聚羧酸系高性能減水劑應(yīng)用技術(shù)問題 |
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2015-07-07 22:14:46 |
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隨著高性能混凝土技術(shù)的發(fā)展，特別是今后混凝土不但性能要高，而且必須向著綠色的，與環(huán)境和諧相處的可持續(xù)發(fā)展方向發(fā)展。聚羧酸系減水劑做為第三代減水劑， 由于它在高性能混凝土中發(fā)揮了不可替代的優(yōu)勢，本身與環(huán)境友好的特點，在國內(nèi)外已得到了普遍的認(rèn)可。聚羧酸系減水劑從1986年日本觸媒公司首次將產(chǎn)品打入市場至今也不過短短的20年時間。國內(nèi)近幾年來（進(jìn)入21世紀(jì)以后），也給予極大的關(guān)注，最近這些年發(fā)展勢頭更加洶涌。僅僅四五年時間，進(jìn)入商品領(lǐng)域的 生產(chǎn)廠家由幾家發(fā)展到了幾十家。不少科研單位，高等院校都擁有了自主的知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品進(jìn)入了各種工程用混凝土領(lǐng)域。國內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)近年建設(shè)的一些標(biāo)志性工程，幾乎都使用了聚羧酸系高減水劑，如上海磁懸浮列車軌道梁工程，北京奧運主場館工程、三峽工程、首都國際機(jī)場擴(kuò)建工程、杭州灣跨海大橋工程，大小洋山深水港 工程，北京--天津城際軌道交通工程等，都取得了滿意的效果，同時也積累了許多的應(yīng)用技術(shù)方面的經(jīng)驗，也發(fā)現(xiàn)了不少應(yīng)用技術(shù)中的新問題。對于空軍的軍用機(jī)場自密實水泥混凝土道面施工技術(shù)規(guī)范，在這些混凝土中也都考慮主要使用聚羧酸系高減水劑，為此，從06年就開展了相關(guān)的試驗研究工作。
對于聚羧酸系高性能減水劑應(yīng)用技術(shù)工作，在嘆服聚羧酸系高性能減水劑優(yōu)越性能的同時，也發(fā)現(xiàn)了一些應(yīng)用當(dāng)中出現(xiàn)的各種問題，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)對長期習(xí)慣于應(yīng)用以萘系為主的高效減水劑的人會感到非常不合常理，或者叫做在我們的預(yù)料之外，這與我們對聚羧酸系高減水劑原來過高的期望值產(chǎn)生了差距。人們原本期望新的外加劑不但性能優(yōu)越而且能解決混凝土其它組分的在的一些問題，因為聚羧酸系高減水劑的“適應(yīng)性”很好。過去已經(jīng)習(xí)慣了一種好的外加劑應(yīng)當(dāng) 能解決一切混凝土性能方面的問題，當(dāng)混凝土出現(xiàn)了性能方面的問題，人們首先向外加劑供應(yīng)方提出要求，而外加劑廠商也習(xí)慣了立即用各種復(fù)配手段來滿足要求，很少或不能去考慮其它方面的原因，只能在復(fù)配原料及相對參量上去做文章，往往是事倍而功半。那么如何正確的使用聚羧酸系高減水劑使之發(fā)揮更好的效果，主要有下幾個方面：
1、 聚羧酸系高減水劑有著不同于第一、二代減水劑的作用機(jī)理，實際上聚羧酸系高減水劑是由一種全新理念來研制的，它不同于第二代高效減水劑之處就在于：一是分子結(jié)構(gòu)的多樣性和可調(diào)節(jié)性，或叫做可以根據(jù)性能要求來設(shè)計分子結(jié)構(gòu)。二是把高效減水劑的優(yōu)點進(jìn)一步濃縮和提高，并且在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了綠色無污染。
