不同结构聚羧酸减水剂对水泥-硅灰浆体黏度和吸附行为的影响

为提升超高性能混凝土(UHPC)工作性能,制备了聚氧乙烯基(EO)聚醚型与环氧丙烷嵌段聚氧乙烯(EO/PO)聚醚型两种不同结构的减水剂(分别简称PCE-1和PCE-2)。通过测试净浆流动度、浆体黏度、总有机碳、表面张力,研究了上述两种减水剂在低水胶比水泥-硅灰浆体中的性能差异,并对相关作用机理进行了探讨。结果表明:在硅灰掺量(质量分数)5%～25%,水胶比0.16条件下,PCE-2相比PCE-1对硅灰具有更强的吸附-分散作用,水泥-硅灰浆体流动度更高;嵌段聚醚结构可调节间隙液的表面张力和黏度,降低水泥-硅灰浆体黏度。     

选择性吸附对含磷酸基减水剂在水泥-微斜长石粉浆体中分散性能的影响

石粉岩性和表面积对聚羧酸减水剂吸附行为的影响是决定减水剂在机制砂混凝土中分散性能的关键因子。基于增强石粉界面减水剂吸附、改善浆体流动性的基本思路，对比研究了常规聚羧酸减水剂和引入磷酸基的减水剂对水泥–微斜长石粉浆体流变行为的影响。引入磷酸基可以提高减水剂在微斜长石粉表面的吸附，改善混合体系的堆积密实度，同时增加固体颗粒表面平均间距，提高了减水剂在水泥–微斜长石粉浆体中的分散性能，有效降低了浆体表观粘度。体系中微斜长石粉含量增加，含磷酸基减水剂相比仅含羧基的减水剂性能更优异。     

水泥和黏土矿物对不同减水剂的吸附特性

采用有机碳测定仪和紫外分光光度计,分别研究了聚羧酸减水剂、萘系减水剂和木质素磺酸钠在水泥、高岭土和蒙脱石颗粒表面的吸附特性,并对掺高岭土和蒙脱石的水泥净浆的流动度和黏度进行了测试,用三维视频显微镜观察了三种颗粒的形貌特征。结果表明:水泥、高岭土和蒙脱石对不同减水剂的吸附量不同;水泥比高岭土和蒙脱石对萘系减水剂的吸附量大,高岭土和蒙脱石比水泥对聚羧酸和木质素磺酸钠减水剂的吸附量大;水泥和高岭土颗粒表面较平滑,蒙脱石表面较粗糙;在掺入不同减水剂的水泥浆体中,蒙脱石和高岭土的掺入都会降低浆体流动度,提高浆体黏度,并且蒙脱石的影响更大。     

含硅烷官能团聚羧酸减水剂对水泥浆体流动性和力学性能的影响

用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)部分或全部取代聚羧酸减水剂合成过程中的丙烯酸(AA)单体,通过自由基聚合合成了一系列不同组成的硅烷改性聚羧酸减水剂(SPC)。研究了引入硅烷官能团后,减水剂对水泥净浆流动度的影响规律。采用总有机碳分析法(TOC)研究了硅烷改性聚羧酸减水剂的吸附行为。最后评价了其对水泥砂浆强度发展的影响。结果表明:聚羧酸减水剂(PC)分子中羧基含量越高,其在水泥颗粒表面的吸附量越大,对水泥浆体的分散性越好;在减水剂分子结构中引入硅氧烷官能团,水解生成的硅羟基可以作为吸附基团,提高减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附能力,从而提高减水剂对水泥的分散能力;且硅羟基在水泥表面的吸附为化学吸附,因此其吸附能力大于羧基官能团(—COOH);聚异丁烯醇聚氧乙烯醚和KH570的摩尔比为1∶1或1∶2的共聚物有利于砂浆7、28d抗压强度的发展。     

分子量及其分布对聚羧酸减水剂吸附行为的影响

从分子量及其分布角度研究聚羧酸系减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为,分析了聚羧酸减水剂的吸附行为对其分散性、保坍性的影响.结果表明:平均分子量较高的减水剂在水泥表面的吸附量较高,减水剂分子中的高分子量部分优先吸附在水泥颗粒表面;对于同一减水剂,随其在水泥表面的吸附量增加,浆体的流动度增加,两者之间呈正相关性;而对于不同减水...     

