水溶性纤维素醚的应用效果简介

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：对减水剂PC，减水因子可达0.16，净浆流动度超过270mm，同样净浆流动度随减水剂增加而增加，但是减水因子不会保持增加的趋势。减水剂SBC，减水因子最高达到0.12，之后随减水剂掺量增大，净浆流动度变化不再明显，其净浆流动度在250mm左右。图5.15描述了24h内三种减水剂对水泥浆电阻率的影响，其中w/c均为0.4，减水剂掺量为饱和掺量，即SBC为1%，SNF为0.8%，PC为0.3%，不同减水剂在水泥中的减水因子见表5.5。

减水剂减水因子L=∑βVW0/（∑πD30i/6）=βVw/Vf1，综合体现了减水剂（β）、水泥（Vf1）和混凝土（Vw）的三元协同影响。它是表征减水剂的减水率、混凝土用水量和水泥自身絮凝特征的一个综合参数。

（1）减水剂减水因子与水泥扩展度的关系

图5.13是不同减水剂在标准稠度用水量下，对不同水泥的净浆流动度的影响。从中可见，三种减水剂均具有减水分散作用，聚羧酸系减水剂的作用效果最明显，SNF次之。而不同水泥，化学组成存在差异，细度各不相同，减水剂吸附量存在差异，因此对流动度的影响也不同，水泥细度由大到小的顺序依次为：P.Ⅱ52.5R＞P.042.5R＞P.032.5R，以减水剂PC为例，相同掺量下，水泥净浆流动度的顺序是：P.Ⅱ52.5R＜P.042.5R＜P.032.5R。原因可能是水泥细度越大，水泥颗粒越小，相同质量的水泥中含有水泥颗粒越多，对减水剂吸附的数量越大，导致水溶液中减水剂数量减少，不利于减水剂减水作用的发挥。细度仅是影响减水剂吸附差异，或者是净浆流动度差异的一个方面，化学组成也同样影响流动度。

图5.13　不同减水剂对水泥流动度的影响

图5.14是减水因子与水泥（P.042.5R）净浆流动度的关系。从中可见，减水因子的提高有利于减水剂分散性能的提高，即流动度的增加，对于减水剂SNF，其减水因子最高达到0.13，此时净浆流动度达250mm左右，此后减水因子变化不再明显，尽管随着减水剂掺量的增加，净浆流动度出现继续增加的趋势，但是减水因子很难再随着减水剂掺量的增加而增加，说明减水因子会趋于定值。对减水剂PC，减水因子可达0.16，净浆流动度超过270mm，同样净浆流动度随减水剂增加而增加，但是减水因子不会保持增加的趋势。减水剂SBC，减水因子最高达到0.12，之后随减水剂掺量增大，净浆流动度变化不再明显，其净浆流动度在250mm左右。以上结构说明，对于不同减水剂，减水因子均趋于某恒定值，该值的大小与减水剂种类和分子结构有关，其中聚羧酸系高效减水剂的减水因子最高，净浆流动度也最大，SNF次之，而SBC的减水因子最小，对应的净浆流动度也最小。说明减水因子越大，水泥净浆流动度越高，减水剂的减水分散作用越明显。

图5.14　减水因子与水泥净浆流动度的关系

（2）减水剂减水因子与水泥水化关系

水泥中掺加拌和水后，迅速成为含Ca2+、OH-、SO2-4、K+、Na+等离子的浓溶液，这些带电离子在电场的作用下定向移动，产生电流（离子自由迁移能力与水泥水化及孔结构有密切的关系），因而可通过测试水泥浆体的电阻率来研究水泥的水化。

新拌水泥浆体的电阻率直接反映了其内部微观结构及离子浓度随时间的变化规律，间接反映出水泥水化程度与浆体结构的发展过程。有试验证明，同种水泥制备的水泥浆水灰比越低，溶解期以及诱导期的时间越短，凝结硬化期的电阻率发展速度越快，相同时间所对应的电阻率越高。尽管水泥浆拌和水不会促进或抑制水化，但能够影响水泥颗粒的分散状态、水化产物的生成及胶聚，因此水量的多少能影响水泥水化结构的形成及发展。水量增加促进水泥颗粒分散，水化活性点增多，对结构的形成与发展具有弱化作用，凝结时间随水量的增加而延长，随拌和水量的增加电阻率呈下降趋势。在溶解期，由于水量的增加，离子的溶解与迁移更为容易，同时达到离子饱和度的时间相应延后，电阻率随之降低且最低值出现时间也相应延后。同时由于水量的增加，结晶接触点相对减少，结构搭建疏松，在结构硬化时形成的孔隙率增加，形成相对疏松的结构，所以整体电阻率也相应下降。

