不同特征共聚羧酸类超塑化剂对新拌混凝土性能的影响答辩.docx
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不同特征共聚羧酸类超塑化剂对新拌混凝土性能的影响答辩
2007年第11期（总第217期
Number11in2007
（TotalNo.217混凝土
Concrete
左彦峰1,王栋民1,熊卫锋1,张守祺1,王振华1,许乐萌1,聂
锋1,于涛2,王英伟
2
（1.中国矿业大学（北京
混凝土与环境材料研究所,北京100083;2.北京金隅混凝土有限公司,北京100049
Abstract:
Thefreeradicalco-polymerizationreactionwasappliedtosynthesizeaserialsofpolycarboxylate
（PCsuperplasticizerwithdifferentproperties,suchasdifferentpolymerizationdegreeofgraftchain,differentmolecularweight,differenttemperatureanddifferentcarboxyl/graftchain.Andallofthesuperplasticizerssynthesizedwereevaluatedsystematicallythroughtheitems,suchaswaterreducingeffect,slumploss,settingtime,airentrainingabilityandcompressivestrength,bywhichprinciplesinfluencingPCperformancewereobtained.AndthismayprovideinstructiveadviceforapplicationofPC.Keywords:
polycarboxylate;superplasticizer;chemicalstructure;freshconcrete
摘要:
采用自由基共聚合反应制备了具有不同侧链聚合度、不同分子量、不同反应温度和不同羧基/侧链比的共聚羧酸类超塑化剂,并对其减水率、坍落度保持能力、凝结时间、引气能力和抗压强度进行了试验研究,进而得知各个结构特征对以上性能的影响规律。
关键词:
共聚羧酸;超塑化剂;化学结构;新拌混凝土
中图分类号:
TU528.042.8文献标志码:
A文章编号:
1002-3550-（200711-0049-04
Effectsofpolycarboxylatesuperplasticizerswithdifferentcharacteristicsonfreshconcrete
ZUOYan-feng1,WANGDong-min1,XIONGWei-feng1,ZHANGShou-qi1,WANGZheng-hua1,XULe-meng1,NIEFeng1,YUTao2,WANGYing-wei2
（1.ChinaUniversityofMining&Technology（Beijing,InstituteofConcreteandEcomatereials,Beijing100083,China;
2.BeijingJinyuCo.,Ltd,Beijing100049,China
不同特征共聚羧酸类超塑化剂对
新拌混凝土性能的影响
收稿日期:
2007-06-26
0引言
自水泥发明以来,混凝土因其性能优良、价格低廉、材料来源
广泛已成为现今用量最大的人造材料[1]。
超塑化剂在极低的掺量（胶凝材料重量的0.1%￣1.0%下可大幅度地改善新拌和硬化混凝土的性能,已成为现代混凝土技术中必不可少的组分之一[2]。
共聚羧酸类超塑化剂是一种性能优良的新型超塑化剂。
其减水率可达30%以上
[3-4]
而传统超塑化剂（如萘系超塑化剂以及
其它磺酸盐超塑化剂减水率一般在20%左右。
这可使混凝土的单位用水量大大降低,从而使配制超高强大流态混凝土成为可能。
另外,该类超塑化剂具有优良的坍落度保持能力,适当的缓凝作用,以及优良的对不同种类水泥的适应能力。
并且此类超塑化剂制备过程中对环境友好,工艺相较于传统超塑化剂简单。
