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探究聚羧酸系高性能減水劑在混凝土中的應用



一、前言

隨著建筑工程以及建筑結構物的復雜變化和多元化需求,單純的依靠物理方法進行的振動、加壓、真空等物理方法的混凝土施工已經遠遠不能滿足目前項目施工的要求。目前對混凝土不僅要求具有較高的抗壓強度、抗拉強度等還需要具有良好的抗凍性和抗滲性、流動性等[1]。隨著我國天然資源的不斷采伐,很多地區的天然高品質的砂石嚴重缺乏,這就需要人工砂的合理使用,PC也就應運而生。PC由于其低摻量、高減水率、高分散性、高保坍性的優點能夠和水泥材料良好的相容,同時對混凝土的坍塌有效控制[2]。

二、PC的減水機理研究

PC的分子結構中包含了酯基、羥基、羧基、聚氧乙烯基、磺酸基等不飽和單體。其分子結構中的這些不飽和的基團通過與不同的單體基團形成共聚結合,可以在不同的條件下產生不同性能的減水劑產品。如下圖1為其結構式示意圖。

根據上述分子結構式可以看出,PC的分子結構呈線狀的,分子基團相互吸附,并在表面形成電場。憑借帶點顆粒的相互排斥,使得顆粒在水介中分散,最終實現減水的目的[3]。PC能夠以較少的摻入量實現較大的減水效果,甚至高達46%,同時還能良好有效的抑制混凝土的坍落。PC的減水機理大致可以分為三大部分:

①降低表面和水泥顆粒吸附的能量

PC作為減水劑中的新秀,其本質就是吸附在水泥顆粒表面的一種表面活性劑。其通過吸附在水泥顆粒的表面,來實現降低水泥顆粒和水之間的界面總能量,最終使得水泥顆粒彼此之間分散開來,達到減水的目的[4]。

②靜電排斥

減水劑分析吸附在水泥表面,由于減水劑分子之間具有一定的靜電排斥,因而帶動水泥可以相互排斥,最終使得水泥顆粒彼此之間相互分散。

③潤滑作用

減水劑的分子式中含有較多的親水基團,這些基團遇水極易與水形成一種水化膜,同時該水化膜能夠將水泥顆粒釋放出來的絮凝結構包裹住,進而達到減水的目的[5]。

PC在使用時更方便、高效、環保,但項目施工中存在如下問題:難以從攪拌車中倒出、PC混凝土拌合物泌水、混凝土硬化后表現有輕微的氣泡現象、凝結速度慢時間長等。

1PCSL的復合摻入分析

1PC與木質素磺酸鈉(下文以英文縮寫SL表示)的復合摻入分析試驗檢測的結果示意圖。

由圖2知,當減水劑復合摻入的時候,在一定程度上促進了凈漿的流動,但是隨著SL的摻量增加,流動度的增加速度逐漸變緩。同理坍落度也是有一定增加,但一小時后,呈現減少的情況,而混凝土的抗壓強度隨著SL摻入量的增加有所減小,凝結時間隨著SL摻入量的增加而延長[6]。

2PCSAF的復合摻入分析

根據下圖的實驗結果數據表可以得知,PCSAF兩種減水劑復配后在一定的程度上可以使得水泥凈漿流動度呈現增加的趨勢,如表2PC與脂肪族高效減水劑(下文以英文縮寫SAF表示)復合摻入配置混凝土的性能試驗結果表。

由圖3知,當上述兩種減水劑復配摻入時,增加混合物摻入量,凈漿流動度會明顯增加,這就證明了兩種減水劑復配使用減水效果遠遠高于單一減水劑的效果。

但是目前市場上對SAF這種減水劑的應用并不普及,一方面是因為SAF的成本偏貴,另一方面是因為SAF對摻入量十分敏感。

三、PC在混凝土中的應用

為了保證混凝土的生產質量,本文主要檢驗應用PC在混凝土施工工程中的生產實用性和可靠性[7]。選用萘系高效減水劑(下文以FDN表示)拌制和PC拌制進行對比測試。相應結果如表3、表4、表5。

四.檢測情況與結果分析

摻入PC的混凝土的減水率、保坍性、后期增強效果、體積穩定性及耐久性結果全都優于FDN混凝土。其主要原因是PC具有引氣性能,引氣后的混凝土結構卻并沒有形成大體積的空隙,卻增加了混凝土的含氣量,使混凝土內部相應氣孔的均勻分布,使得混凝土的強度及耐久性能得以改善[8]。試驗證明PC混凝土工作性、可泵性良好,保塑性能好,混凝土收縮小、體積穩定性好,混凝土耐久性能指標優異[9]。

五、結語

由上述分析,可知PC混凝土與SAF的進行復合摻入使用,雖然可以進行,但是所得的效果卻不是最優選擇。若按照科學合理的配合比,使之與SL進行復合摻入的話就可以呈現出不同的摻入效果。PC應用于混凝土有較大的優勢尤其是高強混凝土的拌制中更是不可或缺的減水劑。就目前而言,雖然PC具有諸多突出的優勢特點,也是建筑工程項目施工的首選外加劑,但是不同的生產廠家是生產的產品依然存在一定的差異性,我國的PC的研發水平的提高也是未來亟待需要解決的問題。

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