從減水劑的作用機(jī)理上，聚羧酸系減水劑集中體現(xiàn)了表面活性劑分子中活性基團(tuán)的多樣性。不但活性基團(tuán)的種類多且這些基團(tuán)不僅集中在分子主鏈上，更活躍在嫁接于 主鏈的側(cè)枝上。形成極性較強(qiáng)的分子主鏈，以及帶有親水性的有一定長度和數(shù)量的側(cè)鏈，分子結(jié)構(gòu)呈梳型。主鏈很強(qiáng)的極性陰離子“錨固”基團(tuán)用以吸附在水泥顆粒上，由眾多支鏈支撐的向外伸展的梳齒結(jié)構(gòu)為水泥粒子的進(jìn)一步分散提供了充分的空間排列效應(yīng)。相比于萘系高效減水劑的雙電層電性斥力作用，空間位阻作用使分散保持的時間要長得多。如日本觸媒的hs-1型分散保持型產(chǎn)品在混凝土拌合后，其流動性可以保持2個小時基本不損失。
適當(dāng)?shù)母淖兙埕人嵯蹈邷p水劑梳型結(jié)構(gòu)，使側(cè)鏈的密度與長度適當(dāng)變化時，又可得到適用于預(yù)制構(gòu)件用的高減水，高早強(qiáng)型減水劑。
由此不難看出，聚羧酸系減水劑它的特點在于，可以按要求來調(diào)整、改變分子結(jié)構(gòu)，達(dá)到改變性能的目的。而不是用簡單復(fù)配來改性，基于這種認(rèn)識，或許對我們今后應(yīng)用技術(shù)的提高有所啟發(fā)。
2、聚羧酸系減水劑對膠結(jié)材料的適應(yīng)性問題
工程應(yīng)用中表現(xiàn)為，不同水泥，不用粉煤灰聚羧酸系高減水劑也有適應(yīng)性問題，尤其是對粉煤灰更為“挑剔”,而磨細(xì)礦粉適應(yīng)性要好一些。
水泥的適應(yīng)性主要表現(xiàn)于：不同品種水泥，聚羧酸系高減水劑的飽和點有很大差別，舉例；盾石水泥摻1.%時（20%濃度）效果就很好，而前景水泥摻則需摻 1.2%.而且在混凝土飽和點附近變化十分明顯，例如前景水泥在摻1.0%到1.1%時變化均不明顯，只有加到1.2%,才表現(xiàn)出較好的狀態(tài)，一旦超過 1.2%時又會很快泌水，對摻量變化很敏感，因此對不同水泥找飽和點十分重要。但是往往遇到這種情況；使用方根據(jù)資料介紹，規(guī)定只準(zhǔn)摻1.0%,在此摻量下如果選用的水泥適應(yīng)性不好，外加劑提供方則很難辦，采用復(fù)配的辦法往往收效甚微。
聚羧酸系高減水劑與粉煤灰也有適應(yīng)性問題，一級灰適應(yīng)性好，二、三級灰不適應(yīng)情況較多，此時即使加大聚羧酸的摻量效果也不明顯。究竟是粉煤灰中的哪些成分的影響，尚需進(jìn)一步研究。
常常是某一種水泥或粉煤灰對外加劑適應(yīng)性不好時，當(dāng)你換另外一種外加劑仍不能完全滿意。最終可能還得更換膠凝材料，但是有些不明就理的用戶往往懷疑是外加劑品質(zhì)性能不好，這就有失公平了。
3、砂子的含泥量問題
當(dāng)砂子的含泥量較高時，聚羧酸系減水劑的減水率會明顯降低。使用萘系減水劑往往用增加一些摻量來解決。聚羧酸系減水劑在增加摻量時變化不明顯，很多的情況是當(dāng)流動度還沒有達(dá)到要求，混凝土已經(jīng)開始泌水了。此時再用調(diào)砂率或是增加含氣量，或是加增稠劑效果都不會很好。最好的辦法還是降低含泥量。像鐵道部“客專 線高性能混凝土技術(shù)條件中”要求的含泥量至少要低于3%。
4、引氣性問題
