低流动性损失水下混凝土抗分散剂的性能研究

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摘要：采用速溶高分子聚合物，制成低流动性损失水下混凝土用抗分散剂．并进行抗分散性、流动性损失试验。
关键词：抗分散荆；低流动性损失；粘稠；水下漏凝土 水不分散混凝土是一种新型混凝土。它通过在普通水下混凝土中加入抗分散剂—— 通常是水溶性高分子聚合物，来提高混凝土拌和物的粘稠性，从而达到抗水洗的目的。掺加抗散剂，在提高了混凝土拌和物的粘稠性的同时，也带来了诸如用水量增加、流动性损失快等新的问题。特别是流动性损失快制约了其应用范围，使水下不分散混凝土规模化施工受到限制。为解决这一问题，在原有产品的基础上，采用控制高分子聚合物分子结构、溶解逮度以及选用相容性较好的流化剂，通过大量试验，研制成功新型RS不分散混凝土抗分散剂。试验表明，掺加RS的水下不分散混凝土，在保证抗分散性能的情况下，其塌落度(塌扩度)在2.0小时内基本不损失，具有优异的保塑性。1 RS配制的水下不分散混凝土性能试验1．1 原材料 水泥：冀东525#R普通硅酸盐水泥；砂：蓟县中砂，细度模数2.6；石子：石灰岩碎石，粒径5—25mm，连续级配；粉煤灰：军粮城电场二级灰；外加剂：自行研制的RS型抗分散剂(复合了流化剂等)；水：自来水。1．2 试验方法 采用日本JISA1112-75标准和中国石油天然气总公司工程技术研究院院级标准Q／GCY012—92。1．3 RS对混凝土抗分散性的影响 混凝土的抗分散性常用混凝土在水中落下时，介质水的pH值以及混凝土的水陆强度比表示。水陆强度比指配合比相同的混凝土分别在陆上和水下成型，在相同的条件下养护至同龄期，所得的抗压强度比值。抗分散性能越好，pH值越接近中性，水陆强度比也越高。试验结果见图1和图2。 图1表明：RS抗分散剂掺量从1.0% 提高到2.0%时，水介质的pH值迅速下降；掺量超过2.0%以后，混凝土在水中落下时基本不分散，满足抗分散要求。图2表明：RS掺量超过2.0%时，7天和28天的水陆强度比均能达到70% 以上，而不掺抗分散剂混凝土水陆强度比仅在30%上下。
综合图1和图2可看到，在Rs掺量超过2.0%(对水泥)时，混凝土具备优良的水下抗分散性。1 .4 RS抗分散剂对混凝土流动性损失的影响 水下不分散混凝土流动性有三种测定方法：塌落度、塌扩度、 及德国DIN一1048扩展度。国内外试验结果表明，塌落度的灵敏度最差，其次是塌扩度、扩展度但由于测扩展度值的仪器需特殊加工，实际应用中常用塌扩度值来表示水下不分散混凝土的流动性。 表1给出了水下不分散混凝土常用配合比及其力学性能，表2给出了流动性损失情况(为便于比较，同时给出了塌扩度和扩展度值 。从表1可看出，掺有Rs抗分散剂的水下不分散混凝土．7天和28天水陆强度比均超过了70%，28天更在80% 以上，超过日本和国内标准的7天大于6o%、28天大于70%的规定 这说明掺加Rs抗分散剂的混凝土具有优良的水下抗分散性能 从表2可看出．采用Rs配制的水下不分散混凝土，在2小时之内，其流动性损失很小；又由于粘稠，其压力泌水率比很小．一般在50%以内，可满足泵送工艺对混凝土性能的要求。2 机理探讨 RS抗分散剂中的高分子聚合物带有一些活性官能团，通过官能团能将水泥分散体系中的细颗粒吸附到分子链上，多个分子的官能团交叉吸附，形成了稳定的网状结构. 同时，由于表面活性作用，改变了混凝土混合物分散体系中颗粒的表面电位，显著降低粒子间的排斥势能，增大了颗粒间吸引势能，使多相分散体凝聚在一起。上述两类作用的结果，使混凝土拌和物粘稠性增大，宏观上表现出水中抗分散性能。