图5.15描述了24h内三种减水剂对水泥浆电阻率的影响，其中w/c均为0.4，减水剂掺量为饱和掺量，即SBC为1%，SNF为0.8%，PC为0.3%，不同减水剂在水泥中的减水因子见表5.5。不同减水剂的掺入对水泥水化作用不同，水泥净浆中絮凝结构的形成将存在差别，因此电阻率变化情况各异。但总体来看，水泥浆体的电阻率与水化时间的关系曲线具有相同的特点，即均为水化初始阶段略有降低，随水化时间延长降至最低点后慢速上升，最后出现加速上升。Archie通过大量试验提出岩石电阻率与其液相电阻率以及与孔隙率的关系，此关系可以很好地解释新拌水泥浆水化过程电阻率变化情况。在水化较早期，水泥溶解释放出大量的离子，致使液相电阻率迅速降低，此时孔结构尚未形成，水化产物较少，水泥电阻率主要受液相电阻率影响，表现为降低趋势。电阻率达最低点以后，随水化的进行，液相电阻率的影响减弱；同时水化产物增多，浆体逐渐硬化，水泥浆的孔隙率降低，表现出电阻率升高的趋势。减水剂的加入，一方面破坏了水泥絮团，相同水灰比前提下，相当于体系中自由水增加，改变了水泥浆中离子溶解速度；另一方面水泥对减水剂的吸附作用，改变了水泥颗粒间的作用状态，进而改变了水泥浆电阻率。不同减水剂对水泥水化的影响不同，如SNF具有早强作用，加速水泥水化进程，电阻率升高较快，从图5.15可见，三种水泥的电阻率均随水化进行而高于空白对比样。而对SBC和PC，则出现相反的情况，即随着水化的进行，电阻率出现增加的趋势，但是与空白样及掺加SNF的试样相比保持在较低的水平，说明两者具有较好的流动度保持性，这与有关流动度经时损失的实验结果相吻合。

图5.15　水泥浆电阻率与水化时间的关系(www.chuimin.cn)

图5.16是电阻率随时间变化归一化曲线。从图中可见，电阻率归一化后明显地反映出电阻率随时间的变化趋势，除了P.Ⅱ52.5R水泥的空白样和掺加PC及掺加SBC的P.042.5R试样电阻率归一化曲线比较特殊以外，其他试样的电阻率变化趋势非常吻合。从减水剂减水因子的角度分析水泥水化进程，有一定影响，但是本身不能反映出减水剂的分子结构特征，因此用来解释减水剂对水泥水化的影响还需要进一步研究。

图5.16　电阻率归一化

（3）减水剂与水泥适应性

影响水泥/减水剂相容性的因素比较多，既有水泥方面的因素，也有减水剂方面的因素。由于减水因子包含减水剂特性、水泥特性以及用水量等因素，一定程度上能反映减水剂与水泥的相容性。从水泥方面来看，水泥的颗粒分布对水泥与减水剂的适应性影响包括两方面：一方面，水泥颗粒分布范围窄，其堆积空隙率大，需要更多水来填充这些空隙，自由水相应减少，外加剂掺量大，水泥与外加剂适应性差，水泥颗粒分布范围窄，情况正好相反；另一方面，水泥颗粒平均粒径小时，水泥中细颗粒较多，比表面积较大，水泥与外加剂相容性不好。水泥颗粒对减水剂分子的吸附与水泥的比表面积有关，水泥颗粒越细，意味着其比表面积越大，相同掺量减水剂，其塑化效果要差一些；同时，比表面积越大时，水泥与水接触的面积越大，水泥颗粒表面形成水膜所需水量就大，相同水灰比条件下，颗粒之间的自由水相应减少，水泥浆体流动性变差，水泥与减水剂适应性不好；另外，水泥比表面积越大，水泥与水早期反应速度加快，水化产物絮状结构形成也较快，水泥浆体流动性随时间变化明显，水泥与减水剂相容性不好。

