聚羧酸减水剂与木钠复配性能研究

聚羧酸减水剂与木钠复配性能研究

钱　静

(深圳市天地(集团)股份有限公司东建混凝土分公司,深圳518117)

摘　要:　在聚羧酸减水剂与木钠复合二元体系中,研究了木钠掺量对体系分散性及凝结时间的影响,结合XRD分析了木钠对水泥水化机理的影响。实验结果表明:在木钠与聚羧酸减水剂复配体系中,木钠对初始分散性的影响不大,但可以增加流动保持性;木钠具有较强的缓凝作用,随掺量的增加,凝结时间增加;木钠减水剂能有效抑制C3S、C3A的早期水化;当掺量为0.4%以下,对后期水化影响较小,而掺量达到0.6%时,抑制中后期C3S的水化。

关键词:　木钠;　水化;　缓凝;　抑制

R esearch on Polycarboxylic Type W ater2reducer and Sodium Lignosulfonate

Q IA N Ji ng

(Shenzhen Branch Dongjian of Concrete,Tiandi Group Co,Ltd,Shenzhen518117,China)

Abstract:　In system of polycarboxylic type water2reducer and sodium lignosulfonate,effect of dosage of sodium lignosul2 fonate on dispersibility and the setting time were researched.With the XRD,hydration mechanism was analysed.The re2 sults show that sodium lignosulfonate enhances dis persibility little,but it increases holding dispersibility heavily.And also it has a retarding ability which enhances with dosage.It retards the hydrating of C3S,C3A in early.When the dosage is less than0.4%,there has little effect on latter hydration.But when the dosage is more than0.6%,it will restrain the latter hydration of C3S.

K ey w ords:　sodium lignosulfonate;　hydration;　retarding ability;　control

减水剂可改善混凝土和易性,提高工程耐久性,一直是混凝土外加剂中最活跃的产品,尽管新品种新产品层出不穷,减水剂已经由第1代木质素发展到第3代聚羧酸减水剂,但木钠和木钙仍然广泛应用于工程。第3代产品聚羧酸减水剂采用水溶液聚合,依靠长侧链的空间位阻作用和短侧链的静电斥力提供分散性和分散保持性,有效分散水泥颗粒,已经成为未来减水剂发展的主要方向。目前,聚羧酸减水剂受到各种因素的影响,市场占有量还较小。有研究表明:聚羧酸减水剂与木钠复合使用,可提高减水率,改善和易性和适应性。但如果使用不当,可能导致凝结时间过长、强度过低、含气量过大等问题。国内很多学者研究也表明:木质素减水剂掺量为水泥用量的0.2%～0.3%,具有分散作用、引气作用和初期的水化抑制作用;它在合适掺量时具有较好的减水作用,但当掺量较大时,引气过多和过于缓凝,造成工程事故[325]。通过对聚羧酸减水剂与木钠二元体系的净浆流动性、凝结时间、强度的分析,为聚羧酸减水剂与木钠复配提供技术支持。

1　实　验

1.1　原料

减水剂:木质素磺酸钙减水剂,聚羧酸减水剂;

水泥:华新42.5普通硅酸盐水泥。

1.2　水泥试验

按照G B/T8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定水泥净浆流动度。

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1.3　X 射线衍射分析(XR D)

采用日本产D/MAX 2Ⅲ型X 2ray 衍射仪进行测

试。

2　结果与讨论

2.1　木钠掺量对水泥净浆流动度的影响

图1描述了木钠与聚羧酸减水剂复合作用对水泥净浆流动度的影响。如图1所示,在保持聚羧酸减水剂掺量(0.15%)不变的条件下,随木钠掺量的增加,水泥净浆流动度下降;当掺量小于超过0.1%时,净浆流动度有上升的趋势,当掺量超过0.1%时,净浆流动度与空白相当。从1h 流动度来看,随掺量的增加,1h

净浆流动度增加。

图1　木钠掺量对水泥净浆流动度的影响

作为水泥分散剂用的高效减水剂,分子量分布、

分子量大小对分散特性很敏感,一般来说,平均分子量在2000～50000范围内有较好的分散效果。而木素磺酸盐分子量分布较宽,分子量从几百到几十万,与高效减水剂相比分子量偏大。水泥浆体中由于大量大分子的存在,浆体粘度增大,浆体保水性较好;有机物吸附于颗粒表面,一方面抑制水化,另一方面有效避免颗粒吸附有效减水分散组分,提高高效减水剂的作用效果。2.2　木钠对凝结时间的影响

图2给出了凝结时间随木钠掺量的变化。从图2中可看出,浆体初凝终凝时间随掺量的增加而增加。

水泥的凝结取决于C 3A 与石膏水化作用后反应物彼此交叉搭接所形成的网络结构[7]。

木钠减水剂由于残余糖类以及自身所含有的羟

基(—OH )、醚键(—O —)及磺酸基(—SO 3—)等基团,对水泥水化有极强的抑制作用。一方面磺酸基

(—SO 3—)在C 3A 上产生“特性吸附”,而与SO 2-4争

夺C 3A 的反应活点,从而延缓C 3A 的水化速度,延

迟AFt 的析晶,推迟了AFt 骨架结构的形成;另一

方面羟基(—OH )、醚键(—O —

)在净浆强碱性溶液中对钙离子产生强烈络合作用,降低液相中Ca 2+的平衡浓度,使Ca (OH )2长时间不能达到过饱和,从而延长诱导期,起到缓凝作用

。

图2　木钙掺量对凝结时间的影响

2.4　机理分析

图3为不同木钠掺量的浆体的水化产物XRD 图。从图3中可以看出,对于1d 水化产物,AFt 、

CH 的特征衍射峰随掺量的增加而降低,说明木钠对1d 的C 3S 、C 3A 有较强的抑制作用;对于28d 水化产物,当掺量为0.2%、0.4%时,CH 的特征衍射峰降低不明显,当掺量为0.6%时,CH 特征衍射峰明显降低,说明当掺量较小时,木钠对水泥矿物水化的抑制作用随时间的推移而降低,对28d 龄期的水化影响较小;而掺量较多时,不仅对早期水化有较强的抑制作用,也会影响后期水化。木钠减水剂残余

糖类以及自身所含有的羟基(—OH )、醚键(—O —

)和磺酸基(—SO 3-)等强吸附基团吸附于颗粒表面抑制水化,同时溶液中残余的减水剂优先吸附于新生晶相表面,抑制晶体生长;同时羟基(—OH )和醚

键(—O —

)易与水形成水膜、钙基络合物,与阻止水与颗粒接触、凝聚,使水化层的厚度增加,从而延缓了水泥水化;磺酸基(—SO 3-)提供静电斥力,使颗

粒趋于分散,同时磺酸基(SO 3-)与SO 2-4

争夺C 3A 的反应活点,从而延缓C 3A 的水化速度。在木钠与聚羧酸减水剂复合体系中,木钠可有效屏蔽矿物初期水化,吸附于颗粒表面形成水膜,避免水化产物吸附高效减水剂分子,有效提高液相中高效减水剂分子浓度,从提高流动保持性。

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