聚羧酸系高效減水劑

1、聚羧酸系高效減水劑一一現代混凝土設計和施工的神兵利器國內外的工程實踐證明，混凝土外加劑的應用是混凝土發(fā)展史上繼鋼筋混凝土和預應力混凝土后的第三次重大飛躍。用它可以方便的改變混凝土的質量和性能，提高施工速度和質量，改善工藝和勞動條件，節(jié)省水泥和能源。具有投資少，見效快，推廣應用簡單，經濟效益和社會效益顯著的特點。外加劑在混凝土材料中占據了舉足輕重的地位，已成為現代混凝土不可或缺的組成部分，是混凝土改性的主要技術途徑在近七十多年混凝土外加劑發(fā)展過程中，減水劑作為混凝土外加劑中一個重要的品種廣泛應用于混凝土中，是目前國際公認的能顯著改善新拌混凝土的工作性和勻質性，大大提高混凝土性能的最有效材料，是大

2、幅度提高混凝土綜合耐久性的外加劑。它對改善混凝土的性能賦予了諸多的非同尋常的特殊功效。 混凝土外加劑起源于20世紀30年代，為了提高混凝土路面質量，美國開始使用引氣劑，并于20世紀40年代，首先制定了引氣混凝土的施工規(guī)范，與此同時美國材料試驗學會(ASTM)也制訂了相關標準。美國北部地區(qū)和加拿大所有露天使用的混凝土規(guī)定要摻用引氣劑，已改善混凝土的耐久性，開創(chuàng)了人類使用混凝土外加劑的先河。隨后出現了第一代減水劑 木質素磺酸鹽減水劑；1962年，德國的SKW Trostberg和日本的Kao Soap各自同時獨立地發(fā)明了甲醛縮聚物，分別是以三聚氰胺為原料聚磺化三聚氰胺高效減水劑和以焦化廠副產品工業(yè)

3、奈為原料的奈磺酸鹽縮甲醛高效減水劑，其對水泥以及石膏漿體具有強力的分散性能。這兩個產品構成了第二代高效減水劑，并延用至今，成為今天混凝土減水劑主要構成，近代來又陸續(xù)出現了氨基磺酸鹽高效減水劑、脂肪族高效減水劑、聚梭酸系高效減水劑。聚羧酸系高效減水劑是最近出現的一種全新型的高性能減水劑，該高效減水劑主要通過不飽和單體在引氣劑作用下發(fā)生共聚，將帶有活性基因的側鏈接枝到聚合物的主鏈上，因此具有一系列獨特的優(yōu)點：低摻量、高減水率，強分散性，與不同的水泥具有相對較好的適應性，低坍落度損失，更好地解決混凝土的引氣、緩凝、泌水等問題，混凝土后期強度較高等。摻加量一般只是奈系減水劑的1/51/10，減水率卻可

4、達到30%以上。由于摻量大幅度降低，一者帶入混凝土的有害成分幅度減少，二者單方混凝土中由高效減水劑引入的成本增加完全可達到與奈系或與其他高效減水劑相當，因而該類產品完全具備取代奈系高效減水劑的技術與經濟條件。此類減水劑特別適合用于高性能混凝土，是21世紀國內外推廣應用的主要外加劑。 現代混凝土設計和施工要求混凝土具備高強度、高耐久性、高工作性。在現化混凝土的設計上，英國DunStan的工作可以稱得上是一個典范。針對粉煤灰在混凝土中的作用特點，他提出：粉煤灰應該看作為混凝土的第四組分，即除了水泥、水與骨料外的一個獨立成分，而不是作為水泥的替代品。將粉煤灰看作一種替代水泥的成分，往往得不到最為經濟

5、的混凝土配比。因為這樣設計的配合比，是在一個己經確定的拌合長期的不摻粉煤灰的混凝土的基礎上開始進行的，設計混凝土配比時，考慮的是水泥和骨科的性質，而不用考慮到要用粉煤灰。因此，他根據水泥和粉煤灰獨立的作用，在原有的二維關系圖上（水灰比一強度)增加了粉煤灰/膠結料參數，建立起一個三維作用，并在六百七十多個摻有不同比例粉煤灰的混凝土拌合物數據，在其中多數粉煤灰比硅酸鹽水泥用量大的基礎上，建立了設計高摻量粉煤灰混凝土的程序。 DunStan的混凝土設計理念在1982年倫敦Gatwick機場上的擴建中得到了充分的體現，該工程以純水泥混凝土和高摻量粉煤灰混凝土分別修筑了兩條相鄰的停機坪道面進行對比，所采

