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1、聚羧酸超塑化剂对水泥净浆流变性能的影响中国混凝土与水泥制品网 2006-12-18 收藏本页 打印本页傅乐峰 冯中军 马临涛 沈军 林忠斌 俞明辉 郑柏存 (1.上海三瑞高分子材料有限公司，上海，200237；2.华东理工大学资源与环境工程学院，上 海，200237) 摘要:应用回转粘度计研究了甲基丙烯酸共聚物和马来酸酐共聚物两种聚羧酸超塑化剂对水泥 浆体流变性能的影响。考察了水灰比、超塑化剂分子结构以及掺量等影响因素。结果表明水泥 净浆的流变参数的变化比较好的符合了水泥净浆工作性的变化。关键词：聚羧酸 超塑化剂 混凝土 流变性能1、前言新拌混凝土被认为是一种 Bingham 流体1。混凝土流
2、变学的研究主要集中在新拌混凝土 的特性(即一般认为的稳定性和工作性)或硬化混凝土的性能(徐变和松弛等等)以及水泥净 浆流变学。1-6外加剂特别是高效减水剂对水泥浆体的流变性能有很大的影响7,8。目前关于这 方面的研究，文献报道主要集中在萘系、三聚氰胺等高效减水剂。对于聚羧酸超塑化剂对水泥 浆体流变学的研究比较少。本文研究了甲基丙烯酸共聚物和马来酸酐共聚物两种不同结构聚羧 酸超塑化剂对基准水泥浆体流变性能的影响。考察了水灰比、超塑化剂分子结构以及掺量等影 响因素。2、试验2.1 材料2.1.1 超塑化剂(1) 甲基丙烯酸共聚物(PCA)甲基丙烯酸共聚物的化学结构式见图 1，共聚物合成参考文献 9
3、。共聚物中聚醚侧链的 平均长度约16mol (n=16),甲基丙烯酸占共聚物质量的21%,通过GPC测得共聚物的重均分子 量(Mw)平均值为18000,分子量分布(Mw/Mn)系数D=3.1。ch3ch3CHr|MCHrcb0080ONaOEO)nCT3图 1 甲基丙烯酸共聚物的化学结构( 2)马来酸酐共聚物( PCM)马来酸酐共聚物的化学结构式见图 2,共聚物合成参考文献 10。共聚物中聚醚侧链的平 均长度约为35mol (n=35)，聚醚基单体占共聚物质量的83%，马来酸酐占共聚物质量的15%, 通过GPC测得共聚物的重均分子量平均值为15400,分子量分布系数D=4.7。图 2 马来酸酐
4、共聚物的化学结构2.1.2 基准水泥 由中国建筑材料科学研究院提供，化学成分及物性见表 1、2 所示。表 1 基准水泥化学分析及矿物组成SiO2Al O2 3FeO2 3CaOMgOSO3Na OeqLOSSf-CaOCS3C A320.634.292.7263.152.183.030.601.930.7051.996.61表 2 基准水泥物理性能细度比表面 积标准稠 度安定性凝结时间抗折强度抗压强度初凝终凝3天28天3天28天1.232227.0合格2： 473： 385.49.328.054.12.2 仪器ARES（Adanced Rheology Expanded System,高级流变
5、扩展系统），美国TA仪器公司；NJ -160A型水泥净浆搅拌机，无锡锡仪建材仪器有限公司；NJ-160A型水泥净浆搅拌机：无锡锡 仪建材仪器有限公司； NLD-2 流动度测定仪：无锡锡仪建材仪器有限公司。2.3 试验方法固定水泥30g，称取一定量的水和超塑化剂于一烧杯中，迅速用玻璃棒搅匀，倒入高级 流变扩展仪中。在转速100r/min,28C的条件下，测定水灰比w/c为0.200.35，不同超塑 化剂掺量时的水泥净浆的流变参数。3、结果与讨论3.1 水灰比对净浆流变性能的影响a） Kto o o o o o o o4 2 o 00 6 4 21X 1X iI（c）图3 甲基丙烯酸共聚物在不同水
6、灰比下对水泥净浆流变参数的影响（a）扭矩、（b）粘度、（c）剪切力空白w/c=0.35是指在w/c=0.35，不掺加聚羧酸超塑化剂；其他超塑化剂掺量为：水泥量的 0.22%时间（minw/c=O. 30 w/c=0.-35图4 马来酸酐共聚物在不同水灰比下对水泥净浆粘度的影响超塑化剂掺量为水泥量的 0.22%由图3、4 可知，无论是用甲基丙烯酸共聚物还是用马来酸酐共聚物作为超塑化剂，水 泥净浆的流变参数随着时间的延长都有一个先下降后上升的趋势。这是因为在流变仪开始旋转 时，水泥浆体中水、水泥颗粒以及聚羧酸超塑化剂有一个均匀混合的过程。在这一过程中随着 聚羧酸超塑化剂在水泥颗粒表面的吸附而开始产
