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粘土對(duì)混凝土性能的影響
近幾年來(lái)，隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)道路、公路建設(shè)以及房屋建設(shè)的投入越來(lái)越大。水泥混凝土作為建筑業(yè)中消耗最大的資源，需求量還在逐漸增加。砂石作為混凝土的粗細(xì)骨料，在混凝土中所占的體積比達(dá)到 60%～70%，每年消耗的砂石用量非常巨大并且還在逐年增長(zhǎng)，導(dǎo)致質(zhì)量?jī)?yōu)良的砂石越來(lái)越少，許多地區(qū)在高含泥量的山體、河流等地方開(kāi)采砂石，導(dǎo)致混凝土原材料的含泥量增多。
砂石中的含泥量過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的工作性能，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面。首先，過(guò)高的含泥量會(huì)嚴(yán)重影響聚羧酸減水劑的減水率，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失加大，在混凝土的運(yùn)輸和施工過(guò)程中，很難達(dá)到要求;其次，含泥量過(guò)高會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)粘土相，降低混凝土的密實(shí)度，從而對(duì)混凝土的抗壓、抗折和收縮等性能都有很大的影響。
2粘土與聚羧酸鹽減水劑的作用機(jī)理
粘土與聚羧酸鹽減水劑的作用機(jī)理
大量研究表明，粘土與聚羧酸鹽減水劑的作用機(jī)理主要分為三個(gè)方面。
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2.1粘土對(duì)聚羧酸鹽減水劑的表面吸附
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研究表明，粘土的比表面積比水泥大，表面活性吸附位點(diǎn)比水泥多，并且粘土顆粒表面一般帶負(fù)電，當(dāng)水泥和粘土處在同一體系中，會(huì)在其表面吸附大量的水泥水化產(chǎn)物Ca2+，對(duì)聚羧酸鹽減水劑可形成表面吸附。因此，聚羧酸鹽減水劑會(huì)與粘土表面吸附的 Ca2+發(fā)生絡(luò)合作用吸附在粘土表面，導(dǎo)致用于分散水泥顆粒的聚羧酸鹽減水劑量變少，從而降低了砂漿流動(dòng)度。
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2.2粘土對(duì)聚羧酸鹽減水劑的層間吸附
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由于粘土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈層狀結(jié)構(gòu)，聚羧酸鹽減水劑呈帶有側(cè)鏈的梳狀構(gòu)型，并且減水劑的側(cè)鏈中含有聚氧乙烯(—CH2—CH2—O—)結(jié)構(gòu)單元，其中的 O 原子會(huì)通過(guò)水作為橋聯(lián)基團(tuán)與粘土礦物層間的 Si-OH 形成氫鍵而被吸附于粘土層間，形成插層吸附。從而消耗了部分聚羧酸鹽減水劑，用于分散水泥的聚羧酸鹽減水劑量變少，降低了砂漿流動(dòng)度。
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2.3粘土對(duì)拌合水的吸附
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粘土顆粒的比表面積大，在水泥膠凝體系中，粘土顆粒通過(guò)吸附聚羧酸減水劑和水分子來(lái)降低自身的表面能。這會(huì)使得本該分散水泥顆粒的自由水被吸附，導(dǎo)致凈漿流動(dòng)度變得很差。
3抗泥措施
抗泥措施
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3.1抗泥功能單體參與聚羧酸減水劑的合成
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根據(jù)聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)能夠設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可以在其分子結(jié)構(gòu)中引入不同的抗泥功能單體，改變側(cè)鏈的長(zhǎng)度、基團(tuán)和接枝密度，從而合成出具有抗泥效果的聚羧酸減水劑。
