基于TPEG和VPEG单体早强型聚羧酸减水剂的试验研究.pdf
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1、2023年7 月第3 9 卷第4期文章编号:2 0 9 5-19 2 2(2 0 2 3)0 4-0 7 3 1-0 7沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University(Natural Science)Jul.2023Vol.39,No.4doi:10.11717/j.issn:2095-1922.2023.04.18基于 TPEG和VPEG单体早强型聚羧酸减水剂的试验研究戴?民,郭婧雯,常兴科,周贤明(1.沈阳建筑大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110 16 8;2.山西省高速公路集团有限责任公司,山西太原0 3 0 0 0 6;3.
2、中海建筑有限公司,广东深圳5 18 0 0 0)摘要目的为了满足混凝土预制构件生产对减水剂早强功能的需求,开展早强型聚羧酸减水剂的试验研究。方法采用TPEG、VPEG 两种大单体,调整酸醚比与链转移剂用量,合成了两种聚羧酸减水剂;通过水泥净浆流动度、水化放热速率、胶砂强度、XRD等实验,分析不同减水剂对水泥的分散性能和强度的影响。结果随酸醚比的增加,掺加两种单体减水剂的水泥净浆流动度均先增加后减小,链转移剂用量变化对水泥净浆流动度无明显影响;掺加减水剂后,水泥水化放热速率有不同程度的降低,影响较小的是TPEG-4:1-0.31和VPEG-4.5:1-0.26减水剂;标准养护和蒸汽养护条件下,V
3、PEG-4.5:1-0.26减水剂各龄期的强度都是最高的,XRD结果显示掺此种减水剂的净浆样品生成了更多的Ca(OH)2。结论采用VPEG大单体,通过调整酸醚比和链转移剂掺量,可制备出有利于水泥砂浆早期强度增长的聚羧酸减水剂,VPEG-4.5:1-0.26减水剂更符合预制构件生产的早强要求。关键词预制混凝土构件;TPEG;VPEG;早强;蒸汽养护中图分类号TU528.1文献标志码AStudy on Early-strength PolycarboxylateSuperplasticizers Based on TPEG and VPEG MonomersDAI Min,GUO Jingwen,
4、CHANG Xingke,ZHOU Xianming(1.School of Materials Science and Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang,China,110168;2.ShanxiExpressway Group Co.Ltd.,Taiyuan,China,030006;3.China Overseas Construction Limited,Shenzhen,China,518000)Abstract:In order to meet the requirement of early strength of
5、polycarboxylate superplasticizer inthe production of precast concrete components,two kinds of polycarboxylate superplasticizer weresynthesized by using TPEG and VPEG macromonomers,adjusting the ratio of acid to ether and the收稿日期:2 0 2 2-0 3-2 2基金项目:国家自然科学基金项目(5 19 0 8 3 7 8)作者简介:戴民(19 7 3 一),男,副教授,从
6、事高性能混凝土、外加剂及新型建筑材料等方面研究。732amount of chain transfer agent.The effects of different superplasticizers on the dispersion propertyand strength of cement were evaluated by experiments on the fluidity of cement slurry,hydrationheat release rate,cement mortar strength and XRD.With the increase of acid-eth
7、er ratio,thefluidity of cement paste mixed with two monomer superplasticizer first increased and thendecreased,and the influence of the change of the amount of chain transfer agent on the fluidity ofcement paste was not obvious.After adding superplasticizer,the heat release rate of cementhydration d
