淺談砂石材料對(duì)外加劑減水性能的影響

1、淺談砂石材料對(duì)外加劑減水性能的影響1混凝土外加劑隨著社會(huì)的進(jìn)步，各行各業(yè)對(duì)混凝土的質(zhì)量要求不斷的提高，對(duì)外加劑的應(yīng)用和發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。外加劑的品種不斷地開發(fā)增加，外加劑性能和質(zhì)量也不斷的提高，尤其是使用了第三代聚羧酸減水劑對(duì)混凝土工作性能的提高尤為突出，近幾年在混凝土中的應(yīng)用已達(dá)到60%90%。2聚羧酸減水劑減水作用的機(jī)理2.1聚羧酸分類因聚羧酸具有優(yōu)秀的性能，在近幾年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，如今市場(chǎng)上有近百種不同化學(xué)成分的聚羧酸系減水劑，大致為四類：第一類為甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物，也稱聚酯型聚羧酸減水劑；第二類為丙烯基醚共聚物，又稱聚醚型聚羧酸減水劑第三類為酰胺/亞酰胺型聚羧酸聚合物

2、；第四類為兩性聚羧酸減水劑，也稱聚酰胺聚乙烯乙二醇支鏈型減水劑。2.2聚羧酸減水機(jī)理聚羧酸系減水劑，是一種陰離子表面活性劑，能與水泥顆粒吸附，聚羧酸分子是靠帶負(fù)電荷的羧基與水泥顆粒表面的正電荷鈣離子通過靜電吸附在一起。聚羧酸分子可以利用側(cè)鏈上的直鏈分子空間位阻效果阻止水泥絮凝在一起。從聚羧酸分子結(jié)構(gòu)上看，其聚氧乙烯側(cè)鏈與磺酸基、等側(cè)基形成梳裝分子，主鏈上的羧基、磺酸基等陰離子基團(tuán)通過吸附水泥熟料表面產(chǎn)生雙電層而產(chǎn)生排斥力，阻止水泥熟料分子靠近，并有較好地潤(rùn)滑作用，使水泥漿體體系處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，水泥漿體系的分散效果較為明顯。質(zhì)量分子側(cè)鏈基團(tuán)具有較強(qiáng)的顯陰性基團(tuán)能夠較好地與水泥熟料結(jié)合后再與水分

3、子形成氫鍵史分散系穩(wěn)定。通過以上分析，在混凝土中加入聚羧酸減水劑后，分散的聚羧酸通過側(cè)鏈官能團(tuán)與水解的水泥熟料分子相互作用，在水泥漿體系中通過靜電斥力和空間位阻、吸附、鈣的絡(luò)合作用、磺酸基的絡(luò)合綜合作用使水泥混凝土漿形成一個(gè)復(fù)雜且穩(wěn)定的膠體物質(zhì)。2.3聚羧酸減水劑在使用過程中存在的問題聚羧酸系減水劑在使用過程中有很多優(yōu)點(diǎn)，但其在工程應(yīng)用中的一些問題，可以概括為以下幾個(gè)方面：聚羧酸系減水劑減水效果對(duì)混凝土原材料和配合比的依賴性大、減水效果對(duì)減水劑摻量非常敏感、配制的混凝土拌合物的性能對(duì)用水量非常敏感、配制的大流動(dòng)性混凝土容易分層離析、聚羧酸系減水劑與其他減水劑及外加劑的相溶性差，無疊加作用效果、

4、聚羧酸系減水劑略呈酸性及其可能的問題、技術(shù)深度和產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性值得關(guān)注。鑒于此，我們?cè)谶@里僅對(duì)聚羧酸系減水劑減水效果對(duì)混凝土原材料和配合比的依賴性大，尤其是砂石料對(duì)聚羧酸性能的影響這一缺點(diǎn)進(jìn)行研究。3砂石材料質(zhì)量對(duì)摻外加劑混凝土的影響3.1砂石材料含泥量對(duì)聚羧酸減水劑的影響3.1.1不同含泥量砂石材料對(duì)聚羧酸減水劑減水效率的影響總所周知，聚羧酸是高分子合成的有機(jī)高聚物材料，其聚羧酸分子主鏈上具有羧基、聚氧乙烯、磺酸基、氨基等高活性的基團(tuán)組成的梳狀結(jié)構(gòu)，其在混凝土中起著非常重要的作用，同時(shí)這些官能團(tuán)能與水或水泥熟料結(jié)合形成長(zhǎng)短不一的分子鏈，形成錯(cuò)落的空間位置，并帶有一些極性，形成靜電斥力，在這

