砂石含泥量對(duì)聚羧酸高性能減水劑性能的影響

安照燕

摘 要：現(xiàn)階段大范圍使用的混凝土工程中，有效發(fā)揮聚羧酸減水劑的性能，可以使建筑的堅(jiān)固性加強(qiáng)。所謂聚羧酸高性能減水劑，主要是對(duì)泥成分有一定的吸附作用，而使用材料中的含泥量又與混凝土性能和質(zhì)量息息相關(guān)。文章旨在通過(guò)對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中加入不同泥成分來(lái)進(jìn)行控制變量的試驗(yàn)，進(jìn)一步提升混凝土抗壓強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：聚羧酸高性能減水劑；含泥量；混凝土工程；強(qiáng)度；性能

中圖分類號(hào)：TU528.042.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）28-0177-02

前言

聚羧酸高性能減水劑是我國(guó)減水劑行業(yè)主要利用的物質(zhì)，也代表未來(lái)發(fā)展方向。但不容忽視的是，聚羧酸高性能減水劑雖然具有高性能的減水作用，但由于它自身組成物質(zhì)的問(wèn)題，導(dǎo)致在使用過(guò)程中極易與混凝土原材料間發(fā)生沖突，造成難以避免的兼容性問(wèn)題，其中砂石的含泥量影響最為顯著，這也為后期著重與研究砂石含泥量與聚羧酸高性能減水劑的關(guān)系埋下了伏筆。

1 聚羧酸高性能減水劑基本概念解析

1.1 減水劑解析

減水劑從問(wèn)世以來(lái)總共經(jīng)歷了三次變化。最初減水劑種類較少，相應(yīng)的功能不豐富，減水能力也較差，主要是利用木質(zhì)素作為基本成分形成的，雖然有減水作用，但是收效甚微，不僅不能發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)延誤工期，造成大量的資源浪費(fèi)[2]。第二代的減水劑在第一代的基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)型，利用相對(duì)來(lái)說(shuō)較為成熟的工藝，利用氨基磺酸鹽等作為主要組成成分。經(jīng)過(guò)改良后的減水劑，整體上對(duì)混凝土工程施工過(guò)程中的力學(xué)性能有所提升，但是也存在一些小問(wèn)題，例如砂漿的流動(dòng)性差，混凝土的穩(wěn)固性較低。而且整個(gè)操作過(guò)程由于會(huì)有甲醛這一有害氣體散發(fā)，也是對(duì)操作人員生命安全的一種威脅，因而在近幾年的市場(chǎng)上不再具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。第三種就是現(xiàn)階段市面上流通最廣的聚羧酸高性能減水劑，其減水率可以達(dá)到25%以上，操作過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)危害環(huán)境和人體健康的物質(zhì)，高度符合我國(guó)關(guān)于發(fā)展高性能綠色材料相關(guān)精神。

1.2 聚羧酸高性能減水劑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于聚羧酸高性能減水劑對(duì)于水溶性高分子具有較強(qiáng)的吸附作用，其結(jié)構(gòu)即使復(fù)雜多樣，但也有據(jù)可循。一般來(lái)說(shuō)，聚羧酸高性能減水劑是由甲基丙烯酸或者烯丙基磺酸鹽與乙烯基類大單體甲基丙烯酸聚乙二醇酯等物質(zhì)結(jié)合在一起，通過(guò)自由基的作用形成的共聚物。其內(nèi)部特有的PEO側(cè)鏈由于體積較大，因而在實(shí)際的作用過(guò)程中能輕松與水泥顆粒發(fā)生作用，形成立體位阻效應(yīng)。在磺酸基、乙烯類小單體的作用下，聚羧酸高性能減水劑表面的活性物質(zhì)增多，使得混凝土的抗壓能力得到了有效的提升[3]。