6、用的配合比設計和拌合物工作度檢測結果見表1與表2。從中不難看出兩種混凝土設計的骨科用量、膠凝材料用量、用水量以及工作度檢測(用壓實因數)數據之間，不存在任何人們熟悉的對等關系。 表1配合比設計HFCC路面OPC路面HFCC路面OPC路面粗骨料40mm525 Kg/m3673 Kg/m3粉煤灰232 Ml/m20mm317 Kg/m3598 Kg/m3水134 Ml/m151 Ml/m10mm210 Kg/m3231 Kg/m3引氣劑2000 Ml/m525 Ml/m砂545 Kg/m3598 Kg/m3減水劑560 Ml/m600 Ml/m水泥275 Kg/m3375 Kg/m3從該機場經過4

7、年運行后拍下的兩條對比道面的照片上不難看出，混凝土中摻有46%粉煤灰道面的表面抗滑構造，顯然比純水泥混凝土耐磨耗性能更為優(yōu)異。表2 拌合物工作度檢測結果 壓實因數混凝土平均值標準離差檢測次數HFCC0.740.5521OPC0.860.0124 另一個引人注目的粉煤灰混凝土設計案例，是1985年以來加拿大礦產與能源技術中心(CANMET)對大摻量粉煤灰混凝土進行的深入而廣泛的研究。他們沒有以不摻粉煤灰的混凝土為對照，而是以水泥的15Okg/m3、粉煤灰2OOkg/m3為膠凝材料，調節(jié)高效減水劑摻量和砂石用量，將水膠比降低到 0.3左右，使拌合物的工作度穩(wěn)定在2OOmm左右、含氣量為5%6%，所

8、配制的混凝土抗壓強度28d為304OMPa；90d為405OMPa；l年為506OMPa。大摻量粉煤灰混凝土的試驗成功，使其在加拿大哈利法克斯的帕克林購物中心施工中被用于澆注巨大的柱子(總共使用了700m3大摻量粉煤灰混凝土);在該市海邊建筑物群施工中也得到應用，包括兩幢商業(yè)大廈的公共建筑 (32根直徑1.2m和30根直徑1.lm的框架柱沉箱，平均長度2lm),采用大摻量粉煤灰混凝土的首要原因，是其抗?jié)B性能優(yōu)異。在渥太華附近的大衛(wèi)伏勞瑞達實驗室，工程師們以上述大摻量粉煤灰混凝土配合比澆注了一個重360t的混凝土平臺。為降低水化熱，以粉煤灰、型(低熱)水泥、水、粗細骨科、引氣劑和高效減水劑混合配

9、制。平臺的尺寸為7mX8m，厚度平均為2.25m，安放在多具充氣圓柱體上，使其震動時與地面分離。由于粉煤灰混凝土特殊的品質，發(fā)射火箭產生的沖擊不會引起平臺共振。在該平臺上成功發(fā)射愛那克依火箭的事實雄辯地證明:高摻量粉煤灰混凝土是真正太空時代的建筑材料。 事實上，由于聚竣酸系高效減水劑的應用，以及粉煤灰的密度僅約水泥2/3的特點，使大摻量粉煤灰混凝土的水膠比可以大幅度降低，從而使摻用粉煤灰的效果大為改善，性能可以大幅度地提高。水膠比降低為什么影響這么大呢？ 在高水膠比(例如0.65)的水泥漿體里，水泥顆粒被水分隔開(水所占體積約為水泥的兩倍)，水化環(huán)境良好，可以迅速地生成表面積增大1000倍的水

