脂肪族羥基磺酸鹽縮合物高效減水劑的合成與應(yīng)用1

    摘　要　針對混凝土的坍落度損失問題，對緩凝劑進行優(yōu)選研究，發(fā)現(xiàn)一種纖維素類物質(zhì)，能夠降低混凝土的坍落度損失，且對早期強度的影響很小。

    關(guān)鍵詞　混凝土外加劑　坍落度損失　緩凝劑　早期強度　優(yōu) 選

    1　前　言

    目前，國內(nèi)高效減水劑的應(yīng)用越來越普遍，而最常用的品種仍然是萘系減水劑。這類減水劑 具有成本低、減水率高的優(yōu)點，但是坍落度損失問題比較嚴重，直接影響到減水劑的使用效 果，尤其是對于集中攪拌的商品混凝土。如何有效地控制坍落度損失，也是進一步推廣應(yīng)用 高效減水劑和開發(fā)混凝土新技術(shù)必須解決的一大問題。

    坍落度損失的原因，首先在于水泥是一種具有水化活性的物質(zhì)，減水劑的加入加速了水泥的 初期水化進程；其次，水泥顆粒對減水劑的強烈吸附，又使液相中減水劑的有效濃度很快降 低，ξ電位不斷下降。既然坍落度損失是由于水泥水化造成的，延緩水泥的水化進程必然能 夠改善坍落度保持效果；因此在減水劑中復(fù)合緩凝組份，是目前降低坍落度損失最經(jīng)典的方 法。但復(fù)合緩凝組份又帶來了新的問題，就是影響混凝土早期強度的發(fā)展。一般說來，1d、 3d強度均低于不摻緩凝組份的混凝土，7d以后強度才逐漸趕上。這將會嚴重影響下一步 工序的進行，是我們所不希望的。本文的目的，就是通過緩凝劑的優(yōu)選研究，既達到降低混 凝土坍落度損失的目的，又盡量減少對混凝土早期強度的影響。

    2　緩凝劑的結(jié)構(gòu)特征

    緩凝劑對水泥水化的作用機理尚未完全搞清，目前主要有吸附理論、絡(luò)合理論和沉淀理論等 。具有緩凝作用的物質(zhì)很多，既有有機的，也有無機的。無機緩凝劑包括硼砂、氧化鋅、磷 酸鹽和偏磷酸鹽等，它們的作用機理在于在水泥顆粒表面形成難溶性膜，阻礙水泥水化過程 。無機緩凝劑由于緩凝作用往往表現(xiàn)得不夠穩(wěn)定，因此不常使用。有機緩凝劑主要包括木質(zhì) 素磺酸鹽、羥基羧酸(鹽)、糖類及碳水化合物、多元醇及其衍生物等，其中多數(shù)是表面活性 劑，它們在延緩水泥水化的同時，還具有一定的分散作用。從分子結(jié)構(gòu)上來說，帶有羥基是 緩凝劑的突出特點，由于羥基的數(shù)量、位置的不同而表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。

    3　用于控制坍落度損失的緩凝劑的優(yōu)選研究

    含有羥基、具有緩凝作用的物質(zhì)很多。控制坍落度損失的緩凝劑，最理想的是既能夠顯著地 延緩初凝，而對終凝的影響要盡量地小，這樣才不至于影響混凝土早期強度的發(fā)展。也就是 說，用于控制坍落度損失的緩凝劑必須進行優(yōu)選。優(yōu)選的范圍不能僅局限于目前經(jīng)常使用的 是木質(zhì)素磺酸鹽和某些羥基化合物等，而且還要考慮到工業(yè)上生產(chǎn)、使用量大，來源廣泛。 按照以上的原則，從緩凝劑的結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，我們從眾多具有緩凝作用的物質(zhì)中選擇出木質(zhì) 素磺酸鹽、羥基羧酸(鹽)、纖維素等進行了試驗對比，主要考察坍落度的經(jīng)時變化及對早期 強度的影響。研究結(jié)果如下。