1.3 聚羧酸高性能減水劑與水泥之間的相互影響

聚羧酸高性能減水劑與水泥之間的相互影響大多是由于內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)等組成成分之間發(fā)生反應(yīng)所造成的。而且在水化作用的前期過(guò)程中，聚羧酸高性能減水劑將游離的鈣離子結(jié)合起來(lái)，增大水泥顆粒和水的接觸面積，使其不斷吸附其他例子，從而對(duì)水分子起到一定的束縛作用，減少了水化反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。

1.4 聚羧酸高性能減水劑對(duì)砂石含泥量的作用原理

聚羧酸高性能減水劑對(duì)于實(shí)施含泥量的作用較為明顯，作用原理可以分為兩類，一類是靜電排斥理論，一類是空間位阻理論。其中靜電排斥理論則是由于靜電斥力在水中等液體條件作業(yè)的時(shí)候，將水泥顆粒進(jìn)行一定的分散，創(chuàng)造出大量的游離水，來(lái)改善混凝土的性質(zhì)。而空間位阻理論則是利用聚羧酸高性能減水劑中含有的陰離子與泥成分表面的顆粒進(jìn)行結(jié)合，形成一層具有一定厚度的薄膜，來(lái)增加分子與泥成分之間的排斥力。其中發(fā)揮作用的是聚羧酸高性能減水劑所含有的PEO側(cè)鏈，PEO側(cè)鏈在水中延展，使得泥成分顆粒的表面能夠產(chǎn)生立體吸附層來(lái)阻隔相應(yīng)顆粒物的聚集和沉淀。而且，PEO側(cè)鏈的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)于泥成分顆粒之間的分散作用就越大，整體與空間位阻呈現(xiàn)一種正相關(guān)的關(guān)系[4]。

2 相關(guān)試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)原材料選擇

（1）水泥：選取具有一定市場(chǎng)效應(yīng)的品牌水泥，保證其基本質(zhì)量和安全問(wèn)題，有效控制試驗(yàn)過(guò)程最后的效果。（2）礦渣粉：選取市面上常用的礦渣粉品牌。一般選擇比表面積為426m2/kg，密度為2860g/cm3，流動(dòng)度為106%的礦渣粉。（3）碎石：常用的碎石是金業(yè)石，緊密堆積密度1730kg/m3、表觀密度2760kg/m3，需要保證內(nèi)部的顆粒級(jí)別在15～25之間，在使用前期，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的清理工作，保證徹底風(fēng)干后再投入使用。（4）砂石：采取表觀密度2720kg/m3，細(xì)度模數(shù)為Mx=3.1的標(biāo)準(zhǔn)化砂石，在使用前期，也需要進(jìn)行相應(yīng)的清潔和風(fēng)干處理。（5）外加劑：主要是化學(xué)制劑，常用的是RAWY101聚羧酸外加劑，其PH值偏酸性，相應(yīng)的減水率和含固量較高，有助于形成良好的抗壓效應(yīng)。（6）粉煤灰：選取較為常用的品牌，保質(zhì)保量。

2.2 試驗(yàn)方法

（1）水泥膠砂性能試驗(yàn)

主要分為兩個(gè)部分，一種是膠砂強(qiáng)度性能試驗(yàn)，在遵循國(guó)家相應(yīng)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)前提下，保證所投入試驗(yàn)的砂漿，其內(nèi)部成分、物質(zhì)組成，相應(yīng)的流動(dòng)速度要合乎標(biāo)準(zhǔn)[5]。而且對(duì)于試驗(yàn)樣品在后期的維護(hù)過(guò)程中也要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)和處理。其二是砂漿減水率試驗(yàn)，主要是為了研究外加試劑，例如聚羧酸高性能減水劑等對(duì)于水泥內(nèi)部各個(gè)成分之間的離散度影響，當(dāng)然也是在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范允許的范圍內(nèi)進(jìn)行操作。

（2）計(jì)算公式

W=（P1-P2）/P1*100%。

其中P1是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下統(tǒng)一規(guī)定的適宜用水量。

