聚羧酸鹽系減水劑的結(jié)構(gòu)與性能研究

1、絲壘主里堡鱉圭塹塑型堡壘壁蘭三生竺!蘭莖蘭聚羧酸鹽系減水劑的結(jié)構(gòu)與性能研究馮中軍傅樂峰沈軍林忠斌俞明輝鄭柏存(上海三瑞化學(xué)有限公司上海200237摘要:合成了兩種不同結(jié)拘的聚羧酸鹽減水劑,研究了其分子結(jié)構(gòu)對水泥混合物性能的影響。結(jié)果表明,摻甲基丙烯 酸共聚物的混凝土具有較高的減水率,而摻馬來酸酐共聚物的混凝土具有更好坍落度保持性以及硬化混凝土具有更高 的早期強(qiáng)度。關(guān)鍵詞;聚羧酸鹽;減水劑;超塑化荊;混凝土1.前言近年來,聚羧酸鹽系減水劑在國外的推廣應(yīng)用得到迅速發(fā)展,被廣泛用于高性能混凝土,例如高 強(qiáng)混凝土、高流動性混凝土和自密實混凝土。在我國,隨著聚羧酸鹽系減水劑在許多重大工程中的推 廣應(yīng)用,

2、也逐漸得戮混凝土工程界入士的關(guān)心和重視。聚羧酸鹽系減水劑是一種具有“梳型”結(jié)構(gòu)的高分子表面活性劑,其分子主鏈一般包含羧基、羥基、 磺酸基等官能團(tuán),側(cè)鏈一般為聚烷氧基醚的支鏈結(jié)構(gòu)。但由于合成原料、工藝的不同,聚羧酸鹽減水 劑的分子結(jié)構(gòu)存在較大的差異。因為聚羧酸鹽減水劑主鏈和支鏈的長短、剛度、形態(tài)、極性的不同, 不同種類聚羧酸鹽除了表現(xiàn)出摻量低、減水率高等共性之外,分剮有各自的特點(diǎn)【ll。作者依照分子設(shè) 計的原理,設(shè)計并合成了兩類不同結(jié)構(gòu)的聚羧酸鹽鹽共聚物,研究了其分子結(jié)構(gòu)對水泥混合物性能的 影響。2.試驗2.1材料2.1.1超塑化劑(1甲基丙烯酸共聚物(PCA甲基丙烯酸共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1,

3、共聚物合成參考文獻(xiàn)2。共聚物中聚醚側(cè)鏈的平均長度 約16tool(n=16,甲基丙烯酸占共聚物質(zhì)量的21%,通過GPC測得共聚物的重均分子量(Mw平均值 為18000,分子量分布(Mw/Mn系數(shù)D=3.1。cH32】b 01%0【EOnCH3 l哪b IrH】q【cHr產(chǎn),鉭鏟 勛 。 早 式巾.Rl為H、CH3CH38一 匹。nRl 恥為苯基圖1甲基丙烯酸共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu) 圖2馬來酸酐共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)(2馬來酸酐共聚物(PCM馬來酸酐共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖2,共聚物合成參考文獻(xiàn)3。共聚物中聚醚側(cè)鏈的平均長度約 -76-耳霎:旬 _b 匹紀(jì)念中國混凝土外加劑協(xié)會成立20周年論文集為35mol(

4、n_35,聚醚基單體占共聚物質(zhì)量的83%,馬來酸酐占共聚物質(zhì)量的15%,通過GPC測得 共聚物的重均分子量平均值為15400,分子量分布系數(shù)19=-4.7。2.1.2水泥及摻合料聯(lián)合P.O.42.5級,上海聯(lián)合水泥有限公司;海螺P.O.42.5級,上海海螺水泥有限公司:建福RO,42.5級,福建水泥股份有限公司;級粉煤灰,上海吳涇熱電廠粉煤灰公司;￥95礦粉,上海寶田新型建材有限公司。2.1.3集料細(xì)集料:細(xì)度模數(shù)2.9,含泥量O.4%;粗集料:碎石,粒徑5-25mm,連續(xù)粒級。2.2試驗方法按照GB8076.1997混凝土外加劑測定水泥凈漿流動度及其保留值、混凝土減水率、含氣量、 泌水率比、

5、凝結(jié)時間差、抗壓強(qiáng)度比;按照J(rèn)C473200l混凝土泵送劑測定混凝土坍落度及其保留值,抗壓強(qiáng)度。3.結(jié)果與討論3.1摻聚羧酸鹽系減水劑的水泥凈漿流動性及保持性能針對南方地區(qū)三種常用水泥.我們進(jìn)行了聚羧酸鹽減水劑在不同摻量下對水泥凈漿流動性及其保 持性能試驗,試驗結(jié)果見表l。表1摻聚羧酸鹽減水劑的水泥凈漿流動性及其保持性能三二高芝? PCA PCM 凈漿流動度(mm、0.15%0.20%0.25%0.15%0.20%0,25%初始 213266284182243252聯(lián)臺水泥1h 18225828219725628l初始 144247275132218226海螺水泥1h 801762421202

6、10234初始 182264273184247269建福水泥1h 162245270215272278注:聚羧酸鹽摻量為折固摻量.w/c=029.試驗結(jié)果表明,甲基丙烯酸共聚物(PCA具有更好的初始分散性能,但經(jīng)過1小時后流動性都 有所變差;而馬來酸酐共聚物(PCM的經(jīng)時流動性除了低摻量情況下在海螺水泥上流動性略有降低, 經(jīng)時流動性都有所增加。3.2摻聚羧酸鹽減水劑的混凝土性能3.2.1按GB80761997混凝土外加劑規(guī)定的方法,測定聚羧酸鹽減水劑的混凝土減水率及其它 性能。測試結(jié)果見表2。.77.壟壘主墮望鱉圭塹型型堡壘墮塞!旦竺笙塞莖表2摻聚羧酸鹽減水劑的混凝土性能聯(lián)合水泥 海螺水泥 建

