聚羧酸高性能減水劑

1、 目錄1.減水機(jī)理22.優(yōu)良的性能32.1 減水劑的勻質(zhì)性分析32.2 水泥水化熱電性能分析42.3 早強(qiáng)效應(yīng)52.4減水性能分析52.5 環(huán)保分析6聚羧酸高性能減水劑聚羧酸系高性能混凝土減水劑是20世紀(jì)80年代中期由日本首先開發(fā)應(yīng)用的新型混凝土減水劑。它主要是通過不飽和單體在引發(fā)劑作用下共聚，將帶活性基團(tuán)的側(cè)鏈接枝到聚合物的主鏈上，使其同時(shí)具有高效、控制坍落度損失和抗收縮、不影響水泥的凝結(jié)硬化等作用。聚羧酸系高性能減水劑是完全不同于萘磺酸鹽甲醛縮合物NSF和三聚氰銨磺酸鹽甲醛縮合物MSF減水劑，即使在低摻量時(shí)也能使混凝土具有高流動(dòng)性，并且在低水灰比時(shí)也具有低粘度和坍落度保持性能。它與不同水泥

2、有相對(duì)更好的相容性，是高強(qiáng)高流動(dòng)性混凝土所不可缺少的材料。聚羧酸系混凝土減水劑是繼木鈣和萘系減水劑之后發(fā)展起來的第三代高性能化學(xué)減水劑，與傳統(tǒng)減水劑相比主要具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn): a.高減水率：聚羧酸高性能減水劑減水率可達(dá)25-40。b. 高強(qiáng)度增長率：很高的強(qiáng)度增長率，尤其是早期強(qiáng)度增長率較高。c.保坍性優(yōu)異：極好的保坍性能，可保證混凝土極小的經(jīng)時(shí)損失。d.勻質(zhì)性良好：所配混凝土有非常好的流動(dòng)性，容易澆注和密實(shí)，適用于自流平、自密實(shí)混凝土。e. 生產(chǎn)可控性：可通過對(duì)聚合物分子量、側(cè)鏈的長短、疏密及側(cè)鏈基團(tuán)種類的調(diào)整來調(diào)節(jié)該系列減水劑的減水率、保塑性和引氣性能。f.適應(yīng)性廣泛：對(duì)各

3、種純硅、普硅、礦渣硅酸鹽水泥及各種摻合料制混凝土均具有良好的分散性及保塑性。g.低收縮性：能有效提升混凝土的體積穩(wěn)定性，較萘系減水劑混凝土28d收縮降低了20%左右，有效的減少了混凝土開裂帶來的危害。h.綠色環(huán)保：無毒性、無腐蝕性，不含甲醛及其他有害成分。1.減水機(jī)理聚羧酸高性能減水劑是運(yùn)用分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，以DLVO電荷排斥理論和空間位阻效應(yīng)理論為基礎(chǔ)，將帶有不同功能的活性基團(tuán)接枝到主鏈上聚合而成。聚羧酸高性能減水劑分子的主鏈牢牢的吸附在水泥顆粒表面，能夠有效的阻礙水化反應(yīng)提高其保塑性，支鏈則包圍在水泥顆粒四周，起到空間位阻與靜電排斥的雙重作用，這與傳統(tǒng)減水劑通過靜電排斥分散水泥顆粒的機(jī)理完

4、全不同，因而具有更好的分散能力和減水效果，最終使混凝土產(chǎn)品的綜合性能得到質(zhì)的飛躍。2.優(yōu)良的性能2.1 減水劑的勻質(zhì)性分析表1 聚羧酸系減水劑的勻質(zhì)性指標(biāo)PH值堿含量（%）氯離子（%）782.00.01檢測(cè)項(xiàng)目1234含固量（%）91.792.095.094.1流動(dòng)度（mm）195190175230氯（C1-）含量（%）1.82.02.380.45硫酸鈉含量（%）19.122.02.3516.5表2 國產(chǎn)萘系高效減水劑勻質(zhì)性指標(biāo)聚羧酸減水劑采用自由基水溶液聚合，氯離子含量極少，只采用少量的堿中和，堿含量極低，堿含量及氯離子含量相對(duì)比較穩(wěn)定。而萘系減水劑的堿含量受磺化程度的影響，各種工藝差別較大