5、些綜合作用下使得聚羧酸具有較強(qiáng)的減水功能，而這些減水功能是否有效的發(fā)揮還取決于砂石料的含泥量(小于0.075mm的顆粒)，于是為了解砂石材料含泥量對(duì)聚羧酸減稅性能的影響，我們用不同含泥量的砂拌制摻聚羧酸減水劑的混凝土進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法GB80772012的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。(1)砂細(xì)度模數(shù)2.7(2)礫石采用二級(jí)級(jí)配4.75mm9.5mm占40%，9.5mm19mm占60%(3)水泥采用標(biāo)準(zhǔn)水泥310kg(4)砂率38%(5)目標(biāo)坍落度80mm(6)聚羧酸摻量2%分別拌制砂含泥量為1.0%、2.0%、2.5%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%的混凝土觀察坍落度的變化

6、試驗(yàn)結(jié)果見表1、圖1、圖2?？梢钥闯觯?1)混凝土要達(dá)到目標(biāo)坍落度80mm，用水量隨含泥量增減而增加；(2)混凝土土需水率隨著含泥量增加的突變點(diǎn)在含泥量3%時(shí)；(3)坍落度經(jīng)時(shí)半小時(shí)損失隨含泥量的增加而減少；(4)坍落度經(jīng)時(shí)半小時(shí)損失在3%含泥量時(shí)發(fā)生量突變。3.1.2含泥量對(duì)聚羧酸外加劑減水率影響的分析(1)首先對(duì)聚羧酸減水原理的分析靜電斥力作用其靜電斥力主要來源于羧基、磺酸基在聚羧酸分子結(jié)構(gòu)上形成的梳狀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的吸附力，由于羧基、磺酸基這兩個(gè)官能團(tuán)屬陰離子官能團(tuán)，能夠吸附水泥熟料而在表層形成雙層靜電斥力，阻止水泥熟料靠近，此外聚羧酸通過吸附作用在水泥熟料形成一層膜狀結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了分子結(jié)構(gòu)之間

7、的潤(rùn)滑作用，使得水泥混凝土漿體能形成流動(dòng)性較好且穩(wěn)定的漿體?？臻g位阻作用聚羧酸分子的側(cè)鏈長(zhǎng)短錯(cuò)落的梳狀結(jié)構(gòu)是聚羧酸分子形成空間位阻的主要來源，齊長(zhǎng)鏈主要由聚羧酸中醚與水中的氫離子結(jié)合氫鍵而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其與羧基、磺酸基形成的較短的分子鏈想成成端錯(cuò)落不齊，且又具有一定的空間距離，因而形成兩一定的空間距離，阻礙了個(gè)官能團(tuán)之間的相互靠近，從而形成了空間位阻結(jié)構(gòu)。也使得混凝土漿體內(nèi)部的水化得到了一定的延緩，同時(shí)也有利的混凝土保持友好的流動(dòng)性。吸附作用聚羧酸加入水泥混凝土后其官能團(tuán)具有強(qiáng)大的吸附作用，能夠吸附小的顆粒，能形成包裹作用，對(duì)混凝土中小顆粒的物料起到叫喊的分散作用，因而使混凝土具有較好的

8、流動(dòng)性。(2)砂石料含泥量對(duì)聚羧酸減水效果的影響分析對(duì)水泥熟料吸附作用的抵消當(dāng)水泥混凝土中砂石料含有較多的細(xì)小顆粒含泥量高(小于0.07mm)，這些顆粒甚至比水泥顆粒還小，聚羧酸分子中的官能團(tuán)就會(huì)有很大一部分與這些細(xì)小顆粒相結(jié)合，減少了對(duì)水泥熟料的吸附和包裹作用，增加了水泥熟料顆粒之間相互接觸，加劇了水泥分子水化作用，易產(chǎn)生絮凝。減少混凝土中自由水分子由于0.075mm顆粒對(duì)水分子也具有強(qiáng)大的吸附作用，使得一部分水分子與0.075mm顆粒的水分子結(jié)合，減少了水泥混凝土中自由水分子，減少了水泥熟料被水分子包裹的數(shù)量，降低水泥混凝土的流動(dòng)性。抵消空間位阻作用由于小于0.075mm顆粒具有較大的比表

9、面結(jié)，能夠較好地與聚羧酸官能團(tuán)形成吸附作用，所以水泥熟料得以大量的剩余、聚集，加快了水泥分子的接觸與碰撞次數(shù)、加速了水泥的絮凝。3.2砂石料酸堿性對(duì)聚羧酸減水劑減水效率的影響3.2.1砂石料表面特征對(duì)聚羧酸減水劑減水效率的影響我國地大物博，山脈縱橫，地質(zhì)狀況復(fù)雜，在各種質(zhì)地因素作用下形成巖石、分分化形成天然砂石料，在工程實(shí)際應(yīng)用過程中往往使用破碎碎石以及機(jī)制砂，由于，工程所用砂石料形成的方式不同，其表面特征外觀形態(tài)變化也很大。為了解其表面特征對(duì)聚羧酸減水劑減水性能的影響，我們采用了相同級(jí)配、相同粒級(jí)組成的砂石料，與相同水泥、相同的聚羧酸減水劑、相同的水泥用量進(jìn)行混合料的拌和進(jìn)行了試驗(yàn)：(1)采

