傅樂(lè)峰 馮中軍 馬臨濤 沈軍 林忠斌 俞明輝 鄭柏存
（1.上海三瑞高分子材料有限公司，上海，200237；2.華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海，200237）
（1.上海三瑞高分子材料有限公司，上海，200237；2.華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海，200237）
摘要:應(yīng)用回轉(zhuǎn)粘度計(jì)研究了甲基丙烯酸共聚物和馬來(lái)酸酐共聚物兩種聚羧酸超塑化劑對(duì)水泥漿體流變性能的影響。考察了水灰比、超塑化劑分子結(jié)構(gòu)以及摻量等影響因素。結(jié)果表明水泥凈漿的流變參數(shù)的變化比較好的符合了水泥凈漿工作性的變化。
關(guān)鍵詞：聚羧酸 超塑化劑 混凝土 流變性能
1、前言
新拌混凝土被認(rèn)為是一種Bingham流體[1]。混凝土流變學(xué)的研究主要集中在新拌混凝土的特性（即一般認(rèn)為的穩(wěn)定性和工作性）或硬化混凝土的性能（徐變和松弛等等）以及水泥凈漿流變學(xué)。[1-6]外加劑特別是高效減水劑對(duì)水泥漿體的流變性能有很大的影響[7,8]。目前關(guān)于這方面的研究，文獻(xiàn)報(bào)道主要集中在萘系、三聚氰胺等高效減水劑。對(duì)于聚羧酸超塑化劑對(duì)水泥漿體流變學(xué)的研究比較少。本文研究了甲基丙烯酸共聚物和馬來(lái)酸酐共聚物兩種不同結(jié)構(gòu)聚羧酸超塑化劑對(duì)基準(zhǔn)水泥漿體流變性能的影響?？疾炝怂冶取⒊芑瘎┓肿咏Y(jié)構(gòu)以及摻量等影響因素。
新拌混凝土被認(rèn)為是一種Bingham流體[1]。混凝土流變學(xué)的研究主要集中在新拌混凝土的特性（即一般認(rèn)為的穩(wěn)定性和工作性）或硬化混凝土的性能（徐變和松弛等等）以及水泥凈漿流變學(xué)。[1-6]外加劑特別是高效減水劑對(duì)水泥漿體的流變性能有很大的影響[7,8]。目前關(guān)于這方面的研究，文獻(xiàn)報(bào)道主要集中在萘系、三聚氰胺等高效減水劑。對(duì)于聚羧酸超塑化劑對(duì)水泥漿體流變學(xué)的研究比較少。本文研究了甲基丙烯酸共聚物和馬來(lái)酸酐共聚物兩種不同結(jié)構(gòu)聚羧酸超塑化劑對(duì)基準(zhǔn)水泥漿體流變性能的影響?？疾炝怂冶取⒊芑瘎┓肿咏Y(jié)構(gòu)以及摻量等影響因素。
2.1材料
2.1.1超塑化劑
（1）甲基丙烯酸共聚物（PCA）
甲基丙烯酸共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1，共聚物合成參考文獻(xiàn)9。共聚物中聚醚側(cè)鏈的平均長(zhǎng)度約16mol（n=16）,甲基丙烯酸占共聚物質(zhì)量的21%，通過(guò)GPC測(cè)得共聚物的重均分子量(Mw)平均值為18000，分子量分布(Mw/Mn)系數(shù)D=3.1。
圖1 甲基丙烯酸共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)
（2）馬來(lái)酸酐共聚物（PCM）
馬來(lái)酸酐共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖2，共聚物合成參考文獻(xiàn)10。共聚物中聚醚側(cè)鏈的平均長(zhǎng)度約為35mol（n=35），聚醚基單體占共聚物質(zhì)量的83%，馬來(lái)酸酐占共聚物質(zhì)量的15%，通過(guò)GPC測(cè)得共聚物的重均分子量平均值為15400，分子量分布系數(shù)D=4.7。
圖2 馬來(lái)酸酐共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)
2.1.2基準(zhǔn)水泥
由中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院提供，化學(xué)成分及物性見(jiàn)表1、2所示。
表1 基準(zhǔn)水泥化學(xué)分析及礦物組成
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
Na2Oeq |
LOSS |
f-CaO |
C3S |
C3A |
|
20.63 |
4.29 |
2.72 |
63.15 |
2.18 |
3.03 |
0.60 |
1.93 |
0.70 |
51.99 |
6.61 |
表2 基準(zhǔn)水泥物理性能
|
細(xì)度 |
比表面積 |
標(biāo)準(zhǔn)稠度 |
安定性 |
凝結(jié)時(shí)間 |
抗折強(qiáng)度 |
抗壓強(qiáng)度 | |||
|
初凝 |
終凝 |
3天 |
28天 |
3天 |
28天 | ||||
|
1.2 |
322 |
27.0 |
合格 |
2：47 |
3：38 |
5.4 |
9.3 |
28.0 |
54.1 |
ARES(Adanced Rheology Expanded System,高級(jí)流變擴(kuò)展系統(tǒng))，美國(guó)TA儀器公司；NJ-160A型水泥凈漿攪拌機(jī)，無(wú)錫錫儀建材儀器有限公司；NJ-160A型水泥凈漿攪拌機(jī)：無(wú)錫錫儀建材儀器有限公司；NLD-2流動(dòng)度測(cè)定儀：無(wú)錫錫儀建材儀器有限公司。