5、，見表2。眾所周知，堿是誘發(fā)混凝土堿-骨料反應(yīng)的主要因素之一，而由于堿-骨料反應(yīng)導(dǎo)致混凝土工程損毀的案例在國內(nèi)外屢見不鮮。如巴西的Moxoto大壩和法國的Chambon大壩，前者在工程完工三年后便出現(xiàn)了堿-骨料反應(yīng)，后者在建成后5060年發(fā)生了堿-骨料反應(yīng)。混凝土中堿主要來源于水泥、粉煤灰、減水劑等原材料。世界上對(duì)于堿含量的控制也非常重視，南非規(guī)定混凝土堿總量不得超過2.1Kg/m3，我國在三峽工程中規(guī)定混凝土堿總量不得超過2.5Kg/m3，美國規(guī)定混凝土堿總量不得超過3.3Kg/m3。而作為混凝土五組分之一的減水劑，堿含量特別是Na2SO4含量直接影響到混凝土的堿總量。目前我國高效減水劑中9

6、0%以上是萘系減水劑，由于萘系減水劑的生產(chǎn)采用濃硫酸磺化和氫氧化鈉中和等工藝，有些廠家的萘系減水劑中Na2SO4的含量高達(dá)30%，大多數(shù)維持在10%左右，氯離子含量一般在0.3%以上，有的產(chǎn)品甚至更高。而聚羧酸系減水劑是通過水溶液聚合、非磺化的高性能減水劑，在生產(chǎn)中只需極少量氫氧化鈉來調(diào)整其pH值，因此此類減水劑的含堿量極少，基本不含氯離子。由表1中可以看出，聚羧酸系減水劑堿含量低，且不含氯離子，極大地提高了混凝土的耐久性，是配制綠色高性能混凝土的必備組分。2.2 水泥水化熱電性能分析圖1描述了萘系、聚羧酸系對(duì)水泥漿體水化熱性能的影響規(guī)律。由圖可知，聚羧酸系減水劑對(duì)水泥水化熱歷程的調(diào)控作用較強(qiáng)

7、。由于吸附與空間位阻效應(yīng)，聚羧酸系減水劑阻礙了水泥顆粒中離子的釋放，進(jìn)而延緩水化反應(yīng)的進(jìn)行。與萘系減水劑相比，聚羧酸鹽系減水劑能使水泥漿體初期水化速度加快，誘導(dǎo)期延長，加速期滯后，放熱范圍寬化，有效降低水化放熱。圖1 萘系、聚羧酸系減水劑對(duì)水化熱的影響 圖 2 萘系、聚羧酸系減水劑對(duì)水泥漿體電阻率的影響聚聚圖2描述了萘系、聚羧酸系對(duì)水泥漿體電阻率的影響規(guī)律。由圖可知，聚羧酸系減水劑使水泥顆粒的最初水化減慢，推遲進(jìn)入誘導(dǎo)期的時(shí)間，并且延長誘導(dǎo)期；誘導(dǎo)期結(jié)束后，促進(jìn)結(jié)構(gòu)形成。水化反應(yīng)初期，由于聚羧酸系減水劑對(duì)水泥的高分散性，促使水泥粒子分散，促進(jìn)了初期水化反應(yīng)，其后由于其初始水化物膜的增厚及其空間

8、位阻效應(yīng)，阻礙了水泥水化及水泥粒子的凝聚，并由于聚羧酸系減水劑中緩凝組分的緩凝作用，因而溶解溶解平衡期延長，結(jié)構(gòu)形成期及穩(wěn)定期電阻率變化較小，水泥漿體在較長時(shí)間內(nèi)保持塑性狀態(tài)。這與從熱性能角度方面所表述的水化熱降低、放熱峰延時(shí)、放熱峰變寬是一致的。水泥水化熱問題一直是困繞大體積混凝土的難題，雖然在水利工程中采用了骨料預(yù)冷、加冰、通水冷卻等各種各樣的國際通行溫控措施來減少了溫度裂縫的產(chǎn)生。但是這些措施是借助外部條件的降溫，無法從水泥水化本身解決，仍然存在一定的弊端。比如通水冷卻，冷卻管的埋設(shè)是在每一倉混凝土的底部，而不是均勻布置在混凝土中，這樣對(duì)于底部混凝土的水化溫升能起到一定的效果，但對(duì)于中上