10、用原材料機(jī)制砂、河砂細(xì)度模數(shù)2.7碎石、礫石采用二級(jí)級(jí)配475mm9.5mm占40%，9.5mm19mm占60%水泥采用標(biāo)準(zhǔn)水泥310kg砂率38%目標(biāo)坍落度80mm聚羧酸摻量2%(2)混合拌和情況見表2。從表2可以看出相同級(jí)配、相同粒級(jí)的卵石、河砂需水率較少，相同級(jí)配、相同粒級(jí)的碎石、機(jī)制砂需水率較大；相同級(jí)配、相同粒級(jí)的卵石、河砂拌制的混凝土經(jīng)時(shí)半小時(shí)坍落度損失較小，相同級(jí)配、相同粒級(jí)的碎石、機(jī)制砂拌制的混凝土經(jīng)時(shí)半小時(shí)坍落度損失較大。(3)原因分析因碎石、機(jī)制砂表面粗糙，比表面積大，對(duì)水、外加劑等吸附性較大，相對(duì)增加了水泥熟料的自由基的含量，從而部分打破了聚羧酸官能團(tuán)吸附作用形成的空間位

11、阻效應(yīng)。所以用水量會(huì)有所增加。同時(shí)由于吸附于碎石上的聚羧酸數(shù)量較多，致使在水泥漿體系中通過靜電斥力和空間位阻、吸附、鈣的絡(luò)合作用、磺酸基的絡(luò)合綜合作用有所減弱。3.2.2砂石料的酸堿性對(duì)對(duì)聚羧酸的減水效率的影響由于我國地域遼闊，砂石料種類繁多，化學(xué)成分變化較大，因而對(duì)聚羧酸的減水效率的影響也較大，尤其是砂石料的酸堿性對(duì)聚羧酸的減水效率的影響，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)加以控制。為了研究砂石料酸堿性對(duì)聚羧酸的減水效率的影響我們進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。分別采用相同級(jí)配酸性砂石料和堿性砂石料拌制水泥混凝土。(1)原材料酸性與堿性細(xì)度模數(shù)2.7河砂各一份酸性與堿性礫石采用二級(jí)級(jí)配475mm9.5mm占40%，9.5m

12、m19mm占60%各一份水泥采用標(biāo)準(zhǔn)水泥310kg砂率38%目標(biāo)坍落度80mm聚羧酸摻量2%(2)混合拌和情況見表3。從表3可看出：相同級(jí)配、相同粒級(jí)的酸性砂石料于相同級(jí)配、相同粒級(jí)的堿性砂石料需水率相近；相同級(jí)配、相同粒級(jí)的堿性砂石料拌制的混凝土經(jīng)時(shí)半小時(shí)坍落度損失較小，相同級(jí)配、相同粒級(jí)的酸性砂石料拌制的混凝土經(jīng)時(shí)半小時(shí)坍落度損失較大。(3)原因分析聚羧酸溶于水各種官能團(tuán)基本都成陰性，帶負(fù)電荷，能與陽離子結(jié)合形成較為牢固的化學(xué)鍵，因此，能夠與堿性石料相互吸附形成較穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，致使在水泥漿體系中通過靜電斥力和空間位阻、吸附、鈣的絡(luò)合作用、磺酸基的絡(luò)合綜合作用有所增強(qiáng)。因此，堿性集料能夠提高聚

13、羧酸的減水性能。3.3砂石料中砂的級(jí)配粗細(xì)程度對(duì)聚羧酸減水性能的影響為了研究砂石料級(jí)配粗細(xì)程度對(duì)聚羧酸的減水效率的影響我們進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。分別采用相同級(jí)配的礫石和不同細(xì)度模數(shù)的砂拌制水泥混凝土進(jìn)行試驗(yàn)。3.3.1原材料(1)細(xì)度模數(shù)2.1與2.7河砂各一份；(2)相同規(guī)格、相同級(jí)配的礫石采用二級(jí)級(jí)配4.75mm9.5mm占40%，9.5mm19mm占60%各一份；(3)水泥采用標(biāo)準(zhǔn)水泥310kg；(4)相同砂率38%；(5)聚羧酸摻量2%；3.3.2混合拌和情況見表4。從表4可看出：相同級(jí)配、相同粒級(jí)的礫石當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)較小時(shí)，拌制的混凝土需水量增加，這說明聚羧酸減水性能有大幅的降低；相同級(jí)配、相同粒級(jí)的礫石當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)較小時(shí)，拌制的混凝土經(jīng)時(shí)半小時(shí)坍落度損失較大。這說明砂石粗細(xì)程度對(duì)聚羧酸混凝土的穩(wěn)定性和流動(dòng)性有較大影響。3.3.3原因分析聚羧酸溶于水各種官能團(tuán)基本都有較強(qiáng)的吸附作用，當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)較大時(shí)，比表面積增大，能夠與聚羧