8、ecreases in different degrees,and TPEG-4:1-0.31 and VPEG-4.5:1-0.26superplasticizer has less influence.Under the conditions of standard curing and steam curing,thestrength of VPEG4.5:1-0.26 superplasticizer at each age is the highest,and XRD results showthat more Ca(OH)2 is generated in the samples
9、doped with the superplasticizer.Using VPEGmacromonomer,polycarboxylate superplasticizer which is beneficial to the early strength growth ofcement mortar can be prepared by adjusting the ratio of acid to ether and the content of chaintransfer agent.VPEG-4.5:1-0.26 superplasticizer is more in line wit
10、h the early strengthrequirements of precast component production.Key words:precast concrete component;TPEG;VPEG;early strength;steam curing沈阳建筑大学学报(自然科学版)第3 9 卷聚羧酸减水剂具有减水率高、掺量低、分子结构可调性强等优点,且生产过程中不使用甲醛1-2 ,是我国目前混凝土生产中用量最大的减水剂品种。为适应施工环境的复杂性、混凝土原材料的多样性以及满足混凝土各种性能需求,功能型聚羧酸减水剂已逐渐成为减水剂领域研究的热点。随着现代建筑工业化的发展
11、,装配式建筑越来越多,混凝土预制构件的规模化使用十分普遍。由于混凝土预制构件需达到规定强度后才能拆模,为缩短拆模周期,提高模具周转效率,因而要求聚羧酸减水剂必须具有良好的早强功能。早强型聚羧酸减水剂还能较好地适应PC构件的少蒸养环境。少蒸养、低能耗,可以达到降低碳排放量、提高效率、节约资源的效果3 现阶段早强型聚羧酸减水剂的研制主要有两种手段4,一是优化分子结构设计,如调整聚羧酸减水剂主链、侧链密度或接枝具有早强功能的小单体5-8 ,得到短主链、长侧链形态的分子,以提高减水剂的早强性能;二是与早强剂复配获得早强型聚羧酸减水剂。Lai Guangxing等9 以HPEG作为大单体,通过调整巯基乙
12、酸的用量,合成侧链长度不同的具有早强功能的聚羧酸减水剂,发现侧链越长,早强效果越好。熊旭峰等10 1分别用丙烯酰胺(AM)和N羟甲基丙烯酰胺(HAM)代替10%的丙烯酸(AA)合成具有早强功能的聚羧酸减水剂,与不含酰胺单体的普通聚羧酸减水剂相比,AM可使水泥砂浆1d龄期的抗压强度提高3 4.7%,HAM可使水泥砂浆3 d龄期的抗压强度提高26.1%。逢建军等1 通过试验得出,随着酸醚比的增加,掺聚羧酸系高效减水剂混凝土的早期强度降低,而增加侧链的长度会提高混凝土的早期强度,引人阳离子单体DAC可提高混凝土的早期强度,但减水率略有下降。张鹏12 1 发现两性型聚羧酸减水剂PC-E与有机早强剂C1
13、cH34O复配后,混凝土在蒸养条件下1d龄期的抗压强度与不加早强剂的混凝土强度比为10 4%。小山宏光等13 将含C-S-H纳米颗粒的早强剂与聚羧酸减水剂进行复配,添加4%早强剂的混凝土在60蒸养条件下5.5 h的抗压强度与不添加早强剂的7 h抗压强度几乎相同,实际应用于预制构件厂,可做到提前1h脱模,且构件表面光滑完整,无缺损和裂痕。羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚(VPEG)是近些年来逐渐发展起来的六碳大单体,与以往的聚醚大单体的起始剂不同,VPEG采用4-羟丁基乙烯基醚,为 C6 型起始剂。C4+2的第4期结构性能与五碳单体(异戊烯醇聚氧乙烯醚,TPEG)相比,具有更高的反应活性,合成的聚合物侧链
14、分布更加均匀,具有配制时间短、反应温度低等优点14。笔者采用TPEG和VPEG两种大单体制备聚羧酸减水剂,通过测试,分析它们对水泥水化速率、胶砂强度的影响,力求制备出能有效加快水泥水化并提高胶砂早期强度的减水剂。1 试验1.1原原材料减水剂合成原材料。TPEG和VPEG大单体,相对分子质量均为3 0 0 0,工业级;丙烯酸(AA)、巯基丙酸(MPA)、甲醛次硫酸氢钠(CH,(O H)SO,Na)、氢氧化钠(NaOH)和抗坏血酸(Vc),均为化学试剂,分析纯;过氧化氢(H,O,),化学试剂,浓度3 0%。性能测试用材料。水泥为普通硅酸盐水泥,强度等级为42.5;细骨料为石英砂,细度为0.42 5