对掺有Rs抗分散剂的水下不分散混凝土而言，它是一种高粘性易流动的粘稠体，其流变行为属于接近牛顿液体的宾汉姆体，它的流动性主要与粘度有关。Rs抗分散剂中的高分子聚台物具有速溶特性，这种特性使高分子聚合物在碱性水泥多相体系中迅速溶解，在搅拌期间体系粘度能迅速增加并趋于稳定，防止了后期粘度继续增大而导致流动性降低。同时，体系中流化剂受溶液粘膜包裹影响，短时间内不能完全被水泥颗粒吸附，从而起到一种类似缓释作用的效果，防止了混凝土拌和物流动性损失 另外，高分子聚合物分子具有直链短、支链多的分子结构，使混凝土在达到水中抗分散性的同时粘度不过分增大，也对流动性有利。3 结论 (1)Rs抗分散剂能显著提高水下混凝土的抗分散性能。 在单螺杆挤出机设计中，如何实现在低加工温度下高速挤出优质管材是一个关键技术在螺杆设计上，采用了BM结构与屏障式结构相结合，并增加了特殊的混炼段，不仅保证了管坯的塑化效果，而且物料在整个螺杆上的各个区域，熔体压力较低，压力分布均匀；在机筒设计中，采用了开槽机筒以保证PP-R高速喂料；在加料段设计有一个特殊的冷却装置．用于控制原料进入机筒的温度；机筒各段有可控温的加热段，采用强制风冷，挤出机产蠡具有良好的线性关系(便于同牵引速度同步调节)；为了高速挤出，减速箱采用高扭矩、低噪声的减速箱，电机功率相应配大。目前，我公司生产PP-R的单螺杆挤出机主要机型有SJ65 *30、SJ90 * 32、sJl20* 30，生产PP-R最高产量为300～5ookg／h。 (2)篮式挤出模头 为使管坯在模头中不产生流动取向效应，要降低模头的熔体压力，并尽量减小压缩比。我们采用了篮式挤出模头。由于其分流流道径向截面积很大，与其他传统模头(如支架式模头)相比，其模头压力低，可保证在高挤出量下仍保持低熔体温度。物料在通过无数分流孔时，熔体流动从轴向到径向的双重方向改变，起到了良好的混合效果，使熔体具有良好的融体均质化性能，有效地消除了熔体的应力记忆性能。 (3)冷却、定径系统 定径套的结构、加工精度及冷却方式对加工PP-R管材的质量非常重要。水环式定径套(冷却水对定径水套进行循环冷却，但不接触管材)可在短时间内生产薄壁(冷水)管。但由于管坯进入定径套时温度较高，粘度较大，采用水环式定径套长时间生产，会造成管材外表逐渐粗糙甚至拉断。所以，PP-R管的生产，采用水帘式定径套，在管材进入定径套前对其进行预冷却，另外，也防止物料粘附在定径套人口。PP-R材料热容量较大，尤其是厚壁的大管，为满足较快的挤出速度需配置较长的定径冷却长度，并对冷却过程进行全程温度控制。我公司真空定型机采用二室定型， 32mm以下小管采用碟片式定径盘浸浴式冷却，可满足调整生产情况下冷却和定型的需要。 (4)生产线控制系统 采用德国西门子专为挤出生产线设计制造的SKYEX型挤出机电脑控制系统。该系统采用上、下位机管理控制方式，上位机配有多幅面面和棒状图显示，使系统的操作变得直观方便；下位机选用可编程控制器，并增加了一些高级智能模块，采用温度控制模块进行温度控制，控制精度在±1℃。挤出机转速由直流调速装置控制，牵引速度由变频调速器控制，挤出转速与牵引速度采用专有控制技术，控制平稳，挤出波动极小，牵引机在低速下运行也相当稳定。3 PP-R管材挤出工艺分析 PP-R管生产工艺与普通聚烯烃管材基本相同，在挤出过程中，工艺温度控制和冷却定径调节是生产合格管材的关键。
PP-R管材专用料的熔融温度为140℃ ，分解温度为250℃左右。提高挤出机熔融段及模头口模段温度有利于提高管材内外表面质量，但过高的熔体温度会使原料分解，降低成型后管材的力学性能。标准要求管材的熔本流动速率比原料的熔体流动速率不能降低30%，因此，应以尽量低的工艺温度来高速挤出高品质的管材。采用水帘式定径对PP-R管材进行定径时，水帘出水应调节达到在整个圆周上保持出水均匀，否则成型管材上会出现水痕、粗糙、颜色不均等现象。对管材的定径冷却最好配置冷水机组(尤其是在夏季高温下调整挤出生产时)。冷却水的水质对PP-R管材的加工质量也相当重要，对于水质较硬的地区，生产线循环水应经软化处理后使用。

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