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早强型聚羧酸减水剂的制备及其性能试验研究

来源: 石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-08-15 09:00:00  属于:产品技术
文章摘要:介绍了一种具有早强、高减水性能的聚羧酸减水剂(HLC-PCE)的一步法制备方法,与常规聚羧酸减水剂HW进行了性能对比,并探讨了养护温度为10℃和20℃条件下其对高掺量矿物掺合料混凝土(单掺30%粉煤灰或单掺50%磨细矿渣)的1d抗压强度的影响。结果表明:HLC-PCE减水性能优异,折固掺量为0.30%时,其混凝土减水率在40%以上;早强效果明显,特别适用于高掺量矿物掺合料混凝土的早期增强。
常规聚羧酸减水剂具有一定的缓凝作用,而早强型聚羧酸减水剂与常规聚羧酸系减水剂相比,则具有较短的凝时间,较高的早期强度,并不影响混凝土的中、后期强度,特别适用于预制构件混凝土和高掺量矿物掺合料混凝土以及较低温度条件下混凝土的施工。通常,制备早强型聚羧酸减水剂的技术手段为复配和接枝合成2种。就复配技术而言,通常采用无机盐早强剂或醇胺类有机早强剂与常规聚羧酸减水剂进行二元或多元复合;对于接枝合成技术而言,主要从羧酸聚合物的分子结构和官能团上来考虑,将聚合物分子结构设计成长侧链、短主链的形式,及引入一定量酰胺、磺酸基团,从而达到利于水泥水化、促进早期强度发展的目的。目前,国内对于早强型聚羧酸减水剂的研究仍以功能复配为主,通过聚合物分子结构设计,实现具有早强功能的聚羧酸减水剂研究中至少存在以下不足之一:(1)合成工艺复杂,需酯化等;(2)减水率相对较低;(3)缺乏其它相关功能开发研究,如缓蚀、降黏等。
聚羧酸减水剂的备制
基于上述原因, 开展了集早强、 高减水于一体的功能型系减水剂的制备及应用研究,能够一定程度避免应用中常规早强剂、 减水剂之间的相互适应性矛盾, 利于混凝土施工控制等, 降低施工难度, 节约人力物力, 更好地满足一些特殊应用需要。
1原材料及试验方法
1.1原材料
(1)减水剂合成用原材料:改性聚氧化烯基醚(TPEG)、丙烯酸、不饱和双键的磺酸盐、丙烯酰胺、过硫酸铵、液碱;
(2)性能试验用原材料:基准水泥;宁波北仑电厂生产的S95磨细矿渣;舟山电厂生产的Ⅱ级粉煤灰;自备砂石料;日本触媒公司生产的聚羧酸系减水剂HW。
1.2试验方法
(1)外加剂的匀质性:参照GB8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》对减水剂的密度、固含量、pH值、Cl-含量、碱含量进行测试;
(2)混凝土性能试验:参照GB8076—2008《混凝土外加剂》对减水率、含气量及早期强度进行测试。
2早强型聚羧酸系减水剂HLC-PCE的制备思路
2.1技术原理
通过在聚合物的分子结构中引入长侧链、一定量的磺酸基团和酰胺基团,并降低羧基含量和控制聚合物的聚合度,加快水泥水化,达到早期增强效果。
2.2技术方案
以含不饱和双键的改性聚氧化烯基醚TPEG、丙烯酸、不饱和双键的磺酸盐、丙烯酰胺为主料,在引发剂、分子质量调节剂存在条件下进行水溶性共聚。在60℃条件下,滴加3h,再保温3h,加一定量的水稀释后出料,即得40%浓度的早强型聚羧酸系减水剂(HLC-PCE)。
3性能测试与结果分析
3.1匀质性指标(见表1)
3.2早强性能
HLC-PCE母液掺量为0.40%时,对混凝土的凝结时间差、不同养护龄期(1d、3d、7d、28d)的抗压强度进行了测试,结果见表2。
由表2可知,HLC-PCE母液掺量为0.40%时,混凝土减水率、凝结时间差、抗压强度比符合GB8076—2008对早强型高性能减水剂的相关技术要求。添加HLC-PCE后,能够加快水泥水化,缩短凝结时间。
3.3混凝土减水率和含气量试验
对HLC-PCE进行母液掺量为0.10%~0.75%时的减水率和含气量测试,不同掺量下的减水率变化曲线见图1、含气量变化曲线见图2。
由图1可知,HLC-PCE具有优异的分散能力,母液掺量为0.75%时,混凝土减水率在40%以上;母液掺量在0.30%以内,混凝土减水率在20%以内;母液掺量为0.10%~0.20%时,减水率曲线较平坦;母液掺量为0.30%~0.40%时,减水率曲线斜率较大,说明母液掺量在0.30%~0.40%范围内,HLC-PCE的分散能力与掺量的相关性较大,HLC-PCE的分散作用对掺量很敏感。
由图2可知,含气量变化曲线近似为抛物线型,HLC-PCE母液掺量为0~0.35%时,含气量随掺量的增加而增加;母液掺量为0.35%~0.75%时,含气量反而随掺量的增加而减少,这是由于母液掺量为0.35%(折固掺量0.14%)时,减水率已达到25.4%,随着掺量的提高,混凝土单方用水量不断减少,混凝土的黏性增大,不利于引气所致。
3.4HLC-PCE在高掺量矿物掺合料混凝土中的应用
3.4.1混凝土配合比
将HLC-PCE与常规聚羧酸系减水剂HW(浓度45%)进行对比试验,共设计了9组混凝土配合比,胶凝材料总量为360kg/m3,其中,3组100%水泥、3组单掺30%粉煤灰、3组单掺50%矿渣,9组混凝土试件的配合比见表3。
3.4.2抗压强度
混凝土的初始状态控制:坍落度20.0~22.0cm,扩展度400~450mm;养护温度控制:分别在10℃和20℃下养护。各配合比混凝土的1d立方体抗压强度比较见图3和图4。
由图3和图4可知,相同配合比和养护温度条件下,相对于常规聚羧酸系减水剂HW而言,HLC-PCE具有明显的早强效果,1d抗压强度较HW提高20%以上;相对于普通混凝土而言,HLC-PCE用于高掺量矿物掺合料混凝土中的增强效果尤为突出;较低养护温度(10℃)条件下,HLC-PCE的增强效果更明显。
4结语
(1)制备的聚羧酸减水剂HLC-PCE性能符合GB8076—2008中早强型高性能减水剂对凝结时间差、减水率和抗压强度比的技术要求;HLC-PCE具有优异的减水性能,母液掺量为0.35%(折固掺量0.14%)时,减水率在25%以上,当母液掺量为0.75%(折固掺量0.30%)时,减水率达40%以上。
(2)混凝土中掺入HLC-PCE后,能够缩短初、终凝时间,早强效果好,特别适用于高掺量矿物掺合料混凝土。相对于常规聚羧酸减水剂HW而言,HLC-PCE的早强效果明显,1d抗压强度较HW提高20%以上;较低养护温度(10℃)条件下,HLC-PCE的增强效果更明显。
 


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