15、 0.8 5 m(2040目)。1.2聚羧酸减水剂合成工艺按比例分别称取大单体试剂和水,倒人四口烧瓶中,由恒温水浴锅控制TPEG减水剂合成初始温度为2 5,VPEG减水剂合成初始温度为15。使用电动搅拌器搅拌至大单体完全溶解后,加入引发剂,持续搅拌12min后同时滴加A、B料(A料为丙烯酸水溶液,B料为还原剂和链转移剂的水溶液),滴加完毕后,恒温下持续搅拌1h,最后使用质量浓度为2 0 0 mg/L的NaOH溶液中和,调节pH值为7 8,得到质量分数为40%左右的聚羧酸减水剂。1.3测试方法净浆流动度测试:净浆流动度按照混凝土外加剂匀质性试验方法(GB/T80772012)中的要求进行测试,水
16、灰比为0.29,减水剂掺量为水泥质量的0.2%。水化速率测试:采用TAMAIR型微热量仪测试水泥水化放热速率,测试时长为7 2 h。戴民等:基于TPEG和VPEG单体早强型聚羧酸减水剂的试验研究聚羧酸减水剂的分散性能2.1.1酉酸醚比对水泥净浆流动度的影响改变TPEG和VPEG两类聚羧酸减水剂的酸醚比,寻求最佳配合比。减水剂酸醚比对水泥净浆初始和1h流动度的影响如图1所示。350初始ih300F250200F150100F503:1350300u/250200150F100F初始1h503:1图1减水剂酸醚比对水泥净浆流动度的影响Fig.1Effect of acid-ether ratio
17、type polycarboxylatesuperplasticizer on fluidity of cement paste733胶砂强度测试:水泥胶砂的抗折、抗压强度按照水泥胶砂强度检验方法(ISO法)(GB/T176711999)测定,水灰比为0.5,减水剂掺量为水泥质量的0.1%。养护方式:水泥胶砂试件采取标准养护和蒸汽养护两种方式。蒸汽养护制度为常温(2 0)静置1h,升温速度15/h,65恒温3 h,2h内匀速降温至2 0,蒸养总时间为9 h。水泥水化产物分析:使用岛津XRD-7000X射线衍射仪分析水泥水化产物,铜靶,扫描速度5 deg/min。2结果与讨论2.13.5:1酸醚
18、比(a)TPEG3.5:14:1酸醚比(b)VPEG4:14.5:14.5:15:15:1734由图1(a)可以看出,对于TPEG减水剂,酸醚比对水泥净浆流动度影响较大。随酸醚比从3:1增大到4:1时,净浆流动度不断增大,最大水泥净浆初始流动度达到315 mm,1h后直径仍能保持在3 15 mm;随酸醚比继续增加,水泥净浆流动度随之减小直至失去流动度。由图1(b)可以看出,VPEG型减水剂的减水能力整体效果优于TPEG型减水剂,酸醚比对水泥净浆流动度的影响同样呈现为先增加后减小的规律。当酸醚比为3:1时,对水泥浆体的分散作用较小,浆体的初始流动度为2 8 2 mm,1 h后为215mm;当酸醚
19、比达到4.5:1时,净浆流动350300F250u/200150100500.11Fig.2Effect of dosage type polycarboxylate superplasticizer chain transfer agent on fluidity of cement paste由图2(a)可知,TPEG型减水剂对链转移剂含量的变化较为敏感,当链转移剂用量为0.16g时,相较于其他配比,此时减水效果最优。从图2(b)可以看出,VPEG型减水剂对链转移剂含量的变化敏感度不大,当链转移剂用量为0.2 6 g时,减水效果最优。2.2不同减水剂对水泥水化速率的影响根据图2 中的净浆流
20、动度结果,在TPEG减水剂中选择酸醚比为4:1,链转移剂用量分别为0.16 g和0.3 1g,两个配比记作TPEG-4:1-0.16 和 TPEG-4:1-0.31;在VPEG减水剂中选择酸醚比为4.5:1,链转移剂用量分别为0.2 6 g和0.3 1g,两个配比记作VPEG-4.5:1-0.26 和 VPEG-4.5:1-0.31。将这四个配比的减水剂样品分别掺人沈阳建筑大学学报(自然科学版)度最大,水泥净浆初始流动度达到3 3 3 mm,1 h后仍能保持在3 2 1 mm;酸醚比继续增加,水泥净浆流动度初始值虽未有大幅度减小,但1h后的流动度骤然减小,已失去流动度。2.1.2链转移剂对水泥
21、净浆流动度的影响根据净浆流动度实验,选择最大初始流动度对应的酸醚比,即TPEG减水剂的酸醚比为4:1,VPEG减水剂的酸醚比为4.5:1,调整链转移剂(巯基丙酸)用量以获得不同主链长度的聚羧酸减水剂。图2 为掺加不同减水剂的水泥净浆初始及1h流动度测试结果。400初始1 h0.160.21链转移剂用量/g(a)TPEG图2 链转移剂用量对水泥净浆流动度的影响1218时间/h图3 不同聚羧酸减水剂对水泥水化放热速率的影响Fig.3 Effect of different polycarboxylatesuperplasticizers on hydration heat of cement第3
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