楊月清等以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為功能單體，與丙烯酸和異戊烯醇聚氧乙烯醚共聚合成兩性聚羧酸減水劑。研究發(fā)現(xiàn)甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨能夠?yàn)榫埕人釡p水劑提供陽(yáng)離子基團(tuán)的側(cè)鏈，會(huì)優(yōu)先包裹在粘土表面，減少減水劑對(duì)粘土的吸附，從而在摻有 2%膨潤(rùn)土的水泥漿體中仍有較好的流動(dòng)度。
羅源兵以二甲基二烯丙基氯化銨為功能單體，與丙烯酰胺和丙烯酸共聚合成抗泥型聚羧酸減水劑，發(fā)現(xiàn)在此條件下合成的抗泥型聚羧酸減水劑，摻膨潤(rùn)土 5% 時(shí)的流動(dòng)度遠(yuǎn)大于普通聚羧酸減水劑。
吳偉等等以甲基丙烯酰氯與羥基乙叉二膦酸酯 化反應(yīng)得不飽和磷酸單體，再與丙烯酸和異戊烯醇聚氧乙烯醚聚合得到含磷酸基的聚羧酸減水劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸基團(tuán)對(duì)硫酸根、粘土適應(yīng)性較好，從而提高了聚羧酸減水劑對(duì)水泥顆粒的吸附,聚羧酸減水劑的分散性能得以提高;同時(shí)磷酸和鈣離子絡(luò)合能力提升,能起到 延遲水泥顆粒水化和團(tuán)聚,加強(qiáng)了經(jīng)時(shí)分散保持能力。Plank 等以甲基丙烯酸和甲基丙烯酸羥乙酯為原料合成了具有側(cè)鏈具有羥烷基基團(tuán)聚羧酸減水劑，并對(duì)其分散性能進(jìn)行了表征和測(cè)試。在蒙脫土的含量為1%時(shí)，含有羥烷基側(cè)鏈的聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度減少了24%，而傳統(tǒng)聚羧酸減水劑則減少了 70%。這說(shuō)明了側(cè)鏈含有羥烷基基團(tuán)的聚羧酸減水劑可有很好的抗泥效果。
李曉東等以二甲基二烯丙基氯化銨為功能單體， 與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減水劑，發(fā)現(xiàn)在一定配比下，該陽(yáng)離子基團(tuán)能有效阻隔粘土對(duì)減水劑的吸附，改善高含泥量骨料新拌混凝土的性能。
趙軍麗等以馬來(lái)酸酐和二甘醇胺進(jìn)行酯化反應(yīng)， 自制得到功能單體，然后與丙烯酸和異戊烯醇聚氧乙烯醚共聚制備兩性聚羧酸減水劑，在水泥中粘土含量高達(dá)5%時(shí)，凈漿的分散性和分散保持性仍然較好，表明兩性聚羧酸減水劑具有較好的抗泥作用。
邵強(qiáng)等在丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚體系的基礎(chǔ)上，當(dāng)酸醚比為 5:1 時(shí)，引入占單體總質(zhì)量 2.5%的苯乙烯和 6%的馬來(lái)酸 -β- 環(huán)糊精單元，共聚合成的減水劑具有較好的抗泥效果。
HaijunXu 等以 β環(huán)糊精作為功能單體接入聚羧酸結(jié)構(gòu)，制得側(cè)鏈基團(tuán)為 β環(huán)糊精的抗泥型聚羧酸減水劑，在含泥量較高的混凝土漿中，這種減水劑比傳統(tǒng)聚羧酸減水劑展現(xiàn)出更大的流動(dòng)性，這是由于 β環(huán)糊精基團(tuán)擁有更大的空間位阻，從而減小了減水劑在泥土表面的吸附。
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3.2抗泥劑與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配
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抗泥犧牲劑可優(yōu)先吸附在泥土上，插入到粘土礦物層間或包裹在粘土表面，使粘土顆粒的吸附量達(dá)到飽和，從而使聚羧酸減水劑去包裹水泥顆粒，減少在粘土上的吸附，從而提高了聚羧酸減水劑的抗泥能力。
朱紅姣等使用不同分子量的聚乙二醇作為抗泥劑，與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配，在蒙脫土摻量為 2%的情況下，進(jìn)行水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聚乙二醇能夠優(yōu)先進(jìn)入蒙脫土層間，降低蒙脫土對(duì)聚羧酸減水劑的層間吸附，使得水泥凈漿流動(dòng)度有大幅度提高，其中聚乙二醇-1000作為抗泥復(fù)配劑的抗泥效果最佳。
