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氨基磺酸系高效减水剂改性砼研究

摘要：研究了氨基磺酸系高效减水剂对混凝土一系列性能的影响。结果表明，该系列减水剂对水泥浆体具有高度的减水、保坍作用，以氨基磺酸为主导官能团的混凝土泵送剂，可以较好地改善混凝土内部结构及性能。关键词：高效减水剂；减水率；坍落度损失；主导官能团0 前言　　国内外关于因高效减水剂对水泥表面的物理化学作用而导致砼性能的改变已基本达成共识，其理论研究及生产实践仍在深入进行。目前具有代表性的外加剂主要有磺酸、羧酸、“磺酸一羧酸”三大系列。其中只有磺酸系列合成聚合物的反应中既有缩聚型又有加聚型反应产物存在，因此，氨基磺酸系高效减水剂可明显改善砼的缓凝、保坍性能，提高砼减水率。1 原材料及试验方法
1．1 试验原材料　　基准水泥：#425普通硅酸盐水泥；　　碎石：粒径5～30 mm，体积质量：1 360 kg／m3 ，表观密度：2．60 g／cm3 ；　　砂：中级配砂，体积质量为1 420kg／m3，表观密度2．38 g／cm3；　　高效减水剂：自制氨基磺酸系高效减水剂，以下简称ASF；　　泵送剂：实验室用ASF配制泵送剂，固含量27．5%；1．2 试验方法　　相容性测试按水泥净浆流动度测定方法进行，同时密封保存，分别测量30，60，90和120 min的流动度保留值。　　高性能砼的配制采用不同比例的泵送剂，按砼外加剂国家标准和砼泵送剂国家标准进行，人工搅拌成型为100 mm*100 mm*1O0 mm砼试体，并检测有关性能。2 试验结果与分析
2．1 ASF与水泥砼的相容性　　ASF对水泥净浆流动度的影响见表1及图1～图2。　　　　　　

　　　砼试验根据其试配原则，选取水灰比0．52，砂率0．44% ，体积质量2 238 kg／m3 ，按配合比水泥：砂：石为1：1．86：2．35配制；采用人工搅拌，用ASF制成的泵送剂掺人量为2%和3%，砼性能指标的测试数据见表2和表3。　　　　

2．2 ASF与水泥砼相容性分析　　由表1或图1可看出，ASF掺入量小于1%时，减水剂对净浆流动度影响效果不明显，但其净浆流动度值是远远小于ASF掺量的，说明ASF的减水效果不错；ASF掺量高于3．5%时，试验中净浆大量泌水，使水泥净浆与骨料离析，降低了砼的物理性能，并造成砼成本增高。　　由表1及图1，图2分析可知，在水灰比一定时，净浆流动度及减水率随ASF掺入量的增加而增加，保坍作用亦十分明显。这是因为ASF的磺酸官能分别或同时与一种或多种极性集团、极性原子组合在同一分子里，极性较强，它在水中离解成大量的阴离子吸附在水泥粒子表面，形成较厚的水膜，降低其表面能量，改变水泥颗粒表面水层结构，从而增加体系的自由水量，提高流动性；同时在水泥颗粒表面产生很高的表面同性电荷，使水泥颗粒之间产生较大的排斥力，从而破坏水泥浆体的凝聚结构形式，增加流动性。因此水泥净浆流动度随ASF掺入量的增加而增加。　　ASF减水剂的高分子聚合物官能团与水泥中的碱性介质发生水解反应，徐徐释放出水溶性水解产物分散剂或缓凝剂，从而使坍落度保持在相当水平，净浆流动度经时损失下降。　　分析表2和表3可知，掺人泵送剂的砼性能指标，其中除常压泌水率外，其他性能均好于基准水泥砼，特别是在抗压强度、坍落度保留值等方面较为突出。其中掺3%泵送剂的砼3 d抗压强度比基准水泥砼提高了37%，1．5 h坍落度仅下降20%。这同ASF减水剂对水泥净浆流动度的影响相一致，同时也与水泥对高效减水剂的吸附形态有关。ASF减水剂被水泥粒子吸附是刚性垂直链吸附，而目前应用较为广泛的萘系则为刚性横卧吸附或点式吸附。前者具有立体的分散效果，减水率高，使水泥粒子稳定分散，坍落度经时损失小；后者使水泥粒子容易产生物理凝聚，坍落度经时损失快。　　由表2可见，泵送剂掺入量为3%的砼性能好于掺入量为2%的砼性能，且均超过砼泵送剂标准的一等品指标。但由经验可知掺入量超过3%时，泌水现象将较为严重，因此我们认为配制高强度、高性能砼，泵送剂掺入量为2%～3%较为合适。2．3 ASF对水泥砼微观结构的影响　　对于砼抗压强度的增加，我们分别对标准养护28 d的基准水泥和泵送剂掺人比分别为2%和3%的砼试块的水化产物进行了SEM测试分析，见图3图4和图5。　　　　　　　　由图3可见，基准水泥砼内部孔洞较多，较大孔洞中有针状钙钒石形成，但晶体比较细小，针状、刺状毛球为低硅钙比的CSH凝胶，无氢氧化钙晶体出现，水化不够完全，结构较为疏松，因此导致水泥石水化后强度较低。　　由图4，围5可见，针柱状钙钒石晶体较图3的基准水泥砼粗且长，水化非常完全，大量的针柱状钙钒石晶体、六方板状水化铝酸钙及粒子聚集的云雾状CSH凝胶互相交织。互相搭接，使砼内部孔洞大量减少，从而结构更加致密。而六方柱状水化铝酸钙晶体在图3内部几乎没有。同时由于泵送剂的加入，使水泥粒子表面形成一层永膜。调整了水泥的水化进程，从而使水泥石的初期结构合理，后期水化充分水化产物更加有序，使硷密实、高强由图5可见，泵送剂中的高分子表面活性剂，具有半胶体性质，填充与水泥水化产物之间，也使砼内部空隙率减少，密实度增加，从而使其抗压强度太为提高达到了用ASF配制高强砼的要求。3 结论　　ASF减水率高，具有良好的缓凝保坍性鳍，且分散系统稳定，配制成泵送荆后，使其控制砼坍落度经时损失功能好。　　ASF对水泥砼有较好的相容性．可以明显提高砼的流动性.。　　掺人适量的ASF，可以有敖改善砼内部结构，提高砼的抗压强度，特别是3 d强度。

原作者：吴波张德成张昭忠

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发布：2007-08-12 11:39 编辑：泛普软件 · xiaona [打印此页] [关闭]

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