聚羧酸減水劑與水泥的相容性研究

李一可,陳錦

(長沙理工大學,湖南長沙 410004)

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聚羧酸減水劑與水泥的相容性研究

李一可,陳錦

(長沙理工大學,湖南長沙 410004)

摘要:針對目前市場上常用于公路工程的3種聚羧酸減水劑,選擇不同廠家生產的6種水泥樣品進行水泥凈漿相容性試驗和摻加減水劑砼性能試驗,闡述了砼外加劑與水泥相容性的機理;從水泥溫度、水泥化學和物理性能及外加劑等方面分析了聚羧酸減水劑與水泥的相容性關系,提出了改善兩者相容性的措施。

關鍵詞:公路;水泥;聚羧酸減水劑;相容性

近年來,第三代新型砼高效減水劑的應用技術得到飛速發展,其中以聚羧酸高效減水劑為代表的新型減水劑,在摻量極小的條件下,能使砼用水量減少,保持流動性基本不變,并使摻加減水劑后的砼具有低泌水性、低收縮性和高強度等優點。目前全國許多在建工程如武靖(武岡—靖州)、興華(興寧—五華)高速公路等預拌砼攪拌站和城市商品砼攪拌站都使用聚羧酸減水劑配置的砼。

隨著聚羧酸減水劑不斷應用于工程中,對其性能和特點的認識不斷深化,發現某些類型聚羧酸減水劑與水泥之間可能存在相容性的問題。該文通過水泥凈漿相容性試驗和摻加減水劑砼試驗,探討聚羧酸減水劑和水泥相容性的影響因素,并提出改善相容性的方法,以正確使用和充分發揮聚羧酸減水劑的優良性能。

1 試驗材料

(1)水泥。選用廣東省某在建高速公路預拌砼生產常用的2種P.O 42.5水泥,按照GB/T 1346 -2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》對水泥的常規指標進行檢測,其主要技術指標見表1。

(2)減水劑。選取用于在建工程的3種聚羧酸減水劑,其常規性能檢測結果見表2。

表1 水泥的物理性能檢測結果

表2 減水劑常規試驗結果

(3)集料。粗集料采用碎石,其性能指標見表3。細集料采用機制砂,其性能指標見表4。

2 水泥凈漿相容性試驗

2.1 試驗方法

聚羧酸減水劑與水泥的相容性試驗依據JC/T 1083-2008規定的流動度法進行。稱取廣東塔牌P.O 42.5水泥500 g,水取145 m L,水灰比為0.29,減水劑摻量分別取水泥用量的0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%。由于使用的為液態減水劑,根據要求應將其折算成固態粉劑含量,同時在加水量中減去其中的含水量。

水泥凈漿的攪拌按JC/T 729中的相關規定進行,攪拌完成后,立即將漿體緩慢倒入位于玻璃板中間的圓模內,使漿體慢慢充滿圓模。然后用刮刀將高出圓模頂面的漿體刮除并抹平,隨即提起圓模。約1 min后,用游標卡尺測量橢圓狀漿液的最長徑方向與其垂直方向的長度,將兩者平均,得到初始流動度。測完初始流動度后,立即將玻璃板上的漿體回收至指定容器內,并用保鮮膜封住容器口,防止水分散失。待60 min后將其重新攪拌,按上述方法依次測定60 min后各摻量下漿體的流動度。

2.2 試驗結果及分析

2.2.1 聚羧酸減水劑與塔牌水泥的相容性試驗

分別測試3種減水劑在不同摻量下的初始和60 min后流動度,結果見表5、圖1。

表3 粗集料的試驗結果

表4 細集料的試驗結果

表5 3種聚羧酸減水劑與塔牌水泥凈漿的流動度

圖1 3種聚羧酸減水劑與塔牌水泥凈漿的流動度

從表5、圖1可知:1)廣州建盛外加劑配置出的水泥凈漿具有較好的初始流動度,漿體沒有出現泌水現象;當減水劑摻量為0.6%,初始流動度和60 min流動度都隨著摻量的增加而呈現出明顯增大的趨勢;當減水劑摻量大于1.2%時,初始流動度不再繼續明顯增加,而是穩定在330 mm左右,說明減水劑已處于飽和狀態。其60 min流動度是3組中損失最大的。2)南京優爾西減水劑與塔牌水泥配置出的水泥凈漿具有最好的初始流動度,漿體沒有出現沉底及泌水現象,初始流動度和60 min流動度都在摻量為0.6%時開始顯著增加;摻量大于1.2%時,流動度維持在高位區間且變化幅度不大,說明摻量已飽和,其最佳摻配區間為0.6%～1.2%。3)重慶天耀減水劑與水泥凈漿的流動度是3組中最低的,其流動度基本上為180～270 mm,且變化幅度不大。與前2組一樣,流動度顯著增加的摻量為0.6%,在該摻量下,初始流動度、60 min流動度都開始呈現顯著增加的趨勢;當減水劑摻量大于1.0%時,流動度的變化越來越平穩,緩慢增加。這種情況可能是由于該組聚羧酸減水劑在水泥顆粒表面的吸附量較小,但由于其帶有許多支鏈,可產生空間位阻效應,摻量很低時就可實現較好的塑化效果。同時該組聚羧酸減水劑是3組中唯一一組出現60 min后流動度增加的,這可能與外加劑摻量過飽和有關。該組減水劑推薦采用較小的摻量區間,即0.6%～1.0%。