基于图像法对自密实超高性能混凝土性能提升的研究

为提升超高性能混凝土(UHPC)的性能,采用改进后的Andreasen&Andersen颗粒堆积模型设计UHPC基体配合比,利用图像法分析UHPC不同基体黏度对钢纤维分布的影响,并通过抗压强度结合纤维分布系数选择合适的基体黏度,研究不同形状、体积掺量的钢纤维对UHPC力学性能的影响,最终得到力学性能最佳的配合比。试验结果表明：良好的UHPC基体黏度在均匀分散钢纤维的同时可以避免内部出现过多气泡,进一步提升UHPC抗压强度;与端钩、长直形钢纤维相比,波纹形钢纤维在相同黏度下分散效果更佳,且对UHPC基体力学性能提升效果更好。UHPC最佳配合比为水胶比0.16,水泥、硅灰、矿渣质量比0.75∶0.2∶0.05,波纹形钢纤维体积掺量3%,减水剂质量分数0.8%,此时粉体颗粒最紧密堆积、钢纤维分布均匀,UHPC性能最佳。     

超高强混凝土中各组分与聚羧酸系超塑化剂之间的相互作用(英文)

超高强混凝土(ultra-high strength concrete,UHSC)的水灰比小于0.25,含有大量的硅灰等微细组分,这有利于颗粒的最优紧密堆积。硅灰的表面化学效应以及较大的表面积使其成为UHSC中最难被分散的组分。由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯及甲代烯丙基磺酸合成的聚羧酸系超塑化剂能使水泥颗粒被有效润湿,然而烯丙醚-马来酸酐合成的聚羧酸系超塑化剂可以很好地分散硅灰。这2种不同的聚羧酸系超塑化剂的复合可以使其拥有不同的分子结构,从而赋予超高强混凝土很好的流动性。当只加入1种聚羧酸系超塑化剂时其掺量为1%(质量分数,下同),而当加入这种复合聚羧酸系超塑化剂时掺量为0.5%就足够了。这2种类型的聚羧酸系超塑化剂的协同效应是由于它们的选择性吸附:甲基丙烯酸盐基的聚羧酸系超塑化剂主要吸附在水泥颗粒表面,而烯丙醚基聚羧酸系超塑化剂主要吸附在硅灰颗粒表面。实验表明:小分子量的有机酸阴离子(如:柠檬酸盐、葡萄糖酸盐及酒石酸盐中的阴离子)与聚羧酸系超塑化剂之间具有潜在的协同作用。只需加入0.1%的这些阴离子即可显著提高烯丙醚基聚羧酸系超塑化剂的作用效果。这些阴离子可以起到一种辅助作用,它们同时吸附在水泥颗粒表面以及硅灰颗粒表面。水泥颗粒的表面首先由这些阴离子所占据,而硅灰颗粒表面吸附了烯丙醚基聚羧酸系超塑化剂和这些阴离子。这些阴离子起到了一种很强的静电分散效应,使烯丙醚基聚羧酸系超塑化剂的空间位阻效应得到加强。虽然聚羧酸系超塑化剂阴离子具有缓凝作用,但是使用这种复合聚羧酸系仍能制备出高早强混凝土。     

聚醚侧链聚羧酸类减水剂的结构及应用性能

通过大分子反应,合成了一类主链带羧基、磺酸基,支链带聚氧乙烯基醚的聚羧酸系高效减水剂。利用IR和1H NMR表征了其结构,并通过对减水剂溶液表面张力、水泥颗粒表面吸附量以及溶液的电导率的测定,发现研制的减水剂能降低水的表面张力,并被吸附在水泥颗粒表面从而降低了水泥颗粒的表面能,使得水泥净浆有较好的分散作用,实验表明本研究制备的聚羧酸系减水剂对水泥颗粒有较好的分散作用。     