9、部混凝土便無能為力；一般來講，防止溫度裂縫的主要采取的措施是控制混凝土內(nèi)外溫差不超過25，但在混凝土內(nèi)部由于冷卻管的作用，肯定存在溫度梯度，是否會(huì)引起溫度裂縫，存在不確定因素。而聚羧酸系減水劑則可以通過降低水化熱，延緩放熱峰，來有效降2.3 早強(qiáng)效應(yīng)新型聚羧酸減水劑一般會(huì)接枝入聚乙二醇等羥基類大單體，這些大單體具有一定早強(qiáng)作用，能促進(jìn)C3A的水化，在C3A-CaS04-H20體系中，能加快鈣礬石的生成。聚羧酸分子鏈上的這些早強(qiáng)官能團(tuán)很容易與金屬離子形成共價(jià)鍵，發(fā)生絡(luò)合，與金屬離子形成較為穩(wěn)定的絡(luò)合物。這些絡(luò)合物在溶液中形成了許多可溶區(qū)，從而提高了水化產(chǎn)物的擴(kuò)散速率。由于絡(luò)合物的形成，這在水化初

10、期必然會(huì)破壞熟料粒子表面形成的C3A水化物及其它生成物(如硫鋁酸鈣)，而使C3A、C4AF溶解速率提高，與石膏的反應(yīng)也會(huì)加快，迅速生成硫鋁酸鈣，并且使鈣礬石與單硫酸型硫鋁酸鈣間的轉(zhuǎn)化速度加快。硫鋁酸鈣生成量增多，必然降低液相中Ca2+、Al3+的濃度，迸一步以可促進(jìn)C3S水化。這樣就會(huì)在水泥漿硬化前基本完成體積膨脹因而對(duì)硬化后的水泥的致密性和抗壓強(qiáng)度的提高(尤其是早期強(qiáng)度)是極有利的。另外，絡(luò)合物的生成，使液相中Ca(OH)2介穩(wěn)過飽和度的提高，會(huì)更加有效地阻止C3A水化初期形成疏松結(jié)晶的趨勢(shì)，從而提高了水泥石的致密性和強(qiáng)度。2.4減水性能分析圖3萘系減水劑對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響 圖4聚羧酸系

11、減水劑對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響圖3、圖4描述了萘系、聚羧酸系減水劑摻量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響。萘系減水劑一般在摻量為0.61%，而聚羧酸系減水劑一般摻量為0.10.3%（以固體含量計(jì)）。從圖中可以看出，萘系減水劑摻量為0.6時(shí)，流動(dòng)度為180mm，一小時(shí)后為140，當(dāng)摻量為1時(shí)流動(dòng)度為260mm，一小時(shí)后為245mm；而聚羧酸系減水劑摻量為0.2%時(shí)，流動(dòng)度已經(jīng)達(dá)到280mm，一小時(shí)基本不損失，當(dāng)摻量為0.3%時(shí)，流動(dòng)度可達(dá)300mm以上，一小時(shí)稍微增加。與萘系減水劑相比，聚羧酸系減水劑具有摻量低（摻量為萘系減水劑的1/5，以固體含量計(jì)）、高分散性和優(yōu)良的分散保持性等優(yōu)點(diǎn)。圖5可以看出，20濃度

12、的KH聚羧酸減水劑摻量為1%時(shí)，減水率27左右，摻量為1.5時(shí)，減水率高達(dá)30以上。而一般萘系減水劑減水率一般在20左右。圖5 聚羧酸系減水劑的混凝土減水率曲線2.5 環(huán)保分析隨著生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境提出了更高的要求。民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)自2001年11月發(fā)布以來，室內(nèi)環(huán)境污染控制工作逐步實(shí)現(xiàn)正常化，室內(nèi)環(huán)境污染狀況得到初步控制。4年多的實(shí)踐和不斷發(fā)展的形勢(shì)對(duì)規(guī)范提出了新的要求。規(guī)定甲醛含量為類民用建筑工程需0.08毫克/立方米、類民用建筑工程需0.12毫克/立方米。 日前，該規(guī)范的局部修訂工作已經(jīng)完成，并于2006年4月10日經(jīng)建設(shè)部批準(zhǔn)發(fā)布。新版規(guī)范必將在控制室內(nèi)環(huán)境污染、保障人民身體健康方面更好地發(fā)揮作用。新版規(guī)范中明確提出了關(guān)于混凝土外加劑測(cè)甲醛問題。修訂后的規(guī)范要求，能釋放甲醛的混凝土外加劑，其游離甲醛含量不應(yīng)大于每千克0.5克，測(cè)定方法應(yīng)