7、福水泥試驗項目PCA PCM PCA PCM PCA PCM減水率(% 323028263130含氣量(% 5.01.65.61.84.81.6泌水率比(% 012O 7O 5凝結(jié)時間差 初凝 +158+85+112+87+127竹6(min 終凝 +126+32+94+45+108+28ld 195232186227205237抗壓強(qiáng)度比 3d 182224177216188226(%7d 17419615617517219228d 146162142146154158往:聚羧酸鹽減水劑的折固摻量為水泥重量的0.25%。從表2可以看出,在檢驗用的這三種水泥中,摻PCA共聚物的混凝土減水率分別

8、為32%、28%、31%,混凝土泌水率比都為0,稍好于摻PCM共聚物的混凝±。摻PCA共聚物的混凝土含氣量在4.80.6%之間,遠(yuǎn)高于摻PCM共聚物的1.61.8%。與不摻聚羧酸鹽減水劑的混凝土相比,摻PCA共 聚物的緩凝時間略長于摻PCM共聚物的。摻有聚羧酸鹽減水劑的混凝土ld強(qiáng)度比都在iso%以上. 3d強(qiáng)度比都在170%以上,7d強(qiáng)度比都在150%DA上,28d強(qiáng)度比都在140%以上;摻PCM共聚物的 混凝土具有更高的早期強(qiáng)度。3.2.2摻有聚羧酸鹽減水劑的混凝土坍落度保持能力按照J(rèn)C473-2001混凝土泵送劑規(guī)定的方法,測定摻有聚羧酸鹽減水荊的混凝土坍落度及其保 留值,抗壓

9、強(qiáng)度;測試結(jié)果見表3。聯(lián)合水泥 海螺水泥 建福水泥試驗項目PCA PCM PCA PCM PCA PCM用水量(kg/m3 152152156158154154初始21.520.021ro 2lro 22奄 20.5(55 (40 (48 (48 (52 (40坍落度21.022.020.021.020.522,0(擴(kuò)散度 30rain(46 (58 (42 (55 (45 (56(cm19.521.0t5.518.018.021.060min(37 (52 (一 (36 (36 (513d 36.444.832.540.637.743.2抗壓強(qiáng)度7d 45.752.340.654846.95

10、2.4(MPa28d 62.268.76I.764.I 65.268.9注:聚羧酸鹽減水劑的折固摻量為水泥重量的0.25%。78紀(jì)念中國混凝士外加荊協(xié)會成立20周年論文集從表3種數(shù)據(jù)可以看出,在檢驗用的這三種水泥中,摻有聚羧酸鹽減水荊的混凝土60分鐘坍落 度保留值都大于15.0cm,超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一等品的指標(biāo)。摻PCA共聚物的混凝土初始坍落度與擴(kuò)散度 好于摻PCM共聚物的混凝土,PCM共聚物表現(xiàn)更好的控制坍落度損失的能力。3.3聚羧酸鹽減水劑在C60高性能混凝土中的應(yīng)用試驗采用PCA共聚物與PCM共聚物配制了C60太摻量摻合料高性能混凝土,混凝土配合比見 表4,混凝土的坍落度及其經(jīng)時損失見圖3,

11、混凝土的抗壓強(qiáng)度見圖4。襲4C60高性能混凝土配合比l設(shè)計 水泥, 粉煤灰, 礦粉. 砂, 石。 水 外加劑,水膠比 砂率,I強(qiáng)度 kg/m3kg/m3k咖3km3kfm kg/m3% c6032015010064910601601.250.280.38注:外加劑聚羧酸鹽的折固摻量為膠凝材料的022%。圖3摻聚羧酸鹽減水劑的高性能混凝土的坍落度損失圖4摻聚羧酸鹽減水劑的高性能混凝土的強(qiáng)度增長圖從圖3可以看出,摻有兩種聚羧酸鹽減水劑的高性能混凝土都表現(xiàn)出良好的坍落度保持能力,摻 PCA共聚物的混凝土初始坍落度明顯好于摻PCM共聚物的,但摻PCM共聚物的混凝土坍落度表現(xiàn).79.紀(jì)念中國混凝+#l-

12、jJu劑協(xié)會成立20周年論文集出經(jīng)時增大的特性,其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。從圖4"-IPA看出,摻有PCM共聚物的混凝土具有更好 的早期強(qiáng)度,但摻有PCA共聚物的混凝土表現(xiàn)出更好的后期強(qiáng)度增長率,28d強(qiáng)度比3d強(qiáng)度增長了 42.2MPa,比7d強(qiáng)度增加了30。I但a;摻PCM共聚物的混凝土28et強(qiáng)度比3d、7d分別增加了40.5 MPa、26.4MPa。4.結(jié)論本文研究了兩種不同結(jié)構(gòu)聚羧酸鹽鹽共聚物減水劑對水泥混合物的影響,并得到以下結(jié)論。 (1PCA共聚物對試驗用水泥混合物具有更好的初始分散性能。但分散保持能力比PCM共聚 物略差;(2摻PCM共聚物的混凝土比摻PCA共聚物的混凝土具有更低的含氣量、更短的凝結(jié)時間、 更高的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度;(3摻有PCA共聚物和PCM共聚物的高性能混凝土都表現(xiàn)出良好的坍落度保持能力,摻有PCM 共聚物的混凝土具有更好的早期