聚羧酸系減水劑在生產(chǎn)過程中往往會保留一些降低表面張力的表面活性成分，因此它具有一定的引氣性。這些低表面張力的成分不同于傳統(tǒng)的引氣劑，引氣劑的生產(chǎn)過程中由于考慮到了產(chǎn)生穩(wěn)定、細(xì)小、封閉氣泡的一些必要條件，引氣劑中會增加這些有效成分，從而使帶入混凝土的氣泡既能滿足含氣量的要求，又不會對強(qiáng)度等性能產(chǎn)生不利影響。聚羧酸系減水劑在生產(chǎn)過程中，含氣量有時可高達(dá)8%左右，如果直接使用對強(qiáng)度影響是不利的，因此目前采取的做法是先消泡、再引氣。消泡劑廠家往往可以提供，而引氣劑有時需要應(yīng)用單位自己選擇，不同分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸系減水劑對不同的引氣劑也是有選擇性的，而且與攪拌方式很有關(guān)系。例如在試驗室中試配混凝土含氣量可以滿足要求，到現(xiàn)場澆注時再取樣，含氣量就變了，這一點尤其要引起注意。其原因可能是由于攪拌方式，攪拌時間所引起的。
聚羧酸減水劑成分中含有低表面張力的物質(zhì)對混凝土來說也有其有利的一面。從某種意上來說好比事先加入了一些減縮劑，因此聚羧酸減水劑的混凝土收縮值要小于普通高效減水劑，帶來混凝土體積穩(wěn)定性好的優(yōu)良性能。
5、聚羧酸減水劑的摻量問題
公認(rèn)聚羧酸減水劑的摻量低，減水率高、坍落度保持好。但在應(yīng)用中也出現(xiàn)以下問題：
?、?nbsp;摻量在水膠比小時十分敏感，且表現(xiàn)出有更高減水率，而在水膠比大時（一般>0.4以上時），減水率及其變化就不那么明顯了。究其原因可能與聚羧酸系減水劑的作用機(jī)理有關(guān)，它的分散、保持作用在于分子結(jié)構(gòu)形成的空間位阻效應(yīng)，大水膠比時水泥分散體系中已經(jīng)有足夠水分子的間隔作用，因此聚羧酸分子的空間位阻作用自然就要小一些了。
② 膠凝材料用量大時摻量影響更為明顯而膠凝材料總量小時差一些。在相同條件下，當(dāng)膠凝材料總量<300㎏>400㎏/ m3時的減水率，而且在水膠比大，凝材料用量小時還會有疊加的效果。這說明聚羧酸系減水劑的應(yīng)用也是有它的范圍的。實際上這種減水劑就是針對高性能混凝土而研制的，所以無論從它的性能上、價位上它都更適合于應(yīng)用于高性能混凝土。而就我國目前的市場情況來看，還達(dá)不到聚羧酸系減水劑取代其它品種的時代，我們對此應(yīng)有清醒的認(rèn)識。
6、關(guān)于聚羧酸系減水劑的復(fù)配問題
自從高效減水劑問世以來，為了進(jìn)一步改善它的性能，也為了降低一定的成本，常常采用不同的外加劑進(jìn)行簡單的復(fù)配使用，這種復(fù)配往往能取得1+1>2的作用，通常稱之為超疊效應(yīng)。目前使用的除聚羧酸系減水劑以外的減水劑幾乎很少有單獨使用的，近二三十年來我國的外加劑復(fù)配技術(shù)應(yīng)當(dāng)說是國際領(lǐng)先的。在很多生產(chǎn)商和用戶的潛意識里，任何混凝土性能方面的要求都可以用復(fù)配技術(shù) 來解決。這實際上形成了對外加劑的依賴，無論是應(yīng)當(dāng)由外加劑來解決的問題，還是由于原材料的變化甚至劣化造成的混凝土性能差，都可以向外加劑供應(yīng)方提出，由他們來解決。
這種思維方式同樣應(yīng)用于聚羧酸系減水劑時就出現(xiàn)了問題。
?、偈紫人耆荒芘c萘系減水劑復(fù)配，兩種減水劑若使用同一設(shè)備，在未徹底清洗干凈時也會產(chǎn)生影響。因此現(xiàn)在往往要求聚羧酸系減水劑最好單獨使用一套設(shè)備。但可喜的是目前華迪合成材料公司，最近推出了一種清洗劑，對于兩種減水劑設(shè)備交替使用時的清洗有比較滿意的效果。
