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酯醚复合聚羧酸减水剂性能及其改性试验研究

来源:石家庄市海森化工有限公司_【官网】  日期:2016-11-15 09:00:00  属于:产品技术
文章摘要:根据聚酯型和聚醚型聚羧酸减水剂各自的性能特点,将其进行复合,系统研究了酯醚复合减水剂母液的性能。试验结果表明:酯醚2种减水剂母液复合时对混凝土有不同的性能叠加作用,复合母液的混凝土减水率随着酯类母液含量增加而提高,掺复合母液混凝土的坍落度损失随着醚类母液含量增加而减小。此外,试验还通过辅料优化和改性进一步提升了酯醚复合母液的性能,为聚羧酸减水剂的应用和推广提供借鉴。
聚羧酸减水剂作为第三代混凝土高性能减水剂因其减水率高、掺量低、坍损小、与水泥及掺合料适应性好、分子可设计自由度大、绿色环保等优势越来越广泛地应用于混凝土中。根据分子结构和合成工艺不同,聚羧酸减水剂主要有聚酯型和聚醚型2种,其中聚酯型减水剂开发应用较早,具有减水率高、适应性好等优势,但坍损快、工艺复杂、成本高等特点;而聚醚型减水剂成本低、工艺简单且保坍性能好等优势。

实际工程应用中,聚酯类和聚醚类聚羧酸减水剂性能各有优劣。本实验系统研究2类减水剂各自的性能特点,并根据其性能差异将其进行复合,进一步研究两者的协同和叠加作用。另外,通过复配缓凝和保塑辅料对其进行优化,以提升其应用性能。

1试验
1.1试验材料

  水泥,P·O42.5水泥;砂,Ⅱ区中砂,细度模数2.7,含泥量<1%;石子,5~25mm连续级配,针片状物含量6%,含泥量<0.5%;聚羧酸减水剂母液,聚酯型(PC-1)和聚醚型(PC-2)减水剂,含固量均为40%。
辅料选用葡萄糖酸钠(PN)、柠檬酸(NMS)、酒石酸(JSS)、三聚磷酸钠(SJ)、六偏磷酸钠(LP),均为工业级;白糖(BT)、糖蜜(TM)、糖钙(TG);保塑剂1(BS-1)和保塑剂2(BS-2),均为试验室自制。

1.2试验内容

  首先测试聚酯型和聚醚型2种聚羧酸减水剂母液的减水
率和经时坍落度;然后通过调整2种母液比例配成酯醚复合母液,并测试其减水率、保坍性和抗压强度等性能,研究2种母液的性能叠加作用;最后通过掺入辅料与复合母液进行复配对其改性,研究复合母液与辅料的叠加效应。试验用母液含固量均稀释为10%,折固掺量为0.13%,其中母液测试和改性试验用混凝土强度等级为C30,外加剂折固掺量为0.13%,C30混凝土的配合比(kg/m3)为:m(水泥)∶m(砂)∶m(石子)=360∶785∶959,本文中混凝土试验拌合料均为16L。

1.3性能测试方法

  水泥净浆流动度和胶砂减水率参照GB/T8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试;混凝土减水率、坍落度、抗压强度参照GB8076—2008《混凝土外加剂》进行测试。

2试验结果与分析
2.1聚酯型和聚醚型减水剂母液性能分析试验

  图1为PC-1和PC-2聚羧酸减水剂的减水率试验结果,减水剂的折固掺量均为0.13%。表1为2种减水剂母液应用于C30混凝土中对经时坍落度和抗压强度的影响。
由图1可见,PC-2的胶砂减水率和混凝土减水率分别比PC-1低0.42个百分点和1.37个百分点。
由表1可见:2种减水剂在初始坍落度相同的条件下,PC-1的1h坍落度为65mm,而PC-2的1h坍落度为200mm,PC-2明显具有更好的保坍性能;抗压强度测试结果表明,PC-2的1d、3d、7d、28d抗压强度分别比PC-1低31%、12.1%、15.2%、3.1%。
综上结果可知:聚酯型减水剂PC-1具有减水率高、坍损大、增强效果好等特点;而聚醚型减水剂PC-2虽增强效果和减水率稍低,但具有十分优异的保坍性能。

