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聚羧酸减水剂抗泥方法研究综述

作者:admin     发布日期: 2021-01-26     二维码分享

1、粘土对混凝土性能的影响

近几年来,随着我国建筑业的快速发展,..对道路、公路建设以及房屋建设的投入越来越大。水泥混凝土作为建筑业中消耗比较大的资源,需求量还在逐渐增加。砂石作为混凝土的粗细骨料,在混凝土中所占的体积比达到 60%~70%,每年消耗的砂石用量非常巨大并且还在逐年增长,导致质量优良的砂石越来越少,许多地区在高含泥量的山体、河流等地方开采砂石,导致混凝土原材料的含泥量增多。

砂石中的含泥量过高会严重影响混凝土的工作性能,主要表现为以下两个方面。首先,过高的含泥量会严重影响聚羧酸减水剂的减水率,进而导致混凝土的坍落度经时损失加大,在混凝土的运输和施工过程中,很难达到要求;其次,含泥量过高会使混凝土结构中出现粘土相,降低混凝土的密实度,从而对混凝土的抗压、抗折和收缩等性能都有很大的影响。

2 粘土与聚羧酸盐减水剂的作用机理

大量研究表明,粘土与聚羧酸盐减水剂的作用机理主要分为三个方面。

2.1 粘土对聚羧酸盐减水剂的表面吸附

研究表明,粘土的比表面积比水泥大,表面活性吸附位点比水泥多,并且粘土颗粒表面一般带负电,当水泥和粘土处在同一体系中,会在其表面吸附大量的水泥水化产物 Ca2+,对聚羧酸盐减水剂可形成表面吸附。因此,聚羧酸盐减水剂会与粘土表面吸附的 Ca2+ 发生络合作用吸附在粘土表面,导致用于分散水泥颗粒的聚羧酸盐减水剂量变少,从而降低了砂浆流动度。

2.2 粘土对聚羧酸盐减水剂的层间吸附

由于粘土的内部结构呈层状结构,聚羧酸盐减水剂呈带有侧链的梳状构型,并且减水剂的侧链中含有聚氧乙烯(—CH2—CH2—O—)结构单元,其中的 O 原子会通过水作为桥联基团与粘土矿物层间的 Si-OH 形成氢键而被吸附于粘土层间,形成插层吸附。从而消耗了部分聚羧酸盐减水剂,用于分散水泥的聚羧酸盐减水剂量变少,降低了砂浆流动度。

2.3 粘土对拌合水的吸附

粘土颗粒的比表面积大,在水泥胶凝体系中,粘土颗粒通过吸附聚羧酸减水剂和水分子来降低自身的表面能。这会使得本该分散水泥颗粒的自由水被吸附,导致净浆流动度变得很差。

3 抗泥措施

3.1 抗泥功能单体参与聚羧酸减水剂的合成

根据聚羧酸减水剂分子结构能够设计的特点,可以在其分子结构中引入不同的抗泥功能单体,改变侧链的长度、基团和接枝密度,从而合成出具有抗泥效果的聚羧酸减水剂。

杨月清等以甲基丙烯酰氧乙基三 甲基氯化铵为功能单体,与丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚共聚合成两性聚羧酸减水剂。研究发现甲基丙烯酰氧乙基三 甲基氯化铵能够为聚羧酸减水剂提供阳离子基团的侧链,会优先包裹在粘土表面,减少减水剂对粘土的吸附,从而在掺有 2%膨润土的水泥浆体中仍有较好的流动度。

罗源兵以二甲基二烯丙基氯化铵为功能单体,与丙烯酰胺和丙烯酸共聚合成抗泥型聚羧酸减水剂,发现在此条件下合成的抗泥型聚羧酸减水剂,掺膨润土 5% 时的流动度远大于普通聚羧酸减水剂。

四川聚羧酸减水剂

吴伟等等以甲基丙烯酰氯与羟基乙叉二膦酸酯 化反应得不饱和磷酸单体,再与丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚聚合得到含磷酸基的聚羧酸减水剂。实验结果表明,磷酸基团对硫酸根、粘土适应性较好,从而提高了聚羧酸减水剂对水泥颗粒的吸附,聚羧酸减水剂的分散性能得以提高;同时磷酸和钙离子络合能力提升,能起到 延迟水泥颗粒水化和团聚,加强了经时分散保持能力。Plank 等以甲基丙烯酸和甲基丙烯酸羟乙酯为原料合成了具有侧链具有羟烷基基团聚羧酸减水剂,并对其分散性能进行了表征和测试。在蒙脱土的含量为1%时,含有羟烷基侧链的聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度减少了24%,而传统聚羧酸减水剂则减少了 70%。这说明了侧链含有羟烷基基团的聚羧酸减水剂可有很好的抗泥效果。

李晓东等以二甲基二烯丙基氯化铵为功能单体, 与甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙烯酸共聚合成抗泥型高性能聚羧酸减水剂,发现在一定配比下,该阳离子基团能有效阻隔粘土对减水剂的吸附,改善高含泥量骨料新拌混凝土的性能。

