1、反应性高分子高效保塑减水剂研究2006 年第 2 期(总第 196 期)Numb2in2006(TotalNo.196)混凝土Concrere全国中文核心期刊TheCoreJournalofChina反应性高分子高效保塑减水剂研究李志明,张晓杰(山东建筑工程学院土木工程学院,山东济南 250014)摘要OLT 反应性高分子高效保塑减水剂是利用正交试验方法优化得到的新型保塑减水剂,可以缓慢释放高分子减水剂,并可通过阴离子吸附膜及由氢键缔合产生的水膜有效控制坍落度损失.【关键词】正交试验;保塑减水剂;复合叠加效应;阴离子吸附膜中图分类号TU528.042.2c 文献标识码A文章编号10023550
2、(2006)020081一 o3Reactivehighmoleculesuperplastiewater-reducingagentLIZhiruing,ZHANGXiao-jie(Dept,ofCivilEngineering,ShandongInstituteofArchitectureandEngineering.Jinan250014,China)Abstract:OLTreactivehighmoleculesuperplasticwater-reducingagent,optimizingbytheorthogonaldesignexpeHmerit,canslowthespee
3、dofreleasinghighmoleculesuperplasticizer,andcaneffectivelycontroltheslumplossinconcretethroughnegativeionsuckfilmandwater-membranebythehydrogenbond.Keywords:orthogonaldesignexperiment;superplasticwaterreducingagent;compoundreplicatingeffect;negativeionsuckfilm1 前言 2 主要原理及合成过程随着我国建筑经济的快速发展,高层建筑 Et 益增
4、多,高强,高性能商品泵送混凝土应用越来越广泛,特殊的施工条件对混凝土性能也提出了更高要求,特别是在夏季高温条件下混凝土坍落度损失问题.目前解决坍落度损失,从外加剂本身而言有三种方法,一种是物理复合法,即通过掺加缓凝剂,引气荆和高效减水剂等物理复合解决坍落度损失问题,这种泵送剂往往在常温,较短时间(2 个小时内)比较奏效,否则早期强度将会受到影响;第二种方法是将缓凝型外加剂,高效减水剂及高性能载体制造成粒状载体,掺入混凝土拌合物中逐步释放.从而达到减少坍落度损失的功能,其缺点是粉剂在搅拌站添加不方便.不便于计量,浪费人力,物力,搅拌不均,搅拌时间长,在搅拌站推广不开;第三种方法则是反应性高分子高
5、效保塑减水剂,这种减水剂是通过高分子在碱性介质激发下发生水解反应,徐徐释放出水溶性的羧酸型水解产物分散剂使坍落度维持在相当水平,其特点是减水率较低,坍落度损失小,但和高效减水剂复合使用能达到最佳效果.其复合叠加效应能满足较高温度,较长时间的坍落度保持问题.本研究反应性高分子高效保塑减水剂是一类高分子分散剂,其分子中含有酰基,羧酐基,酸基等官能团,研制的丙烯酸,马来酸酐,苯乙烯的三元共聚物,具有一定反应性,分子链具有一定的支化结构,跟高效减水剂复合使用是一种新型高效保塑减水剂.经过化学及物理反应制成高分子高效保塑减水剂,在控制搅拌混凝土坍落度损失和提高硬化 7 昆凝土强度等方面都有显着效果.收稿
6、日期】200510102.1 主要反应将马来酸酐,蒸馏水,硫酸钾,丙烯酸,苯乙烯等按照一定比例和控制温度,程序进行一系列化学反应,得到产物为浅黄色溶液,主要产物是含酸酐基的高分子三元共聚物.取出并做红外光谱测试.2.2 红外光谱测试根据红外光谱图,分析如下2.2.1 在 3040cm.1500cm,1600cm 附近有吸收峰 ,则说明结构中舍有苯环.这也就是说,苯乙烯已发生聚合,高分子链段中含有苯乙烯链段.2.2.2 由于 1680cm.1620em 为碳碳双链的特征吸收带.而在谱图中这区域没有吸收峰.说明碳碳双链已经全部打开.即反应很完全.2.2.3 在 3041cm-1 和 1700emI
