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                聚丙烯酰胺對水泥性質影響的試驗研究

                發布日期:2015-03-27 19:31:23

                增稠劑

                配制自密實混凝土( Self-Compacting Concrete, 簡稱see)技術路線可歸納為兩種,一是選用較多的 水泥及礦物摻合料等粉體材料,另一種是通過高性 能外加劑的摻人以改變水泥混凝土性能來達到自密 實的效果[1]。后一種方法因混凝土膠凝材料相對較 少,伴隨減水劑加入可能會出現泌水,為避免泌水產 生,常在自密實混凝土中摻入增稠劑。增稠劑能夠 增加新拌混凝土的黏聚性,減少材料分層離析,提高 拌合物勻質性。目前,增稠劑主要是高分子外加劑 類型,可分為聚丙烯酰胺系、纖維素系及其他系列。

                PAM是丙烯酰胺單體 在引發劑作用下均聚或共聚所得聚合物的統稱,具 有大分子鏈的架橋作用和陰離子基團的電荷作用, 故PAM具水溶性,有絮凝、減阻、分散等功效[2]。當 聚丙烯酰胺在水中溶解時,在水中離解成多電荷大 分子量的離子,同性電荷強烈相斥作用使線團狀大 分子變成曲線狀,增大了溶液黏度[34]。增稠劑的 顆粒效應和表面活性作用.可以顯著地改善混凝土的
                黏聚性和保水性[5],在大流動性混凝土中能避免粗 細骨料的分離,使各個組分均勻分布于混凝土中[6]。
                1試驗原材料和試驗方法
                1.1原材料
                采用華新牌P. 〇 42.5水泥,標準砂。減水劑選 用聚羧酸減水劑HP400,由上海華登建材有限公司 生產。增稠劑為山東陽光化工有限公司生產的聚丙 烯酰胺(PAM),分子式為[CH2CH (CONH2) ] „。
                1.2試驗方法
                標準稠度用水量及凝結時間按照GB/T 1346— 2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗 方法》測定。水泥膠砂強度按GB/T 17671—1999 《水泥膠砂強度檢驗方法》。
                1.3試驗設備
                水泥凈漿流變參數試驗儀器是成都儀器廠生產 NXS-11A型旋轉黏度計,該旋轉黏度計共有5個測 量系統,本試驗采用C系統,根據賓漢姆體模型,得 到對應的TD和7;值。
                電阻率試驗采用香港建維科技有限公司生產 ccR-n型無電極電阻率儀,試驗方法和原理見文獻 [7],電阻率數據記錄頻率為1次/min,本組試驗測 試周期為1 440 min,在1 d后停止記錄并校驗數據。
                砂裝收縮試件用160 mm X 40 mm X 40 mm模具 制作,模具兩端留有圓孔,可以放入銅制測頭,試件 養護條件為溫度(20 ±2) T ,相對濕度為65%。
                掃描電子顯微鏡(SEM)試驗采用JSM-5610LV 型電子掃描顯微鏡。
                2試驗結果與分析
                2.1PAM對水泥凈漿泌水率的影響
                水泥凈漿泌水率試驗選擇W/C為0. 3, HP400 摻量為0. 8%,試驗結果見圖1。
                00.050.100.150.20
                圖1 PAM對水泥凈漿泌水率的影響 Fig. 1 The effect of PAM on bleeding rate of cement paste
                由圖1知,水灰比為0. 3的水泥凈漿中摻人 0. 8%減水劑,水泥漿泌水率達15. 36% ,將PAM摻 人到水泥凈漿中,泌水率減少,并且隨著PAM摻量 的增加而呈下降趨勢,在PAM摻量達到0.2%時,不 再有泌水產生。因此,PAM能降低水泥漿的泌水 率,摻量宜為0.2%。
                2.2PAM對水泥凈漿流變性能的影響
                水泥凈漿流變性能試驗分摻減水劑和不摻減 水劑兩組,以研究PAM摻量對7■。和r?值的影響。 不摻減水劑水泥凈漿W/C取0. 4 , PAM摻量范圍 0.02%c~0.8%c,根據剪應力與剪切速率關系計 算流變參數?和r/,流變參數與PAM摻量的關 系見圖2。
                Fig. 2 The relationship between PAM quantity and rheological parameters without water reducing agent added
                從圖2(a)可知,屈服應力T。隨著PAM摻量的 變化有一個極小值,當PAM摻量從0增加到0. 8%c, T〇先下降,后有一段接近水平,爾后再升高,其中, PAM摻量從0%到0. 1%C, T。下降,PAM摻量在 0.~ 0.,T。變化不大,當PAM摻量超過0.5%c 之后,T。隨即增加。由圖2(b)可知,黏度7?隨PAM 摻量的增加而增大。
                總之,屈服應力T。小,水泥漿體開始流動時的 阻力小,易流動,黏度7?大,水泥漿體不易泌水。TQ 在PAM摻量0.1%C ~0. 5%c之間為最小值,此區間黏 度7?維持較高值,PAM適宜摻量為0.1%〇~0.5%。
