（材料学专业论文）混凝土增粘剂的研究.pdf

摘要 摘要 增粘剂目前正越来越多的用于混凝土中，主要是作为自流平混凝土、自密 实混凝土、水下不分散混凝土以及喷射混凝土外加剂的重要组成部分。在抑制 混凝土泌水、离析、提高水下混凝土的抗离析性、降低喷射混凝土的反弹率等 方面具有良好的效果。 本论文对增粘剂进行了系统的研究，包括增粘剂本身性能、与不同高效减 水刺的适应性以及对混凝土的性能影响都做了一定的研究。尤其是对不同的增 粘剂与不同的高效减水剂的适应性进行了一些探索性研究。在此过程中，通过 流变学理论对水泥砂浆和水泥净浆的流变特性和触变性进行了分析，并通过定 义工作性指数、触变性指数两个具体的量来对浆体的流变性进行具体的描述， 并取得了较好的效果。试验表明，在固定增粘剂掺量时，高效减水剂存在饱和 掺量；固定各种增粘剂，在相同的高效减水剂掺量的条件下，浆体的流动度的 大小与该浆体的高效减水剂饱和掺量成反比：掺或不掺增粘剂的水泥浆体的流 变性特性都符合宾汉姆模型；脂肪族磺酸盐与h p m c 的适应性最好，p a m 与s m 的适应性是最好的，脂肪族磺酸盐高效减水剂与h e c 具有良好的适应性，f d n 与 c m c 具有好的适应性。 同时，通过对掺增粘剂混凝土的性能的测试，表明增粘剂对改善混凝土的 流动性、提高混凝土的抗泌水性以及混凝土抗离析性都有明显的效果，并可以 很好的提高混凝土的水陆强度比。不同增粘剂对混凝土的凝结时间也有不同程 度的影响。 关键词增粘剂；适应性；流变性；混凝土 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t v i s c o s i t y - m o d i f y i n ga d m i x t u r e ( v m a ) i s m o r ea n dm o r eu s e di nc e m e n ta n d c o n c r e t e ，w h i c hm a i n l ys e r v ea sa ni m p o n a j l ta d m i x t u r ec o m p o n e n t o fs e l f 1 e v e l i n g c o n c r e t e ， s e l f _ c o m p a c t i n g c o n c r e t ea 1 1 ds h o t c r e t e i t h a s g o o d e 髓c tf o r v i s c o s i t y m o d i f y i n ga d m i x m r et o r e d u c ew a t e rd i l u t i o n ，b l e e d i n g ，s e 旷e g a t i o na n d s e d i m e n t a t i o ni nc e m e n t _ b a s e ds y s t e m s t h er e s e a r c hi sas y s t e m i cs t u d yo nv m ai n c l u d i n gi t s e l fp r o p e r t i e sa n dt h e a d q t a b i l i t yb e t w e e nv a m a n dd i 氐r e l l th i g h - r a r l g ew a t e r r e d u c e r s ( h r w r ) i n 血e c o u r s eo f i t ，r h e o l o g i c a ic h a m c t e r i s t i c so f c e m e n tp a s t ea n dm o t a ra r er e s e a r c h e db y r h e 0 1 0 9 yt h e o 珥w h a ti sm o r e ，w o r k a b l ea i l dt h j x o t r o p i ce x p o n e n ta r ei n d e x e dt o d e p i c tr h e o i o g i c a lp r o p e n y o fp a s t ea n d g o o d e f f e c ti sa c h i e v e d r e s u l t so f e x p e r i m e n t sa r ea sf o l l o wh r w r s e x i s ts a t u r a t e dc o n c e m r a t i o nw h e na d d i t i o no f v a ii sn x e d ；f l u i d “yo ft h ec e m e mp a s t ei si ni n v e r s ep r o p o r t i o nt ot h es a t u r a t e d c o n c e n t r a t i o no fh r w r su n d e rt h ec o n d i t i o no fi n v a r i a b l ec o n c e n t r a t i o no fv a m a n dl m i f b mc o n c e n t r a t i o no f h r w r ；r h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i co ft 1 1 ec e m e n t p a s t e s f o l l o w sb i n 曲a m m o d e l ；a d a p t a b i l i t yb e t w e e nz h a i l dh p m c ，s ma n dp a m ，z ha n d h e ca n db e t 、v e e nf d na n dc m ci sg o _ 。