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聚羧酸类高效减水剂应用中的问题浅析

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2019-03-05 09:17:42  属于:行业动态
文章摘要:聚羧酸类高效减水剂虽然是一种优质多功能外加剂,但也存在着种种功能缺陷,通过改变合成工艺,设计系列品种或与相溶性较好的外加剂复合使用可以进一步提高该产品的技术经济效益。

上世纪八十年代末,为满足高强混凝土、大流动性混凝土及混凝土高耐久性的技术需求,日本、美国、德国等国家开?#21058;?#32858;羧酸类高效减水剂的研究。我国许多科?#24615;?#25152;及高校于九十年代也开?#21058;?#19978;述产品的研制。据有关报道,目前已有数十家企业可以生产此类产品,生产品种多为甲基丙烯酸/ 烯酸甲酯共聚物,丙烯基醚共聚物,酰胺/ 酰亚胺等,这与国外研究路线基本相近。

国内有关报道所显示的一些产品检测数据显示:该产品的共有特点是“低掺量、高减水、低收缩、低坍损及高耐久性”,是一种多功能优质高效减水剂,也是国内外混凝土外加剂的发展?#36739;頡?#20026;全面推广聚羧酸类减水剂,有关单位近?#25913;?#24050;举办了近十次有关聚羧酸酸高性能减水剂的产品研讨会或产品?#24179;?#20250;,国内有关杂志发表的有关聚羧酸减水剂的技术论文,?#25910;?#25152;见已近百篇。可以说,研制并生产聚羧酸类减水剂在我国?#30740;?#25104;了一股热潮。但?#25910;?#24863;到不解的是,?#25913;?#26469;还没有一家外加剂厂真正在大批量生产此类产品。?#25910;?#29087;悉的广东、江苏、上海几所较大外加剂厂聚羧酸产品月销量只有百吨或数百吨,多数将开发此类产品作为企业的技术储备,甚至将该产品在国内一些重点工程应用作为一个提高企业知名度的宣传措施。

?#25910;?#35748;为,影响聚羧酸类产品大?#31185;?#21450;应用的真正原因应该是:一、对该产品的应用技术研究不够;二、多数企业缺乏对系列化产品工艺的独立设计能力,生产品种较为单一;三、目前国内混凝土工程百?#31181;?#20061;十为C40 以下普通混凝土,而目前国产聚羧酸类产品与常用外加剂复配产品相比没有技术及经济效益优势。?#24535;?#32858;羧酸类产品应用中所发现的问题浅析如下:

1、聚羧酸类产品的应用范围

由于此类产品的优势是高减水、高增强。因此它最适用于配制高强混凝土、大流动性混凝土,加之它的高保塑性,用于高?#21487;?#21697;混凝土施工更能发挥技术优势。目前即使在应用面较大的日本,低标号混凝土中聚羧酸产品应用面也不十分广泛。?#25910;?#26366;多次在C30 低强度等级混凝土中将聚羧酸高效减水剂与常用以萘系高效减水剂为主剂的复合产品进行对比测试,试验结果表明,在C30 混凝土施工中,聚羧酸类产品毫无技术优势,混凝土早期强度甚至低于萘系产品,应用成本上聚羧酸类更高。目前国内缺少适用于低强度等级混凝土价廉物美的品种。

在C40 泵送混凝土施工中发现,聚羧酸类产品虽然有一定引气性,有利于泵送施工,但由于该产品会增大混凝土粘稠度,泵送施工需增大?#37274;梗?#22240;此,在应用中也失去了一定优势。  

2、聚羧酸类减水剂对水泥适应性

施工单位对与外加剂与水泥适应性,主要是指对混凝土流动性的改善及混凝土坍落度的保?#20013;?#33021;。对水泥适应性而言,聚羧酸类产品明显占有一定优势。但由于我国水泥产品矿化成分较为复杂,加之掺合料的大量应用,聚羧酸类产品对不同水泥仍存在水泥适应性问题。当用于高碱水泥、?#32570;?#38754;积较大或C3A 含量较高的水泥、水泥中调凝剂石膏存在一定问题的水泥?#20445;?#32858;羧酸类产品与其它减水剂一样同样也不适应。我们收集了在广东和江苏用量较大的15 种?#23637;?#27700;泥,用萘系高效减水剂与聚羧酸类高效减水剂同做水泥适应性试验,结果见下表1。

表1 减水剂与水泥适应性试验

从上表可以看出,聚羧酸类高效减水剂对水泥适应性高于萘系产品,但仍有两种水泥聚羧酸类不能适应(占13%),所谓聚羧酸类减水剂水泥适应性好只是与萘系产品相对而言。我们在试验中发现,用于可溶性硫酸盐较高的水泥,聚羧酸类减水剂甚至不如萘系低浓效果好。这可能是硫酸根离子与聚羧酸减水剂对水泥竞争吸附的结果,也可能是大量硫酸根离子使聚羧酸外加剂中的EO 链产生了收?#37232;?#20943;弱了EO 链的立体位阻效应。?#25910;?#35748;为,所见有关报道“聚羧酸类减水剂对水泥适应性好”不应被无限夸大,只能是相对而言,绝不是该产品对任何水泥都能适应。