碱金属硫酸盐与减水剂对水泥浆体抗泌水能力的影响

通过测量水泥浆体的zeta电位,研究了碱金属硫酸盐对掺有萘系或聚羧酸减水剂的水泥浆体内自由溶液量的影响规律,以及碱金属硫酸盐和减水剂掺量对水泥浆体的保水能力和水泥颗粒之间作用力的影响,并讨论了浆体抗泌水能力变化的机理。结果表明:萘系减水剂和聚羧酸减水剂的加入都会降低浆体的自由溶液量,增加浆体保水能力;但在超过饱和掺量后,萘系减水剂会引起浆体内部吸附水量降低,对浆体产生不利影响,聚羧酸减水剂则没有类似作用。当水泥浆体中掺入碱金属硫酸盐时,聚羧酸减水剂受到的影响要显著小于萘系减水剂。在掺有减水剂的水泥浆体中,掺入适量的碱金属硫酸盐可以提高浆体的保水能力,降低泌水风险。萘系减水剂对应的碱金属硫酸盐最佳掺量约为2.7%SO3当量,聚羧酸减水剂则为2.5%SO3当量。碱金属硫酸盐通过快速溶出硫酸根离子,影响水泥颗粒表面电荷特性,进而影响浆体的抗泌水能力;溶解速率较慢的二水石膏没有类似作用。     

含膦基抗泥保坍型聚羧酸减水剂的合成及性能研究

通过两步连续酯化的方法制备了含膦基聚羧酸减水剂,通过红外光谱对合成的含膦基聚羧酸减水剂的分子结构进行表征,并对其进行水泥净浆流动度、胶砂扩展度以及混凝土性能测试。     

线状聚羧酸高效减水剂在陶瓷坯料颗粒表面的吸附行为

采用静态吸附实验,研究了陶瓷坯料吸附两种自制聚羧酸高效减水剂的动力学规律,用准二级动力学模型对其吸附过程进行拟合,并通过测定添加了两种自制不同分子结构聚羧酸高效减水剂的陶瓷坯体料浆黏度以评价其分散性能,结果显示,在陶瓷坯体料浆中,线状MA/AA/AMPS聚羧酸高效减水剂的平衡吸附量是梳状AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂的2倍以上,陶瓷坯料颗粒表面对两种聚羧酸高效减水剂的吸附均符合准二级反应动力学模型;线状MA/AA/AMPS聚羧酸高效减水剂的分散效能明显好于梳状AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂。     

硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥浆体流动性及水化进程的影响

通过自由基聚合法,利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)部分或完全取代聚羧酸减水剂合成过程中的丙烯酸(AA)单体,合成了硅烷改性聚羧酸减水剂。研究了硅烷改性聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为以及对水泥浆体分散性能的影响,并研究了硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥水化进程的影响。结果表明:硅烷部分取代丙烯酸可提高聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量,提高了水泥浆体流动度;相对于传统聚羧酸减水剂,可更大程度延缓水泥水化进程,但可提高水泥3 d水化程度;而硅烷全部取代丙烯酸,聚羧酸减水剂对水泥吸附、分散性能下降,对水泥水化延缓程度增强,对水泥水化程度无提高效果。     

UHPC浆体的工作性和流变性与颗粒膜层厚度的关系

建立超高性能混凝土(UHPC)浆体的工作性和流变性之间的关系可从理论上研究其工作性变化规律。本文以颗粒膜层厚度为UHPC浆体的工作性的综合衡量指标,设计了正交试验,研究水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量对UHPC浆体的工作性与流变性的影响。根据流动度和流变性测试结果,分析了水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用对UHPC浆体的工作性与流变性的影响,探究了UHPC的净浆与砂浆的工作性关系,基于浆膜层厚度给出了UHPC砂浆的工作性与流变性的关系式。研究结果表明:水胶比是UHPC浆体的工作性与流变性的最主要影响因素,水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量提高均造成UHPC浆体的颗粒表面膜层厚度增大;水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用下,UHPC浆体的流动度和黏度系数具有相关性。     