赵军丽等以马来酸酐和二甘醇胺进行酯化反应, 自制得到功能单体,然后与丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚共聚制备两性聚羧酸减水剂,在水泥中粘土含量高达5%时,净浆的分散性和分散保持性仍然较好,表明两性聚羧酸减水剂具有较好的抗泥作用。

邵强等在丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚体系的基础上,当酸醚比为 5:1 时,引入占单体总质量 2.5%的苯乙烯和 6%的马来酸 -β- 环糊精单元,共聚合成的减水剂具有较好的抗泥效果。

HaijunXu 等以 β 环糊精作为功能单体接入聚羧酸结构,制得侧链基团为 β 环糊精的抗泥型聚羧酸减水剂,在含泥量较高的混凝土浆中,这种减水剂比传统聚羧酸减水剂展现出更大的流动性,这是由于 β 环糊精基团拥有更大的空间位阻,从而减小了减水剂在泥土表面的吸附。

3.2 抗泥剂与聚羧酸减水剂进行复配

抗泥牺牲剂可优先吸附在泥土上,插入到粘土矿物层间或包裹在粘土表面,使粘土颗粒的吸附量达到饱和,从而使聚羧酸减水剂去包裹水泥颗粒,减少在粘土上的吸附,从而提高了聚羧酸减水剂的抗泥能力。

朱红姣等使用不同分子量的聚乙二醇作为抗泥剂,与聚羧酸减水剂进行复配,在蒙脱土掺量为 2%的情况下,进行水泥净浆流动度测试,结果发现聚乙二醇能够优..入蒙脱土层间,降低蒙脱土对聚羧酸减水剂的层间吸附,使得水泥净浆流动度有大幅度提高,其中聚乙二醇-1000 作为抗泥复配剂的抗泥效果较佳。

XiaoKang Li 等使用聚乙二醇和和硫酸盐木质素进行合成,自制了一种抗泥牺牲剂。研究发现,该牺牲剂与聚羧酸减水剂进行复配使用,掺入到含有蒙脱土的水泥浆体中,水泥浆体仍表现出较好的流动性。这是因为这种抗泥牺牲剂的空间位阻效应要强于聚羧酸结构, 优先插入到蒙脱土的层间,从而阻止了蒙脱土吸附聚羧酸减水剂分子,抗泥效果显著。

王方刚等合成了一种季铵盐型阳离子聚合物,作为抗泥剂与聚羧酸减水剂进行复配使用。实验表明,在掺加蒙脱土的水泥浆体中使用这种抗泥牺牲剂,可以显著提高聚羧酸减水剂对水泥浆体的分散能力和经时流动度。研究发现,该种抗泥剂的阳离子端与蒙脱土的亲和力较高,可优先吸附在蒙脱土上,阻止了蒙脱土吸附聚羧酸减水剂。

王林龙分别使用聚乙二醇 -4000、三 甲基十六烷基溴化铵和氯化钾这三种添加剂与聚羧酸减水剂进行复配,并且测试了对蒙脱土掺入水泥的净浆流动度的影响。结果发现,单掺的情况下,聚乙二醇 -4000 和三 甲基十六烷基溴化铵在合适的掺量范围内对掺聚羧酸减水剂含蒙脱土砂浆扩展度提高幅度要比氯化钾大;聚乙二醇 -4000 和氯化钾对砂浆的强度几乎没有影响,但是三 甲基十六烷基溴化铵则会严重降低砂浆的强度。结果表明,聚乙二醇 -4000、三 甲基十六烷基溴化铵和氯化钾能够减少粘土对聚羧酸减水剂的吸附量,能够压制蒙脱土的膨胀,从而减少对聚羧酸减水剂的吸附,同时也减少了对拌合水的吸附。这也是这三种抗泥剂能够压制粘土对水泥净浆流动度负效应影响的主要原因。

吴昊使用丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠进行自由基聚合,制得抗泥剂。该种抗泥剂与聚羧酸减水剂复配,在内掺蒙脱土的水泥体系中,水泥浆体的分散能力有显著提高,并且强度等性能也没有负面影响。这是因为该阳离子抗泥剂,能够减少粘土对聚羧酸减水剂的吸附,从而压制蒙脱土的膨胀,这也是该种抗泥剂能够压制粘土对水泥净浆流动度负效应影响的主要原因。

4、结语

综上所述,国内外的研究者为了提高聚羧酸减水剂的抗泥性能进行了大量研究,采用的.主要的两种方法就是接入抗泥功能单体和抗泥牺牲剂的复配,而这两种方法都能在一定程度上提高聚羧酸减水剂的抗泥性能, 结果是显而易见的。所以在这基础上还需要进行更多的研究和思考,可以探究更多的基团,开展深层次的分子设计与合成,以及对性能和机理的探讨,以进一步提高抗泥保坍效果。并且对研究合成的减水剂在不同条件下进行混凝土性能测试,将聚羧酸的抗泥措施进一步广泛应用于工业生产,实现与生产实践相结合。