聚羧酸系減水劑與其他減水劑復(fù)配雖然沒有像萘系那樣完全不相容，但效果顯然不理想。筆者認(rèn)為這種復(fù)配方法是不適合聚羧酸系減水劑的。這種減水劑研制的初衷就是通過分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計來滿足混凝土性能要求，因此聚羧酸系減水劑是以分子結(jié)構(gòu)的可設(shè)計和多樣性來滿足不同的要求。國外一些著名公司已逐漸開發(fā)出采用不同原料，生產(chǎn)具有不同組分，性能差異顯著、型號、功能各異，形成系列化的產(chǎn)品。而國內(nèi)還在剛剛起步，目前生產(chǎn)廠還只能生產(chǎn)單一的或一兩種產(chǎn)品，而且廠家之間因生產(chǎn)原料與工藝的差異產(chǎn)品不可能像萘系一樣，既使是不同廠家，其性能也大致相同。這些都會造成應(yīng)用時的不適應(yīng)。
針對目前情況，如果選用聚羧酸系減水劑，最好不要復(fù)配其它減水劑。但是不同類型的聚羧酸系減水劑利用其性能互補是可以復(fù)配的。如用日本觸媒的減水型hw-1型與保塑型hs-1復(fù)配結(jié)果減水率又高，保塑性能又好。
?、谂c其它外加劑復(fù)配：
由于聚羧酸系減水劑的結(jié)構(gòu)特點，它與其他外加劑相容性都較其它高效減水劑差。目前的使用情況與聚羧酸鹽復(fù)配相容性較好的有引氣劑（也不是全部引氣劑都一 樣），很大的原因是引氣劑的摻量低，首先能與聚羧酸系減水劑“相溶”才能進(jìn)一步相容，互補。其次緩凝劑中的葡萄糖酸鈉相容性也較好。
而與其他的無機(jī)鹽類外加劑相容性很差。如早強(qiáng)劑、防凍劑等，首先是溶解性能很差，很難復(fù)配。例如：為了提高液體速凝劑的性能，曾試驗復(fù)配各種減水劑，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)聚羧酸系減水劑由于相容性差，在攪拌過程中形成油狀物漂浮在表面。在按傳統(tǒng)的方法復(fù)配防凍劑時也遇到了不相容的問題。
因此想用傳統(tǒng)的簡單復(fù)配方法來對聚羧酸系減水劑改性的做法是不合適的7、關(guān)于聚羧酸系減水劑的ph值問題
目前所能見到的聚羧酸系減水劑產(chǎn)品，其ph值較之其他高效減水劑都偏低，有些只有6-7,因此都要求貯存于玻璃鋼、塑料等容器中，而不能長期的放于金屬容器中。一方面會引起聚羧酸系減水劑變質(zhì)、另一方面長期的酸性侵蝕、金屬容器的壽命及貯運系統(tǒng)的安全性存在問題。
由此似乎又引伸出另一個問題：關(guān)于使用聚羧酸系減水劑的混凝土的長期安全性問題；偏酸性外加劑的使用會否對混凝土中的鋼筋產(chǎn)生不良影響？又會影響到何種程度。會不會加速了混凝土的中性化，對混凝土的耐久性有沒有影響。這些問題因為聚羧酸系減水劑的應(yīng)用時間還不長，有些長期性能尚沒有表現(xiàn)出來，曾有人發(fā)出過 質(zhì)疑，但尚無人能回答。
聚羧酸系減水劑作為新一代高性能混凝土用減水劑無疑具有突出的優(yōu)勢和強(qiáng)大的生命力。但任何新生事物也都具有它的兩面性，只有善于發(fā)現(xiàn)它的優(yōu)勢，改進(jìn)它的不足， 正確認(rèn)識應(yīng)用它才能取得最大的效果。今后如何進(jìn)一步針對性的開展聚羧酸系減水劑的生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)的研究將是任重而道遠(yuǎn)的。今后如何進(jìn)一步針對性的開展聚羧酸系減水劑的生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)的研究將是任重而道遠(yuǎn)的。