P2是在使用聚羧酸高性能減水劑情況下實(shí)際的用水量。

3 試驗(yàn)操作過(guò)程

為了探究砂石泥含量對(duì)聚羧酸高性能減水劑性能的影響，試驗(yàn)中要將所準(zhǔn)備好的各種材料按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中要求的比例進(jìn)行配比。常用的比例如下：水泥：砂：石：水=466：586：1089：205。對(duì)于聚羧酸高性能減水劑的利用分別以2%以下較為適宜，一般采取控制變量法，分為四組對(duì)照試驗(yàn)，控制聚羧酸高性能減水劑的投入比例為0.5%、1%、1.5%、2%。在試驗(yàn)過(guò)程中，要保證控制水泥、砂石、水的基本比例相應(yīng)有規(guī)律的變化，才能投入不同比例的聚羧酸高性能減水劑進(jìn)行相互作用的研究。endprint

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 含泥量變化的不同對(duì)于混凝土抗壓作用的影響

通過(guò)最終的數(shù)據(jù)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含泥量在0.8%～2%這個(gè)區(qū)間的時(shí)候，聚羧酸高性能減水劑作用于混凝土后所形成的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著含泥量的增加呈現(xiàn)一定的波動(dòng)，總體是正相關(guān)的關(guān)系，但是曲線的曲率變化不大，態(tài)勢(shì)較為平緩。這樣表明在這一區(qū)間范圍內(nèi)，兩者之間的相互關(guān)系不大，作用力不夠大。這主要是因?yàn)槟喑煞謱?duì)于聚羧酸高性能減水劑和水分會(huì)有一定的吸附作用，當(dāng)泥成分較少的時(shí)候，它將理論上作用水的含量吸附起來(lái)，導(dǎo)致真正發(fā)揮試驗(yàn)的水含量減少，直接影響到了試驗(yàn)結(jié)果。

當(dāng)含泥量在2%～5%這一區(qū)間范圍內(nèi)，聚羧酸高性能減水劑形成混凝土的抗壓能力又會(huì)隨著泥含量的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而且整個(gè)態(tài)勢(shì)變化較大，曲線曲率變大，兩者呈現(xiàn)較為明顯的相互影響關(guān)系。這主要是因?yàn)楹嗔坎粩嗟脑黾樱瑢?duì)于聚羧酸高性能減水劑和水分的需求增多，而泥成分表面的顆粒容易與水作用形成薄膜，其內(nèi)部所含有的有機(jī)雜質(zhì)影響到了水化反應(yīng)，使得混凝土的抗壓作用發(fā)生影響。

4.2 聚羧酸高性能減水劑含量不同對(duì)混凝土抗壓作用的影響

在保證水泥：砂：石：水=466：586：1089：205不變的時(shí)候，聚羧酸高性能減水劑作用形成混凝土的抗壓性能與含泥量變化的曲線走向近似，整體會(huì)隨著含泥量的增多呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。主要是因?yàn)槟喑煞直砻骖w粒的增加，使得整體顆粒的表面積增加，就會(huì)在試驗(yàn)過(guò)程中大量吸收水分，而水分的控制是按照標(biāo)準(zhǔn)確定的，是理論上可以發(fā)生作用的水含量，這樣導(dǎo)致實(shí)際作用的水含量就會(huì)有所減少，不能夠達(dá)到預(yù)計(jì)的試驗(yàn)水平，影響結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)聚羧酸高性能減水劑中不同砂石含泥量的影響研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)砂石含泥量處于2%及以下情況時(shí)，兩者關(guān)系不明顯，不會(huì)影響整體混凝土的抗壓作用。但是當(dāng)含泥量大于2%的時(shí)候，含泥量越高，聚羧酸高性能減水劑對(duì)于混凝土作用后產(chǎn)生的抗壓作用就會(huì)不顯著，整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，在實(shí)際的施工過(guò)程中，有效控制聚羧酸高性能減水劑中的砂石含泥量在2%以下，將對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度起到一定的維持作用，為保障工程順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

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