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      高效减水剂的研究进展
        发布时间:2012-06-30  已阅 次  [大] [中]

      摘 要:重点叙述了高效减水剂的特点,研究和发展的状况。提出一些亟待深入研究的问题及高效减水剂的研究发展趋势。


      关键词:高效减水剂 综述 发展趋势

         减水剂是目前研究和使用最广泛的一种混凝土外加剂,外加剂已成为混凝土除水泥、砂、石以外的第五种组成部分[1]。减水剂属改善混凝土拌和物流变性能的外加剂之一,减水剂是在混凝土坍落度基本相同和不影响和易性条件下,具有减水、提高温度效果的外加剂;也有增大混合物的流变性或节约水泥用量的作用。在工程中使用减水剂的主要目的是减少砼用水量,降低水灰比,节约单方水泥用量,并改善其和易性[2]。

         高效减水剂是一种能显著改善混凝土和易性和显著减少其拌和水量的一种化学外加剂,是新型建材支柱产业的重要产品之一。高效减水剂不但大大提高了 高强混凝土的力学性能,而且提供了简便易行的施工工艺[3]。19世纪法国出现钢筋混凝土,实现了混凝土技术的第一次飞跃。1928年法国E.Freyssint发明的预应力混凝土技术,实现了混凝土技术的第二次飞跃就是各种高性能减水剂的问世是对混凝土技术的又一次重大突破[4]?梢运蹈咝Ъ跛恋挠τ靡殉晌炷良际醴⒄沟囊桓鲋匾锍瘫甗5]。

      1 减水剂的分类:目前主要有普通减水剂和高效减水剂

      1.1 普通减水剂

         又称塑化剂,要求减水率≥5%,龄期3—7d的混凝土的压缩强度提10%,28d强度提高5%以上。普通减水剂主要有这几类:木质素磺酸盐及其衍生物;高级多元醇—糖蜜;羟基酸及其盐。

      1.2 高效减水剂

         又称超塑化剂,能大幅度减少用水量和提高新拌混凝土的和易性。要(GB8076-87“混凝土外加剂”)减水率≥10%,龄期1Dr混凝土强度提高30%以上,3d强度提高25%以上,7d强度提高20%以上,28d强度提高15%以上[6]。

         高效减水剂主要有这几种[7]:萘磺酸甲醛缩合物减水剂;三聚氰胺系减水剂;氨基磺酸盐减水剂;羧酸盐接枝共聚物减水剂;脂肪酸系减水剂;聚苯乙烯磺酸盐减水剂。

      2 高效减水剂:主要品种有萘磺酸甲醛缩合物减水剂;氨基磺酸系高效减水剂;聚羧酸系高效减水剂

      2.1 萘磺酸甲醛缩合物减水剂

      2.1.1 萘磺酸甲醛缩合物减水剂的性质

         萘磺酸甲醛缩合物减水剂简称萘系减水剂,它是一种化学合成产品。是由精萘或工业萘制成的一种萘系高效减水剂。其主要成分是萘磺酸甲醛缩合物,它是一种极性分子,其中的磺酸基是强亲水基团[8-9]。它是由萘用浓硫酸磺化得到β-萘磺酸。然后与甲醛缩合,再用苛性钠中和就得到萘磺酸钠甲醛缩合物[6]。

         萘系减水剂是目前国内生产量最大,使用最广的高效减水剂。它的特点是:减水率较高、不引气。水泥适应性好与其它高效减水剂相比价格相对便宜,与各种外加剂复合性能好?捎糜谂渲聘咔、高性能混凝土。它存在的主要问题是坍落度经时损失较大,混凝土有些发粘。

      2.1.2塌落度损失大的原因及对策

      2.1.2.1原因

         坍落度损失的原因,首先在于水泥是一种具有水化活性的物质,减水剂的加入有可能加速水泥的初期水化进程;其次,水泥颗粒对减水剂的强烈吸附,会使液相中减水剂的有效浓度降低,ζ电位不断下降[9]。

      2.1.2.2降低萘系减水剂塌落度损失的方法

         降低萘系减水剂的塌落度损失方法一般有二种:一是复合其它外加剂,如缓凝剂;二是用分子设计的方法合成新的外加剂,在合成中与新的官能团共聚[10]。

      2.2氨基磺酸系高效减水剂

         氨基磺酸系高效减水剂(氨基芳基磺酸盐一苯酚一甲醛缩合物,简称ASPF)是一种非引气树脂型高效减水剂,属低碱型混凝土外加剂[11]。氨基磺酸系高效减水剂具有对水泥粒子的高度分散性,减水率高达30%;混凝土的耐久性好,并且有控制坍落度损失的功能;成本不高,且生产工艺简单。因此,是国内外当前最有发展前途的高效减水剂[12]。