2.2.2 水泥溫度對水泥凈漿相容性能的影響

分別將水泥溫度控制在30、50和70℃,比較3組聚羧酸減水劑與水泥的相容性,結果見圖2～4。

圖2 廣州建盛減水劑與塔牌水泥凈漿流動度隨溫度的變化

圖3 南京優爾西減水劑與塔牌水泥凈漿流動度隨溫度的變化

圖4 重慶天耀減水劑與塔牌水泥凈漿流動度隨溫度的變化

從圖～4可以看出:水泥溫度對水泥漿液的初始流動度損失影響不是很明顯,基本上在20 mm以內,但隨著水泥溫度的升高,流動度損失負偏差總體上增大。主要原因是當水泥溫度升高時,水泥水化速度較快,水泥、水和外加劑體系的熵值較大,水泥與減水劑的適應性降低,導致流動度出現一定程度的損失。

2.2.3 水泥化學和物理性能對水泥凈漿相容性能的影響

水泥主要由C2S、C3S、C3A和C4AF礦物成分組成,這4種礦物成分與減水劑分子的吸附程度強弱順序為C3A＞C4AF＞C3S＞C2S,說明聚羧酸減水劑分子對氯酸鹽的吸附作用強于硅酸鹽。主要原因是大多數聚羧酸減水劑表面活性劑為陰離子,C3A、C4AF水化反應呈現正電荷,由于C3A的活性大于C4AF,減水劑分子優先吸附在C3A;而C3S、C2S水化反應呈負電荷,其與減水劑分子吸附能力較弱。因此,水泥中的C3A、C4AF比例較高時,該水泥與外加劑的相容性較差。

水泥顆粒的粗細對外加劑分子的吸附性有強弱之分,在摻加外加劑的水泥凈漿中,越細的水泥顆粒吸附的外加劑分子越多,而且顆粒越細,水泥顆粒的絮凝作用越明顯,在相同摻量減水劑下,破壞這種絮凝現象需要更多的減水劑分子,兩者的相容性較差。

3 砼試驗

3.1 配合比及試驗方法

設計一組C40水泥砼,各部分原材料用量見表6。按規范要求制件并對其進行養護,檢測其規定齡期的力學性能指標。

表6 C40水泥砼的原材料用量

在配合比相同和摻量相同(1.0%)的情況下,分別對3種減水劑摻加2種不同廠家的水泥進行對比試驗,試驗結果見圖5、圖6、表7。

圖5 塔牌水泥與減水劑配制的砼的強度

3.2 試驗結果分析

選用2組水泥分別與3組外加劑按固定摻量制件,試驗時以坍落度為控制指標。根據測得的減水率,控制實際用水量,使剛出機的砼坍落度盡可能控制在210 mm左右。從表7來看,瑞溪水泥與聚羧酸減水劑配制的砼的坍落度保持性能較差,均有一定的損失。但由于聚羧酸減水劑有引氣的作用,通過引入大量均勻的小氣泡,可在一定程度上改善砼的流動性能,在一定范圍內,坍落度的保持與含氣量呈一定的相關性。從圖5、圖6來看,2組水泥和3組外加劑配制的砼的各齡期強度增長不僅差別不大,而且呈現出較好的規律。

圖6 瑞溪水泥與減水劑配制的砼的強度

表7 摻加減水劑的水泥砼試驗結果

4 相容性的控制措施

(1)配制砼時,保證水泥、集料等原材料的質量,水泥的各項指標應滿足出廠要求,集料的各項物理性能指標要滿足規范要求。同時應按設計要求,合理科學地設計砼配合比。

(2)配制砼時要根據實際工程需要和設計要求正確選用減水劑種類及摻量,根據各類型聚羧酸減水劑的特點加以應用。

5 結論

(1)在不同摻量條件下,3種聚羧酸減水劑與水泥都呈現出較好的相容性,但由于不同種類減水劑成分不同,使用時應通過相容性試驗尋求最佳摻配區間,以發揮聚羧酸減水劑的最佳效果。

(2)水泥溫度對水泥凈漿的影響程度有限,但普遍來說流動度呈現負偏差,主要是因為水泥的溫度越高,水泥水化速度越快,過快的水化速度會使水泥與減水劑兩者間的適應性減弱,最終導致流動度出現不同程度損失。

(3)對于不同種類的水泥,聚羧酸減水劑在低摻量范圍內增加減水劑用量,砼坍落度保持效果增加明顯;但當摻量繼續增加時,砼和易性能會下降。3組聚羧酸減水劑配置的砼的齡期-強度增長規律基本相同,都是前期強度增加幅度大于后期增長幅度,呈現出較好的強度增長規律。

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收稿日期:2015-05-12

中圖分類號:U416.216

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0101-04