    3.1　木質(zhì)素磺酸鹽　

    木質(zhì)素磺酸鹽是一種緩凝型減水劑，是最早用于控制坍落度損失的外加劑之一。但是， 木質(zhì)素磺酸鹽的引氣性較強，摻量不宜過大，因而緩凝效果很有限；另外，木質(zhì)素磺酸鹽的 水泥適應(yīng)性較差，有時反而會增大坍落度損失。

    3.2　羥基羧酸(鹽)

    用作混凝土緩凝劑的羥基羧酸(鹽)主要有檸檬酸、葡萄糖酸鈉、酒石酸鉀鈉等。檸檬酸的摻量在0.05～0.1％時，對于控制坍落度損失具有較好的效果，且對3天強度影響不大，但1天強度降低仍較多。

    3.3　某種纖維素

    纖維素也是一種含羥基的化合物，由于其取代基、分子量的不同而有不同的品種。在減水劑 中復(fù)合合適的纖維素成分，不僅可以延緩混凝土的凝結(jié)，而且對改善大流動性混凝土的離析 和泌水有一定的效果。以下是我們的試驗結(jié)果：

    由表1、表2、表3可以看出，緩凝劑或緩凝型減水劑對控制坍落度損失都有較好的 效果，但是對混凝土早期強度的影響較大；而經(jīng)過優(yōu)選的某種纖維素成分基本上不存在此類 問題，其中的原因尚待進一步研究。采用以上研究成果，我們配制出 TS—2型泵送劑，經(jīng)省 建筑質(zhì)量檢測中心檢驗，全部指標均達到一等品標準。

    表1　　木鈣對混凝土坍落度損失和早期強度的影響

    外加劑摻量(%C) 坍落度的經(jīng)時變化(mm) 抗壓強度( MPa) 
    0min 30min 60min 1d 3d
    FDN 0.7% 180 120 80 4.7/100 12.9/100
    FDN 0.7%+木鈣0.15% 175 140 90 3.7/79 11.6/90
    FDN 0.7%+木鈣0.20% 180 160 100 3.1/66 11.4/88
    FDN 0.7%+木鈣0.25% 190 165 120 2.7/57 10.5/81

    注：考慮到木鈣本身的減水作用，隨木鈣摻量的增加再適當減水。

    表2　　檸檬酸對混凝土坍落度損失和早期強度的影響

    摻量(C%) 坍落度的經(jīng)時變化(mm) 抗壓強度(MPa) 
    0min 30min 60min 120min 1d 3d
    0 180 120  80 - 4.7/100 12.9/100 
    0.05 180 140 120  65 4.1/87 12.7/98 
    0.075 180 150 130 70 2.9/62 12.1/94 
    0.1 180 165 150 85 2.0/43 11.9/92

    表3　　某種纖維素對混凝土坍落度損失和早期強度的影響

    摻量(C%) 坍落度的經(jīng)時變化(mm) 抗壓強度(MPa) 
    0min 30min  60min 1d 3d
    0 180 120 80 5.0/100 17.4/100
    0.1 160 175 150 4.2/84 16.2/93
    0.2 175 175 170 4.6/92 17.2/99
    0.3 175 180 160 3.8/76 16.4/94

　4　結(jié)　論

    通過摻加緩凝劑的方法,延緩水泥的水化進程,是目前控制坍落度損失最有效的措施,但對混凝土的早期強度影響較大。本文在研究了坍落度損失的機理以及緩凝劑的結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的對比試驗找到一種纖維素類物質(zhì)，既能降低坍落度損失，且對混凝土早期強度 的不利影響很小。系統(tǒng)的檢驗證明，采用此類物質(zhì)配制的泵送劑，對混凝土早期強度的 影響遠低于通常使用的木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸（鹽）等類緩凝劑。