聚羧酸高性能減水劑

1、 目錄1.減水機理22.優(yōu)良的性能32.1 減水劑的勻質性分析32.2 水泥水化熱電性能分析42.3 早強效應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80年代中期由日本首先開發(fā)應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，將帶活性基團的側鏈接枝到聚合物的主鏈上，使其同時具有高效、控制坍落度損失和抗收縮、不影響水泥的凝結硬化等作用。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，即使在低摻量時也能使混凝土具有高流動性，并且在低水灰比時也具有低粘度和坍落度保持性能。它與不同水泥

2、有相對更好的相容性，是高強高流動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減水劑，與傳統(tǒng)減水劑相比主要具有以下幾個突出的優(yōu)點: a.高減水率：聚羧酸高性能減水劑減水率可達25-40。b. 高強度增長率：很高的強度增長率，尤其是早期強度增長率較高。c.保坍性優(yōu)異：極好的保坍性能，可保證混凝土極小的經時損失。d.勻質性良好：所配混凝土有非常好的流動性，容易澆注和密實，適用于自流平、自密實混凝土。e. 生產可控性：可通過對聚合物分子量、側鏈的長短、疏密及側鏈基團種類的調整來調節(jié)該系列減水劑的減水率、保塑性和引氣性能。f.適應性廣泛：對各

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.減水機理聚羧酸高性能減水劑是運用分子結構設計原理，以DLVO電荷排斥理論和空間位阻效應理論為基礎，將帶有不同功能的活性基團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，最終使混凝土產品的綜合性能得到質的飛躍。2.優(yōu)良的性能2.1 減水劑的勻質性分析表1 聚羧酸系減水劑的勻質性指標PH值堿含量（%）氯離子（%）782.00.01檢測項目1234含固量（%）91.792.095.094.1流動度（mm）195190175230氯（C1-）含量（%）1.82.02.380.45硫酸鈉含量（%）19.122.02.3516.5表2 國產萘系高效減水劑勻質性指標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-骨料反應的主要因素之一，而由于堿-骨料反應導致混凝土工程損毀的案例在國內外屢見不鮮。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了堿-骨料反應，后者在建成后5060年發(fā)生了堿-骨料反應?；炷林袎A主要來源于水泥、粉煤灰、減水劑等原材料。世界上對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30%，大多數維持在10%左右，氯離子含量一般在0.3%以上，有的產品甚至更高。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，在生產中只需極少量氫氧化鈉來調整其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，聚羧酸系減水劑對水泥水化熱歷程的調控作用較強

7、。由于吸附與空間位阻效應，聚羧酸系減水劑阻礙了水泥顆粒中離子的釋放，進而延緩水化反應的進行。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、聚羧酸系減水劑對水化熱的影響 圖 2 萘系、聚羧酸系減水劑對水泥漿體電阻率的影響聚聚圖2描述了萘系、聚羧酸系對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，推遲進入誘導期的時間，并且延長誘導期；誘導期結束后，促進結構形成。水化反應初期，由于聚羧酸系減水劑對水泥的高分散性，促使水泥粒子分散，促進了初期水化反應，其后由于其初始水化物膜的增厚及其空間

8、位阻效應，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，結構形成期及穩(wěn)定期電阻率變化較小，水泥漿體在較長時間內保持塑性狀態(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、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，這樣對于底部混凝土的水化溫升能起到一定的效果，但對于中上

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外溫差不超過25，但在混凝土內部由于冷卻管的作用，肯定存在溫度梯度，是否會引起溫度裂縫，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 早強效應新型聚羧酸減水劑一般會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作用，能促進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官能團很容易與金屬離子形成共價鍵，發(fā)生絡合，與金屬離子形成較為穩(wěn)定的絡合物。這些絡合物在溶液中形成了許多可溶區(qū)，從而提高了水化產物的擴散速率。由于絡合物的形成，這在水化初

10、期必然會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，與石膏的反應也會加快，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C3S水化。這樣就會在水泥漿硬化前基本完成體積膨脹因而對硬化后的水泥的致密性和抗壓強度的提高(尤其是早期強度)是極有利的。另外，絡合物的生成，使液相中Ca(OH)2介穩(wěn)過飽和度的提高，會更加有效地阻止C3A水化初期形成疏松結晶的趨勢，從而提高了水泥石的致密性和強度。2.4減水性能分析圖3萘系減水劑對水泥凈漿流動度的影響 圖4聚羧酸系

11、減水劑對水泥凈漿流動度的影響圖3、圖4描述了萘系、聚羧酸系減水劑摻量對水泥凈漿流動度的影響。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）。從圖中可以看出，萘系減水劑摻量為0.6時，流動度為180mm，一小時后為140，當摻量為1時流動度為260mm，一小時后為245mm；而聚羧酸系減水劑摻量為0.2%時，流動度已經達到280mm，一小時基本不損失，當摻量為0.3%時，流動度可達300mm以上，一小時稍微增加。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）、高分散性和優(yōu)良的分散保持性等優(yōu)點。圖5可以看出，20濃度

12、的KH聚羧酸減水劑摻量為1%時，減水率27左右，摻量為1.5時，減水率高達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，人們對居住環(huán)境提出了更高的要求。民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范國家標準自2001年11月發(fā)布以來，室內環(huán)境污染控制工作逐步實現正?；覂拳h(huán)境污染狀況得到初步控制。4年多的實踐和不斷發(fā)展的形勢對規(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完成，并于2006年4月10日經建設部批準發(fā)布。新版規(guī)范必將在控制室內環(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)范中明確提出了關于混凝土外加劑測甲醛問題。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大于每千克0.5克，測定方法應