7、生分散作用，因而水泥净浆的粘度、扭矩、应 力减小。之后随着水泥水化反应的进行，水泥净浆的粘度开始上升，上升的速度与加入超塑化 剂的种类和水灰比有关。显然，在水泥水化反应过程中，聚羧酸超塑化剂的加入显著提高了水泥浆体的流变性能。但是 这种影响程度大小和水灰比有关。水灰比在 0.25-0.35 的范围内，聚羧酸超塑化剂对水泥浆体 流变性的影响作用几乎相似。在较大水灰比下，聚羧酸超塑化剂的作用反而有所下降。换而言 之，聚羧酸超塑化剂更适合在低水灰比下发挥作用。当w/c0.35时，试验中观察到拌和物 有离析的趋势。产生这种现象的原因是由于毛细管吸附水和絮凝水的增加。由于超塑化剂可以 使拌和物的总用水量
8、下降，极小的用水量的增加都会显著地影响混凝土拌和物的稳定性引发离 析，因此此时如再继续增加超塑化剂的用量就无意义了。为了到达同样的工作性，当 w/ c 增 加时，可以降低超塑化剂的掺量；当 w/ c 降低时，必须增加超塑化剂的掺量。试验结果表明， 超塑化剂对塑性粘度的影响取决于拌和物的w/c,当w/c0.35时，所研究的2个超塑化剂 对塑性粘度的作用都不明显。水泥浆体的粘度随着水泥水化反应的进行而上升，体现在净浆上是流动度的经时损失。 表3是掺有不同结构超塑化剂的基准水泥净浆经时流动度。表 3 掺有不同结构超塑化剂的基准水泥净浆经时流动度聚羧酸超塑化剂初始（mm）60min (mm)90min
9、 (mm)PCA200174170PCM277204187w/c=0.30，超塑化剂掺量为水泥量的0.22%水泥净浆的流变参数的变化比较好的符合了水泥净浆工作性的变化。在基准水泥上，掺有马来酸酐共聚物超塑化剂的水泥浆体初始粘度小，净浆流动度大，后来黏度迅速上升，在净浆上显示就是流动度经时损失大。掺有甲基丙烯酸共聚物的水泥浆体初始粘度相对较大，净浆初始流 动度较小，浆体黏度上升较慢，所以净浆流动度经时损失较小。因此，可以用流变学参数来表 征超塑化剂在某种水泥上的适应性问题。3.2 聚羧酸超塑化剂的掺量对水泥净浆流变性能的影响0.50%0,80%ID,00ft0.5%-1.00%-*-5.00%a
10、）0. 20.80%1.00% -*-5.00% 亠1曲* 0%-0.25%0.50%1.2（b）图4 马来酸酐共聚物的掺量对水泥净浆扭矩、粘度的影响（a）扭矩变化（b）黏度变化水灰比w/c 0.35从图4 可知，随着聚羧酸超塑化剂掺量的增加，水泥浆体的粘度先减小；添加量达到一定程度 后（液体掺量0.80%-1.0%，折固掺量0.18-0.22%），浆体黏度反而增加。因此，超塑化剂有 一个最佳的掺量范围。掺量太小，作用不明显；掺量太大工作性没有提高反而下降。4、参考文献1 石云兴，杨世浩，宁中南等.微细粉体在新拌混凝土中的表面物理化学作用J混凝土(C oncrete)， 1999(5)：15-
11、192 张雄，韩继红，郭利群等.特殊混合材对水泥浆流变性的影响J.同济大学学报(J Ton al Univ) ， 1998， 26：299-3023 STEFANIE G， GRZEGORZ LEffect of content and particle size distribution of hi ghcalcium fly ash on the rheological properties of cement pasteJ CCR， 1997， 2 7：907-9164 Gjorv O E Workabi1ity：A New Way of TestingJ Concrete Intern
12、ational， 1 998， 20(9)：57-605 Hu C, Larrard F The Rheology of Fresh High performance ConcreteJ Cement and Concrete Research ， 1996，(2)：283-2946 朱宝林，黄新，马保国，朱洪波低水灰比大流动度水泥净浆流变参数的测试方法J 混 凝土， 2005， No.67 左彦峰，隋同波，王栋民超塑化剂对新拌水泥浆体流变性的影响J.混凝土，2004, N o.98 冀秀君，张彩文，必振军超塑化剂JUS对水泥浆体流变性能的影响分析及其作用机理 J 水泥技术， 2005， 29 冯中军、傅乐峰、王肖峰等新型聚羧酸系超塑化剂的研制J.中国混凝土外加剂，200 5(3)：18-2110 沈军、傅乐峰、冯中军等.聚醚基超塑化剂的合成及其性能研究J混凝土，2005 (6)： 61-64原作者： 傅乐峰 冯中军 马临涛 沈军 林忠斌 俞明辉 郑柏存中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处)