10、化物，有良好地填充漿體內空隙的能力。粉煤灰雖然從顆粒形狀來說，易于堆積密實，但是它水化緩慢，生成的凝膠量少，難以填充顆粒周圍的空隙，所以摻粉煤灰水泥漿體的強度和其他性能總是其隨其摻量增大(水泥用量減少)呈下降趨勢(在早齡期尤為顯著）。 在低水膠比(例如0.3左右)的水泥漿體里情況大不一樣了。不摻粉煤灰時，高活性的水泥因水化環(huán)境較差，即缺水而不能充分水化，所以隨水灰比下降，未水化水泥增大，生成產物量下降，但由于顆料間的距離減小，要填充的空隙同時減小，因此混凝土中強度發(fā)展迅速。這種情況下用粉煤類代替部分水泥，在低水膠比條件下，水泥的水化條件相對改善，因為粉煤類水化緩慢。使混凝土的水灰比增大，水泥的

11、水化程度因而提高，這種作用機理隨著粉煤灰的摻量增大愈加明顯(摻量為50%左右，初期水灰皆有則接近0.6)。水泥水化程度的改善，則有利于粉煤類作用的發(fā)揮，然而與此同時，需要粉煤類水化產物填充的空隙已經大大減小，所以其水化能力差的弱點在低水膠比條件下被掩蓋，而它降低溫升等其他優(yōu)點則依然起著有利于混凝土性能提高的作用。以上所述低水膠比下粉煤灰作用的變化，我們可以用一個動態(tài)堆積的概念來認識，這是相對沿用的靜態(tài)堆積而言的。通常在選擇混凝土原材料和配合比時，是以各種原材料在加水之前的堆積盡量密實依據的，但是當加不攪拌后，特別是在低水膠比條件下，如何通過粉狀顆粒為水化的交叉進行，使初始水膠比盡量降低，混凝土

12、單位用水量盡量減少，配制出的混凝土在密實成型的前提下，經過水化硬化過程，形成的微結構應該是更為密實。上述大摻量粉煤灰混凝土的案例申，混凝土的用水量僅10Okg/m3左右，要比目前配制普通混凝土少好幾十公斤，就是明顯的證據。 清華大學閆培渝教授曾進行過低水灰比(水膠比)摻/不摻粉煤灰凈漿的結合水測定試驗：摻有30%粉煤類，水膠比為0.24的凈漿，要比水灰比為0.24的純水泥漿在28d時的結合水還多，證實上述摻粉煤灰后改善了水泥在低水灰比條件下水化程度的說法。因此低水膠比條件下大摻量粉煤灰混凝土早期的強度與空白混凝土接近，而后期仍有一定幅度的增長。當然，粉煤灰代替水泥用量大了，由于起激發(fā)作用的氫氧

13、化鈣含量減少，使粉煤灰的水化條件劣化，所以在不同條生下存在一最佳粉煤灰摻量，并不是越大越好。 從以上實例可以看出聚羧酸高效減水劑表現出來的幾大優(yōu)勢： 1、超大的減水率，它的減水率可達其他減水劑無法達到的30%以上，如此大的減水率可以使混凝土的水膠比降至0.3以下，進而使混凝土的孔隙率大大降低，這樣就可以大大改善混凝土的抗?jié)B性能，改善混凝土的耐久性。 2、它對許多懶情的材料，有極強分散性，這樣就可以在混凝土中大量使用諸如粉煤灰、高爐廢渣，這樣就可以大大降低混凝土的造價，并通過降低混凝土的水化熱，而確?；炷恋捏w積穩(wěn)定性。3、聚羧酸高效減水劑采用低毒或無毒的有機大分子作原料，通過酯化、縮合、接枝等工藝合成，成品對人體無毒，避免了在混凝土工程中殘留毒性，以營造一個綠色的居住環(huán)境。 4、聚羧酸高效減水劑采用不同于其它減水劑的機理，對混凝土坍落度進行保持，這種機理可以使混凝土的經時坍落度在保持狀態(tài)下，不顯著改變混凝土的凝結時間，使混凝土施工變得更加方便、快捷。中國是世界的硅酸鹽水泥生產大國，水泥年產量占世界一半以上，同時中國也是粉煤灰，高爐礦渣等工業(yè)為料排放量最大的國家，因此，我們在推進混凝土材料和工程技術時