XiaoKang Li 等使用聚乙二醇和和硫酸鹽木質(zhì)素進(jìn)行合成，自制了一種抗泥犧牲劑。研究發(fā)現(xiàn)，該犧牲劑與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配使用，摻入到含有蒙脫土的水泥漿體中，水泥漿體仍表現(xiàn)出較好的流動(dòng)性。這是因?yàn)檫@種抗泥犧牲劑的空間位阻效應(yīng)要強(qiáng)于聚羧酸結(jié)構(gòu)， 優(yōu)先插入到蒙脫土的層間，從而阻止了蒙脫土吸附聚羧酸減水劑分子，抗泥效果顯著。
王方剛等合成了一種季銨鹽型陽(yáng)離子聚合物，作為抗泥劑與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配使用。實(shí)驗(yàn)表明，在摻加蒙脫土的水泥漿體中使用這種抗泥犧牲劑，可以顯著提高聚羧酸減水劑對(duì)水泥漿體的分散能力和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度。研究發(fā)現(xiàn)，該種抗泥劑的陽(yáng)離子端與蒙脫土的親和力較高，可優(yōu)先吸附在蒙脫土上，阻止了蒙脫土吸附聚羧酸減水劑。
王林龍分別使用聚乙二醇 -4000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀這三種添加劑與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配，并且測(cè)試了對(duì)蒙脫土摻入水泥的凈漿流動(dòng)度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單摻的情況下，聚乙二醇 -4000和三甲基十六烷基溴化銨在合適的摻量范圍內(nèi)對(duì)摻聚羧酸減水劑含蒙脫土砂漿擴(kuò)展度提高幅度要比氯化鉀大;聚乙二醇 -4000 和氯化鉀對(duì)砂漿的強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響，但是三甲基十六烷基溴化銨則會(huì)嚴(yán)重降低砂漿的強(qiáng)度。結(jié)果表明，聚乙二醇 -4000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀能夠減少粘土對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量，能夠抑制蒙脫土的膨脹，從而減少對(duì)聚羧酸減水劑的吸附，同時(shí)也減少了對(duì)拌合水的吸附。這也是這三種抗泥劑能夠抑制粘土對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度負(fù)效應(yīng)影響的主要原因。
吳昊使用丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸鈉進(jìn)行自由基聚合，制得抗泥劑。該種抗泥劑與聚羧酸減水劑復(fù)配，在內(nèi)摻蒙脫土的水泥體系中，水泥漿體的分散能力有顯著提高，并且強(qiáng)度等性能也沒(méi)有負(fù)面影響。這是因?yàn)樵撽?yáng)離子抗泥劑，能夠減少粘土對(duì)聚羧酸減水劑的吸附，從而抑制蒙脫土的膨脹，這也是該種抗泥劑能夠抑制粘土對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度負(fù)效應(yīng)影響的主要原因。
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結(jié)語(yǔ)
綜上所述，國(guó)內(nèi)外的研究者為了提高聚羧酸減水劑的抗泥性能進(jìn)行了大量研究，采用的最主要的兩種方法就是接入抗泥功能單體和抗泥犧牲劑的復(fù)配，而這兩種方法都能在一定程度上提高聚羧酸減水劑的抗泥性能， 結(jié)果是顯而易見(jiàn)的。所以在這基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行更多的研究和思考，可以探究更多的基團(tuán)，開(kāi)展深層次的分子設(shè)計(jì)與合成，以及對(duì)性能和機(jī)理的探討，以進(jìn)一步提高抗泥保坍效果。并且對(duì)研究合成的減水劑在不同條件下進(jìn)行混凝土性能測(cè)試，將聚羧酸的抗泥措施進(jìn)一步廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)真正與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。
聚羧酸減水劑抗泥方法研究綜述 最新評(píng)論:
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