      2.2.1氨基磺酸系减水剂一般由带磺酸基和氨基的单体,如氨基磺酸、对氨基苯磺酸、4-氨基萘-1-磺酸等化合物或其盐。与三聚氰胺、尿素、苯酚、水杨酸、苯磺酸、苯甲酸等一类的单体,其结构式上分别带有氨基、羟基、羧基、磺酸基等活性基团,通过滴加甲醛,在含水条件下温热或加热缩合而成[13]。

      2.2.2氨基磺酸系减水剂的缺点及改进

         氨基磺酸系减水剂的分子量太小时容易导致水泥浆体泌水,混凝土坍落度损失较快,但分子量太大时,减水分散性受到影响。在35-40%浓度条件下,可以合成分子量适中,分散性好,不会产生异常的泌水现象的减水剂。掺量要适中,掺量高时容易造成混凝土的泌水,离析与板结?朔被撬嵯蹈咝Ъ跛猎谒嗷炷林杏τ貌谒挠行揪妒怯胼料蹈咝Ъ跛粮磁涫褂。这样既能保持高的减水率,又能控制净浆流动度损失或混凝土坍落度损失,还不会产生泌水;炷僚浜媳戎胁羧敕惺刍蚋春舷阜垡彩墙饩雒谒挠行揪禰13-15]。

      2.3 聚羧酸系高效减水剂

         聚羧酸类高效减水剂(简称PC系列减水剂)具有超分散性能阻止混凝土塌落损失而且不引起明显缓凝,是目前国内外化学外加剂研究与开发的重[16]。聚羧酸系减水剂与不同水泥有相对更好的使混凝土具有高流动性,并且在低水灰比时具有低粘度和塌落度保持性能,所以它的应用推广很快[17]。

         在众多系列的减水剂中,聚羧酸类减水剂与其它高效减水剂相比,主要有这几个突出的优点[18]:低掺量(0.2-0.5%)而发挥高的分散性能;保坍好,90min内坍落度基本无损失;在相同流动度下比较时,延缓凝结时间较少;分了结构上自由度大,外加剂制造技术上可控制的多数多,高性能化的潜力大;由于合成不使用甲醛,因而对环境不造成污染;是一种绿色环保产品;与水泥和其它种类的混凝土外加剂相容性好;使用聚羧酸类减水剂可用更多的矿渣成粉煤灰取代水泥,从而降低成本。

         因聚羧酸系减水剂具有能多独特的优点2l世纪使用的重要外加剂将主要是聚羧酸系减水剂。

      2.3.1 聚羧酸类减水剂合成方法

         聚羧酸类减水剂的分子结构设趋向是分子主键成侧链上引入强极性基团羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳型结构。通过极性基与非极性基比例调节引气性,一般非极性比例不超过30%;通过调节聚合物分子量增大减水性,质量稳定性;调节侧键分子量,增加立体位阻作用而提高分散性保持性能。从文献看目前合成聚羧酸系减水剂所选的单体主要有四种:不饱和酸—马来酸酐、马来酸和丙烯酸、甲基丙烯酸;聚链烯基物质—聚链烯基烃及其含不同官能团的衍生物;聚苯乙烯磺酸盐或酯;(甲基)丙烯酸盐,酯或酰胺等。

      2.3.2 聚羧酸系减水剂还存在的缺点

         对聚羧酸系减水剂的合成,作用机理和应用等方向的研究都存在一些尚待进一步深入的问题:第一,由于减水剂大多数在水体系中合成,难以了解不同单体间复杂的相互作用;第二,表征对减水剂分子的方法存在局限性,尚不能清楚解释减水剂化学结构与性能的关系,缺乏从微观方面的研究;第三,虽然聚羧酸系减水剂与水泥的相容性比其它种类减水剂更好,但在混凝土流动性方面,当水泥和外加剂共同使用时,往往发生混凝土塌落度损失太快及快硬等现象,仍存在水泥和化学外加剂相容性问题,还未完全搞清减水剂是怎样工作的;第四,在使用高性能减水剂的混凝土中,当单位水量减少,塌落度增大时,常常发生以下问题:减水剂用量过大;混凝土粘性太大;出现离析泌水现象;泵送困难。

      3结语[19]

         随着国家对基础设施和住宅建设投资力度的加大,对混凝土的需求和性能要求逐年上升。同样对具有高减水率和高缓凝保坍性能的高性能减水剂的需求也不断增大,因此,从分子设计的角度研究单环芳烃型高性能减水剂和聚羧酸系高效减水剂。从高性能减水剂的合成结构与性能的关系。作用机理等方面进行深入系统的研究开发出具有更高减水能力及更高缓凝保坍性能的减水剂,以满足配制高性能混凝土的需要,无疑对我国的经济和社会发展有重要的意义。 (作者:郭丽芳 郭兰 张招贵 王志勇)

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