共聚羧酸类超塑化剂常通过自由基共聚合反应制得[5],其可控因素多,所得的产物在化学结构上灵活多变[6-7],而不同结构超塑化剂在应用过程中则表现为性能的不同。
本研究对具有不同侧链聚合度、不同分子量、不同羧基含量等特征的共聚羧酸类超塑化剂的性能,对其进行性能的分析和研究。
1
原料与试验方法
1.1
原材料特征与制备
1.1.1
水泥
采用琉璃河P・O42.5级水泥。
1.1.2超塑化剂
超塑化剂单体配合比见表1。
由自由基聚合理论[8]可知,聚合物主链聚合度与[M]/[I]1/2成
正比,与[S]成反比,即主链聚合度与[I]1/2和[S]成反比。
因此,本文采用[M]/（[S]+/[I]1/2间接表征超塑化剂分子量（主链聚合度的相对大小。
其中,[M]表示单体浓度,[I]表示引发剂浓度,[S]表示链转移剂浓度。
超塑化剂的合成:
在水浴反应瓶中置入少量去离子水,加热至反应温度,而后滴加单体的混合溶液,并同时滴加浓度为10%引发剂水溶液。
两种溶液同时滴加完后,保温1h。
而后将反应溶液冷却至40℃,采用20%NaOH溶液将之中和至pH=6￣7。
从而得到固含量为30%的液体共聚羧酸类超塑化剂。
1.1.3砂
二区中砂,细度模数为2.7。
1.1.4
石子
采用卵碎混合石,最大粒径为25mm,针片状含量为4.1%,
压碎指标为5.0%。
1.2试验方法
采用GB8076法测定不同结构特征超塑化剂的减水率、含
气量、凝结时间和抗压强度;并采用JC473法测定各个超塑化剂的坍落度保持能力。
各个超塑化剂的液体掺量均为1%。
原材料及辅助物料
MATERIALANDADMINICLE
2试验结果
2.1减水率
不同特征超塑化剂对减水率的影响见图1￣4。
从图1中可以得知,随侧链聚合度增加减水率增加,但聚合度到25后基本达到稳定值。
从图2中可以得知,减水率随分子量增加先增加后减小。
图3表明,随羧基/侧链的值的增加,减水率逐渐下降。
图4表明,随体系反应温度的增加,超塑化剂减水率增加,并在75℃后基本达到饱和。
2.2含气量
不同特征超塑化剂对新拌混凝土含气量的影响见图5￣8。
备注
侧链聚合度为17侧链聚合度为25侧链聚合度为45侧链聚合度为25侧链聚合度为25侧链聚合度为25侧链聚合度为25侧链聚合度为25侧链聚合度为25侧链聚合度为25侧链聚合度为25侧链聚合度为25
表1共聚羧酸类超塑化剂单体配合比
特征
侧链聚合度不同主链聚合度不同反应温度不同羧基/侧链比不同编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
聚醚侧链/mol
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
1.6
0.9
1.3
2.0
羧基/mol
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
链转移剂/mol
0.22
0.22
0.22
0.15
0.29
0.37
0.22
0.22
0.22
0.19
0.21
0.24
引发剂/mol
0.129
0.129
0.129
0.129
0.172
0.215
0.129
0.129
0.129
0.109
0.120
0.140
温度/℃
75
75
75
75
75
75
70
85
90
75
75
75
从图5和图8中可以得知,超塑化剂的引气能力与侧链聚合度和反应温度没有关系。
图6和图7表明,超塑化剂的引气能力随羧基/侧链和分子量的增加而增加。
2.3坍落度保持能力
不同特征超塑化剂对新拌混凝土坍落度保持能力的影响见图9￣12。
从图9可知,随侧链聚合度的增加,坍落度保持能力增大。
图10表明,随分子量的增加,坍落度保持能力减小。
图11表明,坍落度保持能力随羧基/侧链的增加先增后减。
从图12可知,坍落度保持能力随反应温度的增加逐渐增加。
2.4凝结时间
掺不同结构特征共聚羧酸类超塑化剂新拌混凝土的凝结时间见表2。
从表2可知,各个特征超塑化剂对混凝土的初、终凝结时间的影响似乎没有规律可循。
但超塑化剂对初终凝时间差有较为明显的影响,见图13￣16。
表2不同结构特征超塑化剂对新拌混凝土凝结时间的影响
初终凝时间差
/（h∶min
2∶38
2∶42
2∶22
1∶48
2∶24
2∶13
1∶53
2∶42
2∶12
2∶10
2∶24
2∶10