7、1 处有吸收峰,说明分子中含有酸酐基.而在 1860cm.,800cmI1 范围内没有吸收峰 ,说明?81-分子不舍酸酐基团综上所述以红外光谱图中分析可知,丙烯酸,马来酸酐,苯乙烯的双链都已打开,三者发生了聚合反应,生成了三元共聚物.生成的该种高分子减水剂,其减水作用有限,需再与其他高效减水剂复配使用在叠加效应作用下有效的控制混凝土的坍落度损失.3 高分子反应性高效保塑减水剂制备首先选择一种基准混凝土配合比,将四种不同的外加剂按三个水平制成九组配方,按基准混凝土配合比搅拌并分别加入混凝土拌合物中,测试坍落度损失值,采用正交试验方法试验方案及结果见表 1.试验结果表明无论是从 120rain 初
8、始坍落度值或者坍度损失结果来看,最优组合 A3B2C3D3,即加入 0.3%A 高分子反应性减水剂,0.04%B,0.15%C 和 0.5%D 高效减水剂,在控制混凝土坍落度损失方面效果比较好.表 1 正交试验方案及测试结果坍落度值/cm 损失加剂 A/%B/%C/%D/%O120min 分析萨予上1“1111711233/em1(1)0.1(1)O.02(3)O.15(2)O.416.57.88.79.08.58.O2(2)O.2(1)O.02(1)O.05(1)0.313.56.47.86.87.06.53(3)O.3(1)O.02(2)O.10(3)O.522.O19.721.O20.8
9、20.51.54(1)O.1(2)O.04(2)O.10(1)0.311.01.81.82.42.09.05(2)O.2(2)O.04(3)O.15(3)O.520.016.815.615.616.O4.O6(3)O.3(2)O.04(1)O.05(2)O.420.018.219.O18.318.51.57(1)O.1(3)O.06(1)0.05(3)O.518.56.87.68.17.511.O8(2)O.2(3)O.06(2)O.10(2)O.417.512.211.011.311.56.09(3)O.3(3)O.06(3)O.15(1)O.316.515.516.O15.O15.51.O
10、表 2 试验结果分析=ABCD1/3=ABCD一KI18.O36.033.024.5KI6.012.011.O8.2一120rain 坍 K234.536.534.038.5K211.512.211.312.8一落度保留值 54.534.540.044.0K318.211.513.314.7R36.52.O7.O19.5R12.2O.72.36.5,K120.515.019.016.SKI6.75.06.35.S一坍落度 K216.514.515.515.5K25.54.85.55.2一损失值 K33.018.013.015.5K31.06.04.35.2R17.53.06.01.0R5.61
11、.02.00.3极差分析表明,对 120rain 坍落度值影响 A 最大,D 次之,对初始坍落度而言,则是 D 最大,A 次之;从坍落度损失值来看.也是 A 最大而 C 次之.这充分说明了反应性高分子减水剂在保塑方面起着极其重要的作用.表 3 的方差分析表明,对 120min 坍落度保留值 A,D 有非常显着影响.B 则被误差淹没,这说明坍落度初始值和保塑对坍落度终值都非常重要,这与极差分析结果一致.4 混凝土坍落度损失的测定选取 C60 级泵送混凝土试验配比.W/C;0.32,Sp=38%,砂子采用级配良好的中粗砂,石子采用级配良好的最大粒径 25ram 碎石,水采用洁净的自来水,水泥采用山