                PAM摻人到水泥后,其酰胺基遇水后水解轉 化為含有-C00H的共聚合物,然后水解PAM同 多種金屬陽離子如Ca2+等相互作用,生成包含 -COO - Ca - 00C -和 HO - Ca - 00C -等離子 鍵的化合物,從而導致了 PAM分子間的交聯[8], 這些高分子交聯物無定型且具親水性,因此可將 PAM對水泥漿體的作用歸納為2個方面,即表面 活性作用和網狀膠聯作用。表面活性作用和網 狀膠聯作用共同對TD和r?產生影響,表面活性作 用使其降低,膠聯網狀作用使其增高。PAM單 摻,當PAM摻量較低時,由于此時表面活性作用 對。的影響大于膠聯作用,表現為T。下降,而漿 體黏度7?則由于膠聯網狀作用的存在而增大;隨 著PAM摻量的增加,膠聯網狀作用起主導作用, T。降低到最低點后開始增加。當PAM與HP400 共摻時,由于HP400與PAM相互影響,它們共同 對水泥凝膠體的表面活化作用隨PAM量的改變 不明顯,故當在HP400保持不變時,當PAM的摻 量增加,對T。和q起主導作用的是膠聯網狀作 用,表現為T。和7?均隨PAM摻量增加而增大。
                2.3PAM對水泥標稠用水量及凝結時間的影響
                水泥中單摻PAM和PAM與HP400 (摻量 0. 8% )復摻時標準稠度用水量和凝結時間試驗結果 見圖4。
                -PAM單摻 • PAM與HP400共摻
                0.20.40.60.81.0
                卩八閱摻量/知
                (a) PAM對標準稠度用水量的影響
                圖4水泥標準稠度用水置和凝結時間
                Fig. 4 Water content of the Standard consistency and cement setting time
                由圖4(a)可見,單摻PAM,隨PAM摻量的增 加,水泥漿的標準稠度用水量也增加,即要達到 相同工作條件,需要更多的水,但PAM摻量超過 0.5%,標稠用水量增加趨于平緩。PAM與HP- 400 復摻時 ,隨 PAM 摻量的 增加, 水泥漿 的標準 稠度用水量也增大,但曲線表現的要平緩。PAM 與HP400復摻時的標準用水量要低于單摻PAM 時的,顯然是由于聚羧酸鹽類高效減水劑的表面 活性作用的緣故。
                由圖4(b)可知,單摻PAM,水泥漿的初、終 凝時間延長,PAM摻量為0.05%和0. 1%C,凝結 時間隨摻量的增加而增大;摻量超過〇.2%c,初凝 時間隨摻量的增大表現不明顯,終凝時間隨PAM 摻量的增大而略有上升。PAM與HP400復摻時 水泥漿的凝結時間也表現了相同的規律。這說 明PAM具有緩凝作用。實際應用中,PAM摻量 在0.2%C,PAM對水泥初凝時間延緩50 min,終 凝時間延緩35 min。
                2.4 PAM對水泥收縮和強度的影響
                水泥膠砂收縮試驗配比為C:s:w為1:3: 0.5, PAM摻量分別為0. 1%C,0. 5%c,l%c,試驗結果見圖 5。水泥凈漿強度試驗選W/C為0. 4,PAM摻量 0.02%e~0. 8%。,測定3 d、7 d和28 d時其抗壓強 度,試驗結果見圖6。
                由圖5可見,每組試件的收縮曲線形狀基本相 同,表現為隨著齡期增加,未摻PAM和摻PAM的水 泥膠砂收縮趨勢是一致的,每組試件的收縮規律均 為先快后慢,先大后小,60 d后收縮增長趨于平緩。 PAM摻量為0. 1%。和0. 5%c的膠砂收縮低于摻量為 0%〇的對比組,摻量為1. 〇%C的收縮則高于對比組 的。
                從圖6可知,3d時,與PAM摻量為0對比組相 比,PAM摻量為0• 02%和p. 05%時,強度略有增加, 其它摻量時強度降低較多;7 d時,摻PAM的膠砂的 強度均高于對比組;28 d時,摻量0.'02%〇和0• 5%〇兩 組的強度高于對比組,其它組則低于對比組。
                電阻率法分析PAM對水泥對水化過程的影響
                試驗中取水灰比為0.5的水泥凈漿,單摻PAM. 橡量0% ,0.05% ,0.1% ,電阻率曲線見圖7。
                3,0 r
                圖7電阻率隨時間變化曲線可以分為3個階 段,即初期的下降段,接著是一個水平段,第3個 階段是上升段。與此相對應,魏小勝,等[9)根據 電阻率變化曲線的特征點,將水泥的水化過程分 為溶解期、誘導形成期和誘導期、凝結硬化期3 個階段。在溶解期,水泥與水接觸,K+,Na+、 S〇l、Ca2+、0H-及鋁酸根離子溶解到溶液中,導 致水泥漿的電阻率下降;在誘導形成期和誘導 期,鈣礬石和氫氧化鈣的結晶與離子溶解過程趨 于動態平衡,結晶增加電阻率,溶解降低電阻率, 溶解結晶的相互平衡保持水泥漿電阻率趨于穩 定;在凝結硬化期,水泥表面的水化物包裹層因 滲透壓作用破裂,離子溶解加速.大童產生水化 硅酸鈣凝膠、氫氧化鈣等,降低水泥石孔隙率致 使電阻率上升。摻PAM的電阻率曲線明顯展現 了這3個階段,與不摻PAM的曲線規律是一樣 的,說明PAM對水泥水化過程沒有明顯影響。但 細觀電阻率大小,發現還是有區別:在溶解期、誘 導形成期和誘導期,摻PAM水泥漿體電阻率要低 于不摻PAM的,PAM摻童越多,電阻率越??;在 凝結硬化期,摻PAM水泥漿體電阻率高于不摻 PAM的,PAM摻量越多,電阻率越大。電阻率的 這種差別,反映了 PAM的水解與交聯的競爭作 用,酰胺基遇水水解增加水泥漿的導電性,PAM 分子間的交聯降低水泥槳的導電性,前兩個階段 PAM水解過程占主導,致使摻PAM的水泥漿電 阻率下降,后1個階段主要是PAM的交聯作用, 增加了水泥石的電阻率。
                 
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