超细矿渣粉与硅灰对水泥基注浆材料性能影响机理分析

为提高工业废渣的综合利用率,研制出一种绿色环保高性能的注浆材料。选用超细矿渣粉(UFS)和硅灰(SF)替代一定量的水泥,通过正交试验和极差分析法系统地研究了在不同水灰比下掺入不同含量的超细矿渣粉、硅灰以及聚羧酸减水剂(PCE)对注浆材料性能的影响,并对优化后的浆液和纯水泥浆液进行了性能对比及微观试验。结果表明:当超细矿渣粉质量分数从18%增大到20%时,可以增强浆液流动性能,硅灰可以提高结石体抗压强度并减小浆液泌水率,聚羧酸减水剂对降低浆液黏度具有显著效果;以28 d抗压强度和黏度为主要指标,得到浆液的较优配比为水灰比0.70、超细矿渣粉掺量20%(质量分数)、硅灰掺量12%(质量分数)、聚羧酸减水剂掺量0.16%(质量分数)。优化后的浆液泌水率、抗压强度及抗折强度均优于纯水泥浆液。掺入超细矿渣粉和硅灰后,浆液内部生成了钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)等凝胶,填充了颗粒间的孔隙,使优化后的浆液结石体强度增大。     

多元凝胶紧密堆积对活性粉末混凝土的影响

讨论了C(水泥)+UPFA(超细粉煤灰)、C+SF(硅灰)二元和C+UPFA+SF三元胶凝材料体系中,新拌浆体的黏度、流动度与浆体的相对密实度的关系,以及相对密实度和流动度对活性粉末混凝土RPC强度的影响.实验结果表明:(1)双掺硅灰和超细粉煤灰,随活性粉末掺量的增加,新拌浆体的黏度增加,流动性下降,相对密实度提高;(2)双掺硅灰和超细粉煤灰的RPC强度远高于单掺硅灰时的强度;(3)RPC强度与体系中胶凝材料的相对密实度和流动度有关,复掺硅灰和超细粉煤灰,当密实度为0.669,流动度为182mm时,其RPC的7d抗压强度高迭150.4MPa.     

线状聚羧酸减水剂在陶瓷坯料颗粒表面的吸附行为

采用静态吸附实验,研究了陶瓷坯料吸附两种自制聚羧酸高效减水剂的动力学规律,用准二级动力学模型对其吸附过程进行拟合,并通过测定添加了两种自制不同分子结构聚羧酸高效减水剂的陶瓷坯体料浆黏度以评价其分散性能,结果显示,在陶瓷坯体料浆中,线状MA/AA/AMPS聚羧酸高效减水剂的平衡吸附量是梳状AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂的2倍以上,陶瓷坯料颗粒表面对两种聚羧酸高效减水剂的吸附均符合准二级反应动力学模型;线状MA/AA/AMPS聚羧酸高效减水剂的分散效能明显好于梳状AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂。     

外掺机制砂石粉对水泥基材料流变性能的影响及机理

针对机制砂混凝土流变性能敏感性难以调控的问题,研究了机制砂中石粉含量对水泥基材料流变行为影响及其作用机理.利用XRD表征了机制砂中石粉的物相组成,通过水泥净浆流动度和砂浆扭矩参数探索了机制砂中石粉含量对水泥和砂浆流变性能的影响,并通过砂浆需水量以及石粉对外加剂的吸附性能测试研究了石粉对流变性能的影响机理.结果表明,水泥净浆流动度和砂浆扭矩随着机制砂石粉掺量的增大分别降低和增大,且石粉掺量超过10％后影响程度增加更明显.含石粉砂浆的需水量比为93％,表明水泥净浆流动度的降低并不是由于石粉消耗自由水导致的.总有机碳(TOC)测试结果表明,石粉和水泥对外加剂存在竞争吸附,水泥对聚羧酸减水剂的吸附能力更强,聚羧酸减水剂会优先吸附在水泥颗粒表面上,石粉外掺时宏观上表现出水泥净浆流动度会下降,内掺时水泥净浆流动度会逐渐增大.     