12、铝 501 厂普硅 42.5 水泥,按照标准试验方法制成 15cm15cm15cm的混凝土试块,分别为:(1)混凝土配料不变,空白试样;(2) 加入 0.9%的高效减水剂 D;(3)掺木钙,糖,柠檬酸及减水剂-82-0.9%;(4)加入最优组合 A3B3C2D3 优化外加剂 0.9%.测定坍落度损失,其结果是表 4.表 4 中可以看出,相同掺量的外加剂的初始坍落度基本相等,是因为其高效减水组分的有效成份高,但坍落度损失不同,高效减水剂 D 初始坍落度虽然很高,但坍落度损失快 ,相同掺HX 初始坍落度相近,但坍落度损失不如 OLT 小,OLT 反应型高分子保塑剂在 30min 时,坍落度和初始值
13、相比反而有所增大,这表明高效减水剂的有效成份和高分子反应型减水剂的缓凝减水作用都是坍落度控制的关键.5OLT 高效保塑减水剂性能:OLT 高效保塑减水剂性能见表 4.将 OLT 高效保塑减水剂按照国家标准进行检测,各项性能指标见表 5.其结果表明 OLT 符合高效保塑减水剂的要求.表 3 方差结果分析表 4 掺不同减水剂混凝土坍落度损失表 5OLT 高效保塑减水剂性能试验项目一等品性能指标检验结果坍落度增加值 cm1223常压泌水比/%10032.7压力泌水比/%9575含气量/%3.O2.560min1022.O坍落度保留值 cm120min20.03d1301507d125135抗压强度比
14、28d12013090d100120收缩比/%90d120100氯离子古量/%O.O20.002总碱含量/%O.3O.12对钢筋锈蚀作用无锈蚀无6OLT 高效保塑减水剂的作用原理反应性高分子减水剂的高分子链上带有酸酐基等官能团高分子聚合物.这些基团在混凝土碱性介质中发生水解,从不溶于水的高分子逐渐溶解变成水溶性具有减水作用的高分子分散剂;这是一种在混凝土中介于化学作用而缓慢释放的减水剂;水解发生在颗粒表面,因此溶解过程需要一定的时间 ,酸酐基团是亲水基团,考虑到反应性高分子的释放速度;经与水泥的水化速度相适应,因此在分子链中要同时具有亲水基和憎水基.以调节其释放速度.研究表明,反应性高分子减水
15、剂控制坍落度损失的有效性主要取决于两个因素,首先是高分子物质本身的分散性,这决定与高分子的结构,高分子链中亲水和憎水基团的摩尔比,适当的摩尔比能有效地防止新拌混凝土的物理和化学凝聚.其次是合适的释放速度使它与水泥的水化速度相适应.影响释放速度的因素有分子量及其分布粒径,分子中亲水和憎水基因的摩尔比等.尽管反应性高分子保塑减水剂单独使用减水率并不高,大约在 15%左右,但同萘系减水剂复配使用时,其复合叠加效应能显着增大混凝土流动性,有效的控制坍落度损失,这是因为在主链中引入能有效控制坍落度损失的酸酐基团,它在混凝土碱性条件下能逐步水解,释放出羧基.另外丙烯酸或其盐的链节在混凝土介质中成为负离子并
16、吸附在水泥颗粒的表面,增加了水泥表面的电荷,能阻止水泥的物理凝聚,使体系的稳定时间较长.同时这层阴离子吸附膜及由氢键缔合产生的水膜能阻碍水泥颗粒与水分子间的进步接触.因而能起到润滑和缓凝作用,使混凝土坍落度随时问的延长减小不大,从而使坍落度损失得到有效控制.7 结论7.1OLT 反应性高分子保塑缓凝减水剂具有高效缓凝,保塑,减水的功能,可实现高温度下的商品混凝土长距离运输问题.7.2OLT 反应性高分子保塑缓凝减水剂具有高减水率和高保塑功能是反应性高分子与高效减水剂复合叠加效应的结果,可制备 C50C80 高强高性能保塑混凝土.7.3OLT 反应性高分子保塑减水剂其主要作用机理是在碱性环境作用下通过化学反应缓慢释放减水剂,羧基.并通过阴离子吸附膜及由氢键缔合产生的水膜能阻碍水泥颗粒与水分子间的进一步接触,从而有效控制坍落度损失.【参考文献】1冯浩,朱清江 .混凝土外加剂工程应用手册M.北京:中国建筑工业出版社,1999.2.2潘祖仁.高分子化学 M,北京:中国化学工业出版社,1982.【3赵国玺 .表面活性剂化学【M.北京:北京大学出版社.1984,【作者简介】单位地址联系电话】李志明,1963 年生.男.山东建筑工程学院副教授,1995年毕业于天津大学,工学硕士学位,主要研究方向:高强与高性能混凝土.济南市和平路 47 号(250014)139O6415379?83?
