聚羧酸減水劑中使用引氣劑的研究

1、-作者xxxx-日期xxxx聚羧酸減水劑中使用引氣劑的研究【精品文檔】陳峭卉 1，梁 暉 2，徐卓濤 3（1. 廣東省建筑材料研究院，廣東 廣州 510160；2. 中山大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東 廣州 510275；3. 江門市中建科技開發(fā)有限公司，廣東 江門 529040）摘 要： 研究、開發(fā)了一種多離子結(jié)構(gòu)的聚羧酸減水劑中使用引氣劑。簡(jiǎn)要介紹了它的合成工藝、分子結(jié)構(gòu)表征、對(duì)混凝土性能和結(jié)構(gòu)的影響。這種引氣劑摻量小、引入的氣泡泡徑小、配劑的混凝土和易性好、泌水少、對(duì)強(qiáng)度的降低小。已經(jīng)在上百萬立方米混凝土用聚羧酸和萘系減水劑中應(yīng)用。關(guān)鍵詞： 引氣劑；聚羧酸減水劑；混凝土0 引言引氣劑在我

2、國(guó)的混凝土工程中使用并不普遍，摻引氣劑的混凝土僅占混凝土總量的百分之幾，除了擔(dān)心引氣劑降低混凝土的強(qiáng)度外，缺少更多性能優(yōu)異、價(jià)格適宜的引氣劑可供選擇及由于引氣劑使用不當(dāng)致使效果不顯著，對(duì)提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性重視不足也是主要原因。美國(guó)、日本、加拿大、挪威等國(guó)家，在混凝土中普遍使用引氣劑，達(dá)到 70%80%。日本許多著名的高效減水劑都是添加了 AE 劑的引氣型超塑化劑。在混凝土工程中謹(jǐn)慎地使用一定量的引氣劑，能在新拌混凝土中產(chǎn)生一定量的微細(xì)圓形封閉氣泡，這對(duì)提高混凝土的均勻性、耐久性、抗?jié)B性、抗凍性都是十分有益的。尤其是預(yù)拌混凝土中使用性能優(yōu)異的引氣劑，可顯著提高塑性和硬化混凝土的各項(xiàng)性能，

3、而且還可以降低外加劑和混凝土的成本。優(yōu)良引氣劑的研究和應(yīng)用是我國(guó)混凝土及外加劑發(fā)展的需要和必然1。1 聚羧酸減水劑用引氣劑研究的必要性聚羧酸減水劑具有一系列萘系減水劑無法比擬的特性：極高的減水率、極少的摻量、與水泥較好的相容性、能配制高強(qiáng)混凝土、它配制的混凝土電通量小、耐久性高等。更由于其在生產(chǎn)過程中無廢氣、廢渣、廢液產(chǎn)生，生產(chǎn)過程的能耗較萘系減水劑低等特點(diǎn)，聚羧酸減水劑替代萘系減水劑是外加劑技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步的必然。但在聚羧酸減水劑使用過程中出現(xiàn)的一個(gè)技術(shù)難題是：幾乎所有萘系減水劑中使用的引氣劑都在聚羧酸減水劑中失效，像性能較好的皂甙引氣劑在聚羧酸減水劑中出現(xiàn)分層，不相容，無法達(dá)到增加混凝土和

4、易性、可泵性、抗?jié)B性等作用。如不添加引氣劑，聚羧酸減水劑配制的混凝土，雖然含氣量較高，但引入的氣泡較大、穩(wěn)定性能差，混凝土和易性得不到更大的改善。尤其在低等級(jí)、貧膠結(jié)料混凝土中問題更加突出，膠結(jié)料與骨料的黏聚性差、可泵性、抗?jié)B性差，無法滿足抗凍融性、抗海水、抗氯鹽、抗硫酸鹽的要求，甚至影響混凝土的耐久性。聚羧酸減水劑與一般引氣劑相容性差的主要原因可能是由于聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性造成的。聚羧酸減水劑不像萘系減水劑僅含-SO3-陰離子基因，聚羧酸減水劑中既有陰離子的羧基，又有非離子型的聚氧乙烯醚鏈因而和引氣劑的作用較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)相容性問題。國(guó)內(nèi)對(duì)聚羧酸減水劑用引氣劑的研究報(bào)道較少，可能是

5、聚羧酸減水劑在我國(guó)問世和應(yīng)用不久的緣故。Sika 公司引進(jìn)的一種用于聚羧酸減速水劑的引氣劑 Sika-air 與聚羧酸減水劑的相容性好，配制的混凝土含氣量較高。這種引氣劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的損失較少，這是它的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)。但它的摻量較大，因而使用的成本較高。研究、開發(fā)一種性能優(yōu)異、摻量小、適用于聚羧酸減水劑、性價(jià)比高的引氣劑是十分必要的。2 聚羧酸減水劑用引氣劑的研究“混凝土高性能聚羧酸減水劑用引氣劑的研究”項(xiàng)目由廣東省科學(xué)技術(shù)廳于 2007 年立項(xiàng)。經(jīng)過二年多時(shí)間的研究，合成了一種新型聚羧酸減水劑用引氣劑 HPS-III，這種引氣劑在萘系減水劑中同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。HPS-III 引氣劑已成功在