2∶09编号
基准混凝土
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
初凝时间
/（h∶min
6∶54
8∶38
7∶44
7∶48
6∶50
6∶21
7∶40
6∶14
6∶15
6∶14
7∶26
7∶20
6∶51
终凝时间
/（h∶min
9∶32
11∶20
10∶06
9∶36
9∶14
8∶34
9∶33
8∶56
8∶27
8∶24
9∶50
9∶30
9
∶
00
从图13可知,随侧链聚合度的增加,掺该超塑化剂混凝土的初终凝结时间差逐渐缩短。
从图14可知,随超塑化剂分子量的增加,掺该超塑化剂混凝土的初终凝时间差增加。
从图15可知,随超塑化剂反应温度的增大,掺该超塑化剂混凝土的初终凝时间差缩短。
从图16可知,随羧基/侧链的增大,掺该超塑化剂混凝土的初终凝时间差有增大的趋势。
2.5抗压强度
不同结构特征超塑化剂对混凝土各龄期抗压强度的影响
见图13￣16。
从图13中可以得知,1#与基准混凝土强度接近,早期强度（3d略比基准混凝土高,而7d以后的强度比基准混凝土略低。
掺2#
和3#
超塑化剂混凝土的强度比1#
强度高,并且二者3和7d强度相当,3#的28d强度略高。
这表明,随侧链聚合度的增加,混凝土强度也增加,但对强度的提高能力在侧链聚合度为25时基本达到饱和。
另外,侧链聚合度为17的超塑化剂对混凝土强度略有不利的影响。
从图14可以得知,掺3#￣6#混凝土的各个龄期强度均高于基准混凝土,掺4#超塑化剂混凝土强度小于掺3#、5#和6#混凝土的强度,3#、5#和6#强度接近。
这表明,随超塑化剂分子量的减小,各龄期抗压强度增加,但分子量减小到一定程度时,分子量对混凝土抗压强度基本没有影响。
从图15可知,抗压强度顺序为:
空白<7#<3#<8#≈9#。
从而可知,随超塑化剂反应温度的增加,掺该超塑化剂混凝土的强度增加,并且可以达到饱和值。
从图16可知:
基准混凝土各龄期强度与掺10#超塑化剂混凝土的接近,掺10#超塑化剂混凝土的各龄期强度均低于掺3#、
11#和12#超塑化剂混凝土的强度;并且3#、10#和12#的早期强
度接近,后期强度11#略大于3#,3#大于12#。
这表明,随羧基/侧链的降低,混凝土强度增加,之后,后期强度略有下降,而对早期强度基本没有影响。
3结论
（1随侧链聚合度增加,减水率增加,但聚合度为25后达
到稳定值。
减水率随分子量增加先增加后减小。
随羧基/侧链的比值的增加,减水率逐渐下降。
随体系反应温度的增加,减水率增加,但在75℃后基本达到饱和。
（2超塑化剂的引气能力与侧链聚合度和反应温度没有关系,随羧基/侧链比和分子量的增加而增加。
（3坍落度保持能力随侧链聚合度和反应温度的增加而增
大,但随分子量
（主链聚合度的增大而减小,另外,其随羧基/侧链比的增加,先增后减小。
（4初终凝结时间差随侧链聚合度和反应温度的增加,而逐渐缩短,并随超塑化剂分子量和羧基/侧链比的增大,而逐渐缩短。
（5混凝土的抗压强度随侧链聚合度的增加而增加,并在侧链聚合度为25时基本达到饱和;随超塑化剂分子量的减小,各龄期抗压强度增加,但分子量减小到一定程度时,分子量对混凝土抗压强度基本没有影响;随羧基/侧链比的降低,混凝土抗压强度增加,但之后,后期强度略有下降,而对早期强度基本没有影响。
参考文献:
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建材,2002
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30-33.[4]左彦峰,王栋民,吴绍祖,等.交联型聚羧酸系超塑化剂对新拌混凝
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[8]潘祖仁,于在璋.自由基聚合[M].北京:
化学工业出版社,1983:
273-289.作者简介:
左彦峰（1979-,男,博士研究生,主要从事混凝土外加剂的研究。
单位地址:
北京市海淀区学院路丁11号中国矿业大学（北京混凝土与环境材料研究所
（100083联系电话:
010-********
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