碱含量对新拌水泥浆体流变性能的影响

通过外掺硫酸钾的方式来调整不同矿物组成水泥中的碱含量,研究了碱含量对水泥/聚羧酸减水剂体系的流动度及流变性能的影响,分析了水化初期水化产物的物相、形貌及化学组成,测定了不同碱含量条件下水泥对聚羧酸减水剂的吸附量。结果表明:碱含量增加,新拌水泥浆体的流动度减小,屈服应力与塑性黏度增大。低铝酸三钙(C_3A)含量水泥的流变性能对碱含量的变化更为敏感,外掺硫酸碱对浆体流变性能的影响程度大于熟料中固溶的碱。水泥中高的碱含量抑制了水化初期钙矾石的生成,过渡性水化产物钾石膏生成量增加,尤其是低C_3A含量的水泥浆体中迅速出现大量板状钾石膏晶体,导致其流变性能急剧下降。碱含量增加,水泥对聚羧酸减水剂的饱和吸附量增加,低C_3A含量的水泥对聚羧酸减水剂的饱和吸附量增加尤为明显。     

水泥复合胶凝材料体系密实填充性能研究

利用密实模型研究了掺超细火山灰质的水泥基三元固体颗粒混合料体系的密实填充性能,并以浆体相对密度为指标,分析了低水胶比条件下火山灰质超细颗粒填充作用对水泥基复合浆体密实性、流动性及胶砂强度的影响,试验结果表明：就提高水泥基颗粒体系的堆积密实度而言,双掺平均粒径相差较大的超细颗粒材料比单掺更效;采用浆体相对密度指标评价超细火山灰质材料对水泥基复全合浆体的密度填充作用是合理且有效的;浆体的流动性及胶砂强度随浆体相对密度的提高而增大;在低水胶比条件下,超细火山灰质材料的密实填充效应更为显著。     

聚羧酸减水剂对水泥浆黏弹性能的影响

采用光学微流变仪测得新拌水泥浆体的弹性指数(IE)、宏观黏度指数(IMV)、弹性模量(G′)、黏性模量(G″)及固液平衡值(kSLB)等参数,定量分析了普通型酯类聚羧酸减水剂(PC1)、普通型醚类聚羧酸减水剂(PC2)及缓释型醚类聚羧酸减水剂(PC3)对水泥浆体黏弹性及微观结构的影响规律。结果表明:空白浆体的IE、IMV、G′及G″在拌合后短时间内迅速增加并趋于恒定值,随着浆体静置颗粒堆积及水泥持续水化,水化产物导致颗粒间相互搭接,形成较强的"网络结构",使浆体的黏、弹性显著增加。随着浆体微观结构逐渐形成,浆体逐渐由黏性流体转变为弹性固体,其黏弹性趋于稳定。当掺入PC1后,可显著抑制浆体IE、IMV、G′及G″增长趋势。PC1的掺入降低了浆体的黏弹性,这是由PC1对水泥颗粒的分散作用及其对水泥水化的延缓作用所致,即PC1的掺加增大了浆体内"笼"的尺寸,延缓了浆体"网络结构"的搭接。与普通型PC2相比,缓释型PC3在常温下抑制浆体IE、IMV、G′及G″增长的能力较小,其初始分散作用较弱;高温下,PC3抑制浆体IE、IMV、G′及G″增长的能力较明显,并显著延缓kSLB降低趋势,在高温下PC3表现出明显的缓释效应。