6、上百萬立方米混凝土用聚羧酸和萘系減水劑中應(yīng)用。2.1 主要原材料多羥基醛、含有醚基、羥基的羧酸化合物以及含有-SO3-基的化合物。2.2 反應(yīng)原理在合成塑化增強(qiáng)劑的研究基礎(chǔ)上確認(rèn)了 HPS-III 其反應(yīng)原理為：多羥基化合物在催化、氧化作用下生成多羥基羧酸的反應(yīng)是一個(gè)由液相、氣相（空氣中的氧）、固相（催化劑）共同作用的多相化學(xué)反應(yīng)，是一種放熱的氧化還原反應(yīng)，在催化劑的活性作用下，羥基化合物中活潑的-CHO 基不斷打開，被氧化形成-COOH 基，再與-O-R、-SO3-等基團(tuán)鏈結(jié)成一種多離子、多功能的 HPS-III 液體引氣劑2，加入穩(wěn)定劑、改善氣泡的穩(wěn)定性。2.3 HPS- III 引氣劑的

7、表征以分子設(shè)計(jì)的理論為基礎(chǔ)，對(duì)多批次的合成樣進(jìn)行了結(jié)構(gòu)測(cè)試、表征。根據(jù)基結(jié)構(gòu)特征，再來調(diào)整反應(yīng)條件，反應(yīng)物組成及用量。僅舉二例。圖 1 為合成樣的 NMR 氫譜，可以看到-OCH2-CH2-O-R-SO3-基等特征峰。圖 2 為另一批不同條件合成樣的 NMR 氫譜，可以看到不同含量的特征基團(tuán)。3 HPS- III 引氣劑的性能測(cè)試3.1 引氣劑氣泡性能的試驗(yàn)用 0.1%濃度及一定量的引氣劑在比色管中上下激烈搖動(dòng)一定次數(shù)測(cè)量其發(fā)泡高度、消泡時(shí)間是一種簡(jiǎn)易、直觀的方法，其測(cè)出的數(shù)據(jù)和引氣劑性能應(yīng)該有直接的相關(guān)性。但實(shí)際的觀察和測(cè)試數(shù)據(jù)往往差異很大，以致相關(guān)性受到質(zhì)疑。這主要是許多實(shí)際工作者把搖動(dòng)后

8、所有產(chǎn)生的氣泡作為考察的整體、去觀察和測(cè)量。實(shí)際上仔細(xì)觀察經(jīng)搖動(dòng)產(chǎn)生的氣泡是分為三層的，第一層是泡沫最下端有 12 cm 高度的極微細(xì)氣泡，這一層氣泡會(huì)迅速消失，其在混凝土中起主要作用。第二層是在第一層上部有35 cm 高度的稍粗一點(diǎn)的氣泡，這第二層氣泡也會(huì)較快消失和第一層氣泡一起對(duì)混凝土起重要作用。第三層是比色管最上端，泡徑較大雖然其數(shù)量也在不斷消減，但仍有少量氣泡長(zhǎng)期穩(wěn)定地懸浮在液體表面。把這三層氣泡作為整體、去觀察、測(cè)量是不正確的，因?yàn)樯倭刻卮髿馀菰谝后w中能長(zhǎng)時(shí)間地存在，但在混凝土中難以持久會(huì)迅速破裂。我們對(duì)氣泡性能的測(cè)試應(yīng)以考察第一、第二層氣泡的消泡時(shí)間、形態(tài)和泡徑才有較本質(zhì)的意義和較

9、好的相關(guān)性、可比性。發(fā)泡高度可以從產(chǎn)生的整體氣泡去觀察。不同引氣劑的起泡性能測(cè)定結(jié)果見表 1。從表 1 可以看出 HPS-III 的起泡性能與國(guó)外產(chǎn)品的性能接近，或更優(yōu)，消泡時(shí)間長(zhǎng)、泡沫細(xì)微。3.2 引氣劑與聚羧酸減水劑的互配性萘系減水劑中使用的多數(shù)引氣劑與聚羧酸減水劑互配性不好，在 20%濃度的聚羧酸減水劑中加 2的引氣劑試驗(yàn)結(jié)果如表 2。圖 1 合成樣的 NMR 氫譜HPS-III 引氣劑與聚羧酸減水劑的相容性優(yōu)異，互配性好。3.3 摻引氣劑的混凝土性能摻引氣劑混凝土性能試驗(yàn)是在聚羧酸減水劑和萘系減水劑中進(jìn)行。試驗(yàn)表明 HPS-III 引氣劑不僅在聚羧酸減水劑中而且在萘系減水劑中都有很好的性能表現(xiàn)。表 3、4 為部分試驗(yàn)結(jié)果。從表 3 可以看出：HPS-III 對(duì)聚羧酸減水劑的適應(yīng)性好，坍落度損失小，在摻量范圍內(nèi)幾乎不影響混凝土的強(qiáng)度，混凝土的泌水減少。在聚羧酸減水劑中以極低的摻量即可使混凝土達(dá)到較高的含氣量。其各方面性能均比 K12 等引氣劑優(yōu)異。在摻量 0.17%時(shí)已達(dá)到國(guó)外著名引氣劑 0.8%摻量時(shí)的各項(xiàng)性能。從表 4 也可以看出：HPS-III 對(duì)萘系減水劑同樣具有極好的適應(yīng)性。無論是減水率、坍落損失、對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響、混凝土的和易性、流動(dòng)性及泌水等都