固定水泥30g，稱取一定量的水和超塑化劑于一燒杯中，迅速用玻璃棒攪勻，倒入高級(jí)流變擴(kuò)展儀中。在轉(zhuǎn)速100r/min，28℃的條件下，測(cè)定水灰比w/c為0.20—0.35，不同超塑化劑摻量時(shí)的水泥凈漿的流變參數(shù)。
（a）
（b）
（c）
圖3甲基丙烯酸共聚物在不同水灰比下對(duì)水泥凈漿流變參數(shù)的影響
（a）扭矩、（b）粘度、（c）剪切力
空白w/c=0.35是指在w/c=0.35，不摻加聚羧酸超塑化劑；
其他超塑化劑摻量為：水泥量的0.22%
圖4馬來(lái)酸酐共聚物在不同水灰比下對(duì)水泥凈漿粘度的影響
超塑化劑摻量為水泥量的0.22%
由圖3、4可知，無(wú)論是用甲基丙烯酸共聚物還是用馬來(lái)酸酐共聚物作為超塑化劑，水泥凈漿的流變參數(shù)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)都有一個(gè)先下降后上升的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵诹髯儍x開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，水泥漿體中水、水泥顆粒以及聚羧酸超塑化劑有一個(gè)均勻混合的過(guò)程。在這一過(guò)程中隨著聚羧酸超塑化劑在水泥顆粒表面的吸附而開(kāi)始產(chǎn)生分散作用，因而水泥凈漿的粘度、扭矩、應(yīng)力減小。之后隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥凈漿的粘度開(kāi)始上升，上升的速度與加入超塑化劑的種類和水灰比有關(guān)。
顯然，在水泥水化反應(yīng)過(guò)程中，聚羧酸超塑化劑的加入顯著提高了水泥漿體的流變性能。但是這種影響程度大小和水灰比有關(guān)。水灰比在0.25-0.35的范圍內(nèi)，聚羧酸超塑化劑對(duì)水泥漿體流變性的影響作用幾乎相似。在較大水灰比下，聚羧酸超塑化劑的作用反而有所下降。換而言之，聚羧酸超塑化劑更適合在低水灰比下發(fā)揮作用。當(dāng)w／c＞0.35時(shí)，試驗(yàn)中觀察到拌和物有離析的趨勢(shì)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于毛細(xì)管吸附水和絮凝水的增加。由于超塑化劑可以使拌和物的總用水量下降，極小的用水量的增加都會(huì)顯著地影響混凝土拌和物的穩(wěn)定性引發(fā)離析，因此此時(shí)如再繼續(xù)增加超塑化劑的用量就無(wú)意義了。為了到達(dá)同樣的工作性，當(dāng)w／c增加時(shí)，可以降低超塑化劑的摻量；當(dāng)w／c降低時(shí)，必須增加超塑化劑的摻量。試驗(yàn)結(jié)果表明，超塑化劑對(duì)塑性粘度的影響取決于拌和物的w／c，當(dāng)w／c＞0.35時(shí)，所研究的2個(gè)超塑化劑對(duì)塑性粘度的作用都不明顯。
水泥漿體的粘度隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行而上升，體現(xiàn)在凈漿上是流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失。表3是摻有不同結(jié)構(gòu)超塑化劑的基準(zhǔn)水泥凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度。
表3 摻有不同結(jié)構(gòu)超塑化劑的基準(zhǔn)水泥凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度
|
聚羧酸超塑化劑 |
初始（mm） |
60min（mm） |
90min（mm） |
|
PCA |
200 |
174 |
170 |
|
PCM |
277 |
204 |
187 |
w/c=0.30，超塑化劑摻量為水泥量的0.22%
水泥凈漿的流變參數(shù)的變化比較好的符合了水泥凈漿工作性的變化。在基準(zhǔn)水泥上，摻有馬來(lái)酸酐共聚物超塑化劑的水泥漿體初始粘度小，凈漿流動(dòng)度大，后來(lái)黏度迅速上升，在凈漿上顯示就是流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失大。摻有甲基丙烯酸共聚物的水泥漿體初始粘度相對(duì)較大，凈漿初始流動(dòng)度較小，漿體黏度上升較慢，所以凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失較小。因此，可以用流變學(xué)參數(shù)來(lái)表征超塑化劑在某種水泥上的適應(yīng)性問(wèn)題。
（a）
（b）
圖4馬來(lái)酸酐共聚物的摻量對(duì)水泥凈漿扭矩、粘度的影響
（a） 扭矩變化（b）黏度變化
水灰比w/c＝0.35
從圖4可知，隨著聚羧酸超塑化劑摻量的增加，水泥漿體的粘度先減??；添加量達(dá)到一定程度后（液體摻量0.80%-1.0%，折固摻量0.18-0.22%），漿體黏度反而增加。因此，超塑化劑有一個(gè)最佳的摻量范圍。摻量太小，作用不明顯；摻量太大工作性沒(méi)有提高反而下降。
4、參考文獻(xiàn)
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