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聚羧酸系高性能减水剂研发、生产和应用中的注意事项

[发布日期]:2019-12-05 14:28:07

       聚羧酸系减水剂作为继萘系、密胺系、脂肪族系和氨基磺酸盐系减水剂之后研制生产成功的新型高效减水剂,以其在掺量较低时(固体掺量0.15%~0.25%)就能产生理想的减水和增强效果、对混凝土凝结时间影响较小、坍落度保持性较好、与水泥和掺和料适应性相对较好、对混凝土干缩性影响较小(指通常不过分增加干缩)、生产过程中不使用甲醛和不排放出废液、硫酸根离子和氯离子含量低等突出特点,从一开始就受到研究者和部分应用者的推崇。但另一方面,聚羧酸系减水剂在实际工程应用中却经常表现出某些难以想象的现象,这给聚羧酸系减水剂的应用带来很大难题。下面针对聚羧酸系减水剂的研发、生产和应用提出一些建议。


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1.1 研发和生产
1.1.1 产品的功能化

      聚羧酸分子呈梳形结构,具有自由度大、分子结构可设计性强的优点。通过改变单体原料种类,可使聚羧酸分子中接入不同的基团。由于聚羧酸中各基团对水泥水化的影响有差异,从而可根据实际用途,制备具有特定功能的。即使使用相同的原料单体,亦可通过改变聚醚单体分子量,单体比例和合成温度等手段对聚合产物的分子结构进行适当调整,使其适应不同的使用环境或具有不同的功能。未来几年,将从普适型产品向功能型产品方向发展,这些功能型产品可能会具有保坍、早强、减缩、抗黏土吸附、引气和消泡等中的一种或一种以上特殊功能。
(1)保坍型聚羧酸
      混凝土坍落度损失过快,是预拌混凝土长期面临的重大难题之一。目前,行业内主要通过聚羧酸后掺法、与缓凝组分复合使用等途径来解决混凝土的坍损问题,但是技术上和实际应用中均存在一定困难。而开发保坍型聚羧酸来解决预拌混凝土长距离运输和在较高气温下施工的难题具有重要的现实意义。
(2)早强型聚羧酸
      常用的聚羧酸普遍有一定缓凝作用,导致混凝土早期强度发展缓慢,一般1d抗压强度仅能达到设计强度的15%~25%,在低温或掺加大量矿物掺和料的情况下,早期强度更低,限制了聚羧酸的应用范围。因此,研究适用于预制钢筋混凝土构件,能够明显提高混凝土早期强度,加快施工进度,将预制钢筋混凝土构件的生产期延长至深秋甚至冬季的早强型聚羧酸具有重大的经济价值和社会意义。
(3)减缩型聚羧酸

      混凝土因收缩而引起的开裂会导致混凝土的强度和耐久性大大降低,从而缩短混凝土的使用寿命。
减缩型聚羧酸是指既具有较高的减水率,同时又可减少硬化混凝土干燥收缩的聚羧酸,这种功能型聚羧酸已成为外加剂研究的热点之一。
(4)低引气缓凝型聚羧酸

      有些工程需要低引气和缓凝效果较好的聚羧酸,但常用的聚羧酸无法满足这一需求。
低引气缓凝型聚羧酸除了具有普通聚羧酸的性能外,还特别具有缓凝和低引气作用,因而可用于大体积混凝土、炎热气候条件施工的混凝土和长时间停放或远距离运输的混凝土等许多混凝土工程中。 因此,研制抗黏土吸附聚羧酸,提高聚羧酸在含泥量较高的集料所配制混凝土中的应用效益,是非常必要的。
1.1.2 常温合成

      在聚羧酸系减水剂的生产方面,如何进一步通过原材料的选用和工艺改进,降低其生产能耗和三废物排放量,也是工业界所普遍关注的热点问题。
常温合成工艺生产的建厂成本比加热合成工艺生产的低,所得聚羧酸系减水剂产品却更能适应减水剂市场需求的变化,更好地服务于偏远地区的混凝土工程。<span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; font-family: -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, " helvetica="" neue",="" "pingfang="" sc",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;="" letter-spacing:="" 0.544px;="" box-sizing:="" border-box="" !important;="" word-wrap:="" break-word="" !important;"="">但应注意的是,加热合成工艺生产的优势在于产品合成的路线方法较多,通过对聚羧酸系减水剂母液官能团的精准设计能获得具有不同性能特点的产品。

