種外加劑是適應的。相反,如果不能產生應有的效果,就說明該水泥與這種外加劑之間不適應。
　　1)減水劑對水泥漿體流變的影響主要有吸附分散作用、潤滑作用、空間位阻作用。
　　2)減水劑性能對水泥與減水劑適應性的影響。
　　目前使用最廣泛的有三種:萘磺酸鹽甲醛縮合物、磺化三聚氰胺甲醛縮合物和氨基磺酸鹽高效減水劑。萘環上磺酸基的位置中只有B-萘磺酸鹽才能很好地起到對水泥的分散、減水和增強效果。如果在磺化過程中因溫度、時間、水解過程控制不好會影響水泥與高效減水劑的適應性。對聚羧酸系而言,聚合物的長度和位置也會影響與水泥的適應性,由于在側鍵上連接的親水基團所致,很小的摻量就可以使拌合物獲得優越的流動性。減水劑中存在的平衡陽離子對減水劑的性能也有較大的影響。平衡陽離子的種類和濃度不同時,減水劑對水泥的分散效果也會有差異。
　　2.2聚羧酸系高效減水劑對水泥凈漿分散適應性能的影響
　　水泥凈漿的分散保持性能是評價減水劑質量的一個重要指標，通常用經時流動度來表征。本文用正交實驗得出的最優實驗條件下所合成的減水劑樣品來考察這項指標，結果如下圖所示：
　　                              
　                                                       　圖1正交實驗最優條件下產品2h經時流動度
　　從圖1可以看出，當減水劑摻量為0.6%,水灰比為0.3時，初始凈漿流動度高達252mm左右，隨著時間的延長，30min后流動度上升到262mm，隨后流動度開始下降，但總體基本維持在初始凈漿流動度水平。這說明減水劑分散保持性能良好。其主要原因可能是由于酯基水解產生羧酸根負離子，從而在開始階段流動度上升；而后由于脫吸附和水化產物的消耗引起的吸附量降低，水解的羧基又起了補償作用，故能維持凈漿流動度2h之內基本不變。
　　2.3聚羧酸系高效減水劑摻量對水泥凈漿適應性能的影響
　　減水劑摻量是考察減水劑經濟性的一項重要指標，本文以最優點實驗所合成的減水劑來考察高效減水劑摻量對水泥凈漿分散性能的影響。如下圖所示：
　　                           
　                                                 　圖2減水劑摻量對初始凈漿流動度的影響
　　通過上圖2可以發現，聚羧酸系減水劑在在摻量低于0.6%的情況下，凈漿流動度隨減水劑量的增加而提高，但當摻量高于0.6%時，其凈漿度基本不變。該減水劑在較低摻量0.6%下，w/c（水灰比）為0.3時初始凈漿流動度達到256mm，并且沒有發現泌水現象。這主要是因為聚羧酸系高效減水劑具有獨特的梳型結構，主鏈上有多個功能基團，而且極性較強；側鏈上也帶有功能基團，并且支鏈較長，數量較多；疏水基分子鏈較短，數量也較少。
　　2.4聚羧酸系高效減水劑溶液的流變性分析
　　流變是指物質在外力作用下的變形和流動性質。按作用方式的不同，流動可分為剪切流動和拉伸流動，相應地有剪切黏度和拉伸黏度。前者為切應力與切變速率之比；后者為拉伸應力與拉伸應變速度之比。聚合物的結構不同，流動性就不同，聚合物溶液，大多數是屬于假塑性液體，其剪切黏度隨剪切應力的增加而降低。本文所合成的減水劑產品在反應后期黏度較大，對傳質、傳熱等可能產生影響，因此測量減水劑的流變性能具有極其重要的現實意義。
　　                    
　                                                　圖3聚合物流變分析
　　由圖3可以看出，在較低剪切速率下，減水劑具有較高剪切黏度，隨剪切速率增大，由于分子鏈解纏，剪切黏度迅速下降，表現出剪切變稀現象。可以判斷本實驗合成的減水劑聚合物溶液為假塑性流體。
　　3.結論
　　1)在低摻量（0.6%），低水灰比（w/c=0.3）時所合成的聚羧酸系高效減水劑具有很好的分散保持性能，2h后凈漿流動度基本無損失。
　　2)所合成的聚羧酸系高效減水劑在低摻量下具有較高的凈漿流動度，在摻量小于0.6%下，流動度隨摻量增加而增加，摻量高于0.6%時，流動度增加不明顯。可以確定其飽和摻量為0.6%。
　　4結術語
　　近年來,高性能混凝土已廣泛應用在工程中，施工單位在配置高性能混凝土時會遇到外加劑不相適應的情況。雖然目前還不能從理論上來解釋這一現象,尤其是目前大量使用的聚羧酸外加劑對材料中的因素相當敏感。在工程實踐中,由于受地理條件等因素的限制,改變混凝土中的原材料比較困難,因此外加劑廠家就應從改變有效成分,摻量,復合成分等方面著手調配出符合高性能混凝土拌合物要求性能的指標。施工單位也應從材料著手,比如砂石含泥量,碎石級配,膠凝材料的技術要求,水的技術指標等是否符合規范要求,在材料符合規范的基礎上,適當調整混凝土配合比,減小聚羧酸減水劑的不適應性,使其在高性能混凝土中發揮它的優勢作用。
　　
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