2.2酯醚复合母液性能试验

  根据上述试验结果,聚酯型和聚醚型2种减水剂性能各具优劣。本试验采用母液复配的方法研究2种减水剂的性能协同作用。将2种减水剂按不同质量比配制成含固量均为10%的复合母液,测试其混凝土减水率、坍落度及其损失、各龄期抗压强度等性能。试验结果见表2。
由表2可见:
(1)当复合母液中PC-2的含量由0增至30%时,复合母液的减水率没有变化(31.69%);当复合母液中PC-2的含量由30%增至70%时,减水率由31.69%逐步降至28.99%;当复合母液中PC-2的含量由70%增至100%时混凝土减水率仍然保持恒定(28.99%)。
(2)掺复合母液混凝土的1h坍落度损失随着PC-2含量的增加而明显减小,其中以PC-2纯母液的混凝土坍落度损失最小。
(3)复合母液中PC-2含量对混凝土各龄期抗压强度无明显影响,但当PC-2含量为30%时各龄期抗压强度均存在一个峰值,此时的增强效果最佳。
由上可知,酯、醚2种聚羧酸减水剂母液复合时对混凝土的性能有明显叠加作用。随着醚类母液含量的增加,复合母液的混凝土减水率随之降低,但坍落度损失同时随之明显减小;混凝土抗压强度随醚类含量变化并无明显变化趋势,但其在聚醚母液中的含量为30%时存在一个峰值。

2.3酯醚复合母液改性试验

  由表2试验结果可知,酯醚复合聚羧酸减水剂母液在醚类母液含量为30%时减水率和各龄期抗压强度最高,而此时母液的保坍性能也比聚酯类纯母液好,但仍不如聚醚类纯母液。本试验特选取m(PC-2)∶m(PC-1)=3∶7进行复配改性试验,通过掺入各种缓凝、保塑组分以提升其保坍性能。

2.3.1相溶性试验

  将葡萄糖酸钠等10种保坍辅料分别内掺至复合母液中(辅料掺量均为母液质量的3%),考察复合母液与各种辅料的相溶性,结果见表3。
由表3可见,该母液与PN、NMS、SJ、BT、BS-2等5种辅料相溶性较好。

2.3.2水泥净浆流动度试验

  将相溶性较好的PN等5种辅料单掺或复掺至复合母液[m(PC-2)∶m(PC-1)=3∶7]中进行净浆经时流动度试验,其中辅料掺量均为母液质量的3%,复合外加剂的折固掺量为0.13%,试验结果见表4。
由表4可见:
(1)单掺辅料时,除NMS外,其余辅料与母液对水泥均有不同程度的协同分散作用,其中以SJ、BS-2、PN最为明显,但是单掺辅料PN的净浆经时流动度损失最小,而其余辅料60min后净浆流动度几乎全部损失,说明PN与母液的协同保塑性最好。
(2)将PN与其余4种辅料复掺时,复掺SJ和BS-2的初始净浆流动度有所增大,复掺BS-2的60min净浆流动度损失明显减小,表明复掺PN和BS-2时协同分散和保塑作用明显增强。综上可知,母液复掺3%PN和3%BS-2对水泥净浆的协同分散和保塑作用最佳。

2.3.3混凝土试验

  以上试验结果表明,复合母液[m(PC-2)∶m(PC-1)=3∶7]复掺3%PN和3%BS-2对水泥净浆的协同分散和保塑作用最佳,本试验采用混凝土试验对其进行验证,同时以单掺PN和复掺其它辅料作为对比,试验结果见表5。
由表5可见:相比于不掺任何辅料,掺入3%PN后新拌混凝土的1h坍落度损失减少40mm,而掺入6%PN后新拌混凝土的坍落度和强度均无明显变化;而将PN与其它辅料复掺时,4种辅料均可增大混凝土的坍落度和降低坍落度损失,其中PN与NMS复掺对初始坍落度增大最明显,而PN与BS-2复掺时降低坍落度损失最明显。另外,各种辅料单掺或复掺对混凝土7d和28d抗压强度影响不大,但NMS、BS-2与PN复掺则会降低3d抗压强度;与不掺任何辅料相比,PN与NMS和BS-2复掺分别降低混凝土3d强度4.1MPa和2.3MPa。
综上可知,PN与NMS复掺时具有最为明显的混凝土辅助减水作用,PN和BS-2复掺具有最为明显的抑制坍损作用,即2种辅料均具有较为明显的协同叠加作用,复掺这2种辅料虽会稍降低3d抗压强度,但对7d和28d抗压强度无明显影响。

3结语

  (1)PC-1聚酯型聚羧酸减水剂具有减水率高、坍损快、强度高等特点;而PC-2聚醚型减水剂虽强度和减水率稍低,但确具有十分优异的保坍性能。
(2)酯醚聚羧酸减水剂母液复合时对混凝土有明显的性能叠加作用,随着醚类母液含量的增加,复合母液的混凝土减水率随之降低,但坍落度损失同时随之明显减小;混凝土抗压强度随醚类含量变化并无明显变化趋势,但其在聚醚母液含量为30%时存在一个峰值。
(3)酯醚复合母液[m(PC-2)∶m(PC-1)=3∶7]与辅料复配时,葡萄糖酸钠和柠檬酸复掺时具有明显的混凝土辅助减水作用,葡萄糖酸钠和保塑剂2复掺具有明显的抑制坍损作用,即2种辅料与复合母液复配时具有不同的协同叠加作用;复掺这2种辅料虽会稍降低3d抗压强度,但对7d和28d抗压强度无明显影响。


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