      根据笔者的取样试验研究发现:常温合成的聚羧酸系减水剂在初始分散性方面,与加热合成产品处于同一技术水平;在保坍性方面,常温合成工艺生产的聚羧酸系减水剂与加热合成产品相比,仍有一定差距,这也限制了常温合成产品在某些特殊场合下混凝土配制中的应用。因此尚需进一步的研究工作来解决该技术难题。
1.1.3 原位合成
       目前关于聚羧酸系减水剂的研究工作包括新产品开发、工艺改进和应用技术研究三个方面。针对聚羧酸系减水剂合成工艺的创新研究,通过合成工艺的改革,将现有的聚羧酸系减水剂进行性能优化或者达到某种特殊的性能要求是聚羧酸系减水剂性能改进的另一个主要方向,也是目前聚羧酸系减水剂研究的核心内容之一。现有的聚羧酸系减水剂合成工艺均为水溶液聚合,所得产品的含固量一般为20%~40%。在建筑材料市场领域,聚羧酸系减水剂经常需要远距离运输,如果在合成时能提高产品含固量,或者直接合成粉体产品,则能大幅度降低产品的运输成本,提高其市场竞争力。再者,干混砂浆、压浆料等砂浆产品中所使用的聚羧酸系减水剂产品必须是干粉状的,国内外针对干混砂浆、压浆料等砂浆产品的应用,均是将液体聚羧酸系减水剂通过喷雾或离心雾化成粉体,这需消耗大量能源。因此,通过合成工艺的创新和改进,直接合成性能可靠的粉体聚羧酸系减水剂,已成为国内外减水剂行业的一大研究热点。

     切片粉体化的安全性和所得产品性能优势远高于传统的喷雾或离心雾化成粉工艺。笔者选用APEG及自制具有减缩功能的单体二乙二醇单丁醚单马来酸酯为聚合反应单体,通过本体聚合反应制备聚羧酸系减水剂,研究了单体摩尔比、聚合温度以及引发剂的投料方式对产物保塑性能的影响,最后通过混凝土收缩率试验检验了产物的减缩特性。
2.2 复配和应用
      由于聚羧酸系减水剂存在以上技术特点,工程中应严格参照《混凝土外加剂应用技术规程》(GB50119-2013)来合理、安全地指导产品应用和施工。本文就聚羧酸系高性能减水剂的应用技术,提出一些看法。
2.2.1 关于产品类别和应用范围
      聚羧酸系减水剂分为标准型、缓凝型、引气型和早强型。
      目前,早强型聚羧酸系减水剂已开始有较成熟的产品,为推进其在预制混凝土中的应用,增加这一产品类别是比较有利的。而引气型产品则适合于对抗冻融循环性要求高的混凝土工程。因为聚羧酸系减水剂产品的含气量测试值从1%到10%甚至10%以上,变化范围很大,所以建议增加引气型聚羧酸系减水剂的规定,以便将引气型减水剂与标准型减水剂区分开来,方便使用者正确选择。

      原则上,掺加聚羧酸系减水剂的混凝土,因不可预测的原因造成其坍落度损失过大时,也可以采用二次添加减水剂的方法,恢复混凝土的流动性,以免造成混凝土拌和物的浪费。但是由于混凝土拌和物性能对聚羧酸系减水剂的掺量相当敏感,一旦过量很易造成离析、泌水,甚至分层。所以实际施工时,关于聚羧酸系减水剂二次添加与否、二次添加的品种和数量等,应事先进行严格试验,充分验证其可行性后方可进行。
2.2.8 关于混凝土的振捣
      由于掺加聚羧酸系减水剂制备的混凝土坍落度一般较大,再加上拌和物粘度较低,所以混凝土拌和物浇注后的振捣半径和振捣时间应通过试验确定,或应听从专家指导。振捣半径过小或振捣时间过长,都很易造成混凝土含气量严重下降、集料相与浆体相严重分层等结构缺陷。
2.2.9 关于初期养护
      聚羧酸系减水剂对混凝土干缩性能影响较小,或者说掺加聚羧酸系减水剂不过分增加混凝土的干缩,绝不代表掺加聚羧酸系减水剂的混凝土可以放松甚至取消养护。

 





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