3、聚羧酸类减水剂对混凝土收缩性能的影响

对于聚羧酸减水剂的减缩功能机理目前仍在研究中,很可能与由于减水并减少了胶凝材料用量有关,也可能与大幅度降低溶液的表面张力有关。

我们测试了多种国产及日本产品,它们的减缩率相近,一般多为10% 左右,个别产品能达到15%,而许多报道中都宣称减缩率可达20% 以上,不知是否有所夸张?我们也测试了以萘系高效为主剂复配了聚醚类减缩剂产品,它的减缩率明显高于聚羧酸类产品。不难看出,降低混凝土收缩率并非只有聚羧酸类产品可以达到。  

4、聚羧酸类减水剂的引气性

混凝土?#23454;?#24341;气可以明显改善混凝土的可泵性、保水性、防止混凝土泌水分层离析,还可以提高混凝土?#32929;?#25239;冻等耐久性能。而如果混凝土含气量过大会影响混凝土强度。混凝土耐久性也并非含气量越高耐久性越好。?#25910;?#27979;试的几种聚羧酸类减水剂上,含气量明显偏高,甚至达到5%~6%,混凝土也显得太稠,这也是该产品的弱势所在。经试验,只有降低该产品的掺用量或同掺消泡剂才能解决这种现象,而如果掺量过少则不能发挥该产品的性能优势。目前国产多种消泡剂对聚羧酸类产品不能相容,这是该产品有待解决的难题。

5、聚羧酸类减水剂与其它外加剂的相容性

为进一步改善聚羧酸类减水剂的性能,提高其技术经济效益,该产品必需与其它外加剂复合同掺,但该产品对所复配的外加剂有较高的选择性。目前国产减水剂有一半不能与该产品相容。该产品对缓凝剂也有选择性,例如与羟基酸盐类缓凝剂相配稳定性不好,与多种磷酸?#20301;?#20957;剂也不能相容。许多减水剂在加入缓凝剂后混凝土流动性随着缓凝剂的加入量增大而提高,但试验发现,聚羧酸类减水剂与缓凝剂复配只能?#32679;?#19968;定量的缓凝剂,随着缓凝剂用量增大,混凝土流动性却会?#26412;?#19979;降。这就对在大体积混凝土、高温施工混凝土等有较长缓凝时间要求的混凝土中的应用产生不利影响。优质引气剂与木钙、木钠减水剂同掺,可改善混凝土中的气泡性能(泡径更小更?#35813;?,但该产品与聚羧酸类减水剂同?#32679;?#19981;能改变产品的气泡性能。

6、解决聚羧酸类减水剂性能不足的措施

该产品的性能缺陷或差异是完全可以解决的。首先在产品合成配方设计上应考虑多品种,在施工中可根据混凝土工程的不同技术要求差异有选择地应用。例如,通过变化侧链长?#28982;?#20027;链单体,引入一些其它活性基因来改善混凝土的保塑性能。引入一定的磺酸基提高混凝土早期强度,通过控制羧基侧链分子量解决此类产品的引气量问题。产品中的亲水基团影响外加剂的减水性能,采用最佳酸酯比控制混凝土减水性能。另外,可通过控制产品分子量让外加剂?#21344;?#20301;阻效应有效发挥。  

与多种其它外加剂复合使用是改善聚羧酸类减水剂性能的又一有效途径。例如,与易使混凝土产生泌水的减水剂复合,改善混凝土过稠现象,与相容性好的缓凝剂复合有效调整混凝土凝结时间,与木钠木?#39057;?#26222;通减水剂合用有利于降低外加剂应用成本混凝土高减水虽然有利于强度的提高,但绝不是提高强度的唯一途径。水灰比过低对混凝土早期收缩抗裂性能并不好,对于一些超高强混凝土宜采用多种增强措施,不必采用过高的减水率。对于中低强度等级混凝土应?#23454;?#38477;低聚羧酸类减水剂掺用量,可以满足这些混凝土的技术需求,还可以降低使用成本,减小产品的不利因素影响。

必须指出的是,上述聚羧酸类减水剂应用中的问题讨论并非是?#25910;?#23545;目前国内所研制产品的全面否定,主要是分析此类产品性能的不足之处,有利于产品的不断改善,目前国产聚羧酸产品由于设计合成工艺配方不同,不一定都存在上述问题。只有多进行产品应用技术的细致研究,才能让此类第三代外加剂得以普及应用。

7、结论

(1)目前国产聚羧酸类产品虽然产品性能与常用外加剂相比较为优越,但国内多数品种只适用于高强、高流动性混凝土,用于低强度等级混凝土应用效果不如其它高效减水剂产品。

(2)通过改变产品合成工艺配方设计有利于产品性能的改善。

(3)国产聚羧酸类减水剂的研究应向多品种、产品系列化?#36739;?#21457;展。

(4)目前国产聚羧酸类减水剂使用成本较高,与其它?#31995;土?#30340;外加剂复合使用是普及该产品应用的?#36739;潁?#20294;需多进行相容性试验研究。


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