图5.17　水泥净浆流动度经时损失

目前，大多从减水剂饱和掺量高低、5min流动度、60min后Marsh时间损失的大小、再结合浆体离析、泌水情况等几个方面的综合效果来评判减水剂与水泥的相容性。一般认为，饱和点低、Marsh时间短、Marsh时间损失小、无泌水、无离析等现象表示减水剂与水泥的相容性较好。采用净浆流动度研究减水剂与水泥相容性问题，主要研究初始流动度以及流动度随时间变化情况来反应减水剂与水泥的相容性。图5.17是饱和产量下减水剂掺加到不同水泥中水泥净浆流动度的经时损失情况。从图5.17可见，三种减水剂在不同水泥中的应用，表现出不同的流动度保持性，即反映出减水剂与水泥间不同的相容性。对于相同的减水剂，不同水泥中有不同的减水因子，如SBC在P.032.5R中L是0.14，在P.042.5R中L是0.12，在P.Ⅱ52.5R中L是0.11，净浆初始流动度分别为245mm、235mm、230mm，经时损失都较小，同样减水剂PC和SNF也反映出同样的趋势，说明对于同样的减水剂，减水因子L能反映出减水剂与水泥之间的相容性，即减水因子越大说明与水泥相容性越好。但是不同减水剂在相同水泥中应用时，较难判断减水剂与水泥相容性的优劣，如同样在P.042.5R中应用，SNF的L值高于SBC的L值，虽然其初始流动度较高，但是经时损失明显大于掺加SBC的值，反映出相容性不良的趋势，而SBC尽管初始流动度不及掺加SNF，但是经时损失非常小，因此减水因子可以评价减水剂在不同水泥中应用与水泥相容性问题，但是较难评价减水剂间与水泥相容性问题，还有待进一步完善。尽管减水因子不能全面地反映减水剂分子结构等信息，但是它是减水剂在水泥中综合表现的一个参数，在一定程度上能反映应减水剂与水泥相容性。

（4）混凝土用水量

现在混凝土配合比设计大多采用经验试配，掺加减水剂后，依然采用调试的方法，直到达到满足工艺要求的配合比。本文中提出了减水因子概念，可以根据减水因子的大小，结合减水剂饱和掺量寻求办法，尽可能少地几次调配，就可以得到适合要求的配合比。针对P.Ⅱ52.5R水泥，不同减水剂的饱和掺量已确定，而且在水泥净浆中的减水因子也已确定，因此，根据混凝土中单位水泥用量，可以很容易地确定出能满足工艺要求的单位水用量。图5.17是采用减水因子计算混凝土用水量的流程图。首先根据混凝土设计强度计算基准配合比，经过试配可得到空白混凝土的配合比，确定单位水泥用量及单位用水量，然后结合不同减水剂的减水因子，可以计算得到掺加减水剂的单位用水量，最后以此用水量试配混凝土，满足混凝土工作性要求，完成配合比设计。

为了说明SBC实际应用效果，配制C40混凝土，单位混凝土水泥用量为467kg/m3（以体积计算应为147m3/m3），最大碎石粒径为25mm，未掺加减水剂的混凝土配合比为C：S：G：W=1:1.09:2.53:0.48，坍落度为70～90mm。对于高效减水剂PC，其饱和掺量下，L=0.14，满足试验要求的单位水用量应该为172m3/m3，减水率为23%；对于高效减水剂SNF，饱和掺量下L=0.12，则满足试验要求的单位水用量应该为179m3/m3，减水率为20%；对SBC，饱和掺量时减水因子L=0.11，用水量应为183m3/m3，减水率为18%。减水剂PC、SNF及SBC分别在饱和掺量下，根据试配达到满足工艺要求的实际用水量分别为168m3/m3，179m3/m3和181m3/m3，即减水率分别为25%，21%和19%，采用减水因子进行试配时采用的用水量与实际调整得到的用水量差别分别是2.4%，0.2%，1%，说明采用减水因子进行配合比设计具有可行性。但是，从试配结果中不难发现，对于减水率越高的减水剂，采用减水因子配制与实际用水量的偏差越大，这可能是测定的减水因子是在较低水灰比下进行（0.28左右），而实际混凝土中的水灰比都是远高于测试减水因子时的用水量，因此在水泥净浆中，尽管水泥颗粒间分散的方式与水灰比为标准稠度时同样都是连续的絮凝结构，但是其中水的存在状态是不同的：水量增加时，溶剂化水膜厚度会发生变化，但其变化幅度远不及自由水增加的幅度，因此加入减水剂后，将可以分散出更多的自由水，表观上表现出减水剂的减水率增大，这种现象说明不同水灰比下，测定的相同减水剂的减水率之间存在差别。而文中研究减水因子时，避免用水量的影响，均采用标准稠度条件下进行研究。

图5.18　采用减水因子计算混凝土用水量

水溶性纤维素醚的应用效果简介

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