d a tt h es 锄et i m e ，t h er e s u i t so fm ec o n c r e t ec o n t a i n i n g me x p e 订m e n t ss h o w v a mc a j l e f f 宅c t i v e l yi m p r o v e t l e f l u i d i t y o ft h e c o n c r e t e ，r e d u c eb i e e d i n g ， s e g r e g a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n o f 也ec e m e n tc o n c r e t e k e y w o r d sv i s c o s i t y m o d i 母i n ga d m i x t u r e s ，a d a p t a b i l i 吼r h e o l o g y ， c o n c r e t e 第1 章绪论 1 1 前言 第1 章绪论 随着我国改革开放的不断深入，经济建设的不断发展，同时对环保意识的 日益增强。工业发展对建材的需求和要求越来越多，也越来越严格。尤其是对 作为“工业粮食”的混凝土，要求其要节能、环保，并且耐久；同时也就对“工 业味精”外加剂的使用和生产提出了更高的要求。对此，科研工作者做了 大量的工作，研制开发了一大批不同类型不同用途的外加剂。从而很好的配合 了经济发展的需要。增粘剂便是其中的一种。增粘剂是近几年研究开发的一种 新型的水泥混凝土外加剂，它能够增加水泥胶凝材料的粘聚性和粘结力，减少 材料组分的分离率，提高匀质性和硬化产品的性能，是水下混凝土外加剂、自 密实混凝土( s c c ) 外加剂、液体速凝剂等复合外加剂的重要组成部分，有着广 泛的应用前景。因此，再进步深入探讨各种增粘剂本身的性能变化，研究其 对混凝土性能影响的作用机制，更好的改善其生产和使用工艺，改善水泥基材 料的性能是必要的，也是有现实意义的。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 增粘剂的研究历程 增粘剂的研究开发是从水下不离散混凝土开始的，4 1 。在增粘剂开发以前 的混凝土水下施工中，混凝土的质量一直不能得到有效的保证，质量的优劣主 要取决于施工的机具和施工操作的严密性，关键是尽量隔断混凝土与水的直接 接触。常用的方法有袋装叠置法、开底容器法、泵送法、导管法、预填骨料压 一1 一 第l 章绪论 泵法以及双层导管法和柔性导管法【5 】。这些施工方法部分的实现了混凝土在水 下的旌工，扩大了漏凝在水下工程中的应用。但这群操佟工序烦琰且要求严 揍，稍鸯不慎，便会造戏严莛嚣果，嚣照强疫低，混凝主易分散，损失大，污 染环凌。于楚为了缩减颞杂的工痔稻减少劳动力，久们开始改善胶凝奉雩料本身 的性能，如：掺船硅灰、粉煤灰、火由获等缅掺料，配疆永下混凝土，以便实 现诡凝土的畿接浇筑。魍由于水的影响，使得水中下落的混凝土产生离析、分 散、水泥流失、强度下降、污染环境等诸方面的问题，效果不好【6 】。 7 0 年代，世界各国纷纷开始从改善混凝土本身的性能方面入手提高混凝土 的质量，也就是使混凝土具有直接与水接触，可以在水中直接浇筑，且不离板、 不分数的新型水下不分散混凝。1 9 7 4 年，德国( 熙殛德) 首先硬制戏功。菸 在】：程上德到应耀，定名为水下不分敬混凝士。1 9 8 2 年获劳氏船级聿圭帮挪威躲 级鼓的认可p l 。 1 9 7 8 年，匿本从德甏弓| 避这壤技术，并结合本鬣的麓幸青开始研究，相继开 发了丙烯系和纤维素系絮凝荆，并于1 9 8 1 年用予工程使用。至今水下混凝土的 工程应用已达3 0 0 万方强】。翔目前为止，目本已开发出十几种絮凝剂。并在很 多大挺工程中应用，取得了很好的效果。工程实例有濑户大桥工程( 工程量为 5 4 万方) 、关西飞机场工程( 工程量为1 3 7 万方) 以及青森大桥正程等等口j 。 我国对增粘剂的研究开发起步也是比较早的。1 9 8 4 年中国石油天然气集团 公司工程技术研究所率先立项，开始了对增黻刺的研制搿发。1 9 8 6 掣填毒b 中国 增牯制技术的空自，成为“九五”毅产品。尉冬该睫职囊成功了嚣爝系絮凝剡， 意名为u w b 型【矧，并获专零l 。1 9 8 9 年开始对绎维豢增糖裁懿璜究。予1 9 9 9 年宠裁室内磺究工作，定名为s c r 燮增糙弃尹l 。并在多项大整工程串得到应箱 取得了良好的效采。耪j 翔：天津蔬旋们大厦直径灌注桩试桩工程( 桩身5 3 5 m ， 直径o 8 m ) 渊、青岛集装箱码头水下混凝土结构加固工程( 水深为1 3 m ) ”、 南洋油田矿建排水工程、吉林油井沉井工程以及南海人工岛工程等【3 】。 一2 一 第l 章绪论 1 2 2 增粘剂的类型及特点 r a m a c h a l l d r 锄【l l 1 2 】根据增粘剂在混凝土中的物理作用，将增粘剂分成五种 类型： 1 能增加拌合水的粘性的增粘剂 纤维素乙醚及其衍生物 逗) 聚丙烯酰胺 聚乙烯醇 2 水溶性有机增粘剂，吸附在水泥颗粒表面，增强颗粒间吸引以增加粘性 q ) 苯乙烯羟基聚合物 合成聚合物电解质 天然橡胶 x 有机乳胶材料，增加颗粒间的吸附，并能在水泥浆中增加超细颗粒 丙烯酸乳胶 水溶性粘土分散剂 4 高比面积膨胀性无机材料，增加泥浆的保水性 膨润土 硅灰 石棉 j 高比表面积无机材料，能增加浆体的细颗粒含量和触变性 ( d 火山灰 高岭土 硅藻土 而目前应用最多的和效果较好的是丙烯系和纤维素系的增粘剂呻，t 5 ，1 3 】前 ：暂是一种阴离子型的电解质，具有较高的分子量( 可达2 0 0 万) ，在很小掺量时 3 第l 辇绪论 即具有较好的增拳占作用，掺爨较大时会明显的g l 起溅凝震水爨的增加，从露 影响混凝的强发。压考因纡维素三元环上羟基魄氢被烃基取代( 醚化) ，絮凝 作鼹爨曼，小掺援露，其有一定熬减求效果；掺量大时，弓 气量较离虽缓凝。 其具体的性麓与其分子取代基的稀类和羟基的餮换度有关5 9 ，3 ，1 引。 2 。3 潮内外研究分析 现在国际上应用最广的璞糙裁主要怒高分子舞搬裁【3 】： 1 两烯酸系列，原谣德、中国、日本均有此类产品，两德与我国 奠u w b 鼙为代表，面目本剐以s e a 8 e 盯e r a d 为代表。 2 纤维索系列，只有我国和日本有此类产品，我国以s c r 为代表。日本 以s c a ，s p - n 为代表。现在日本9 0 用纤维索系列的增粘剂，我国以丙烯系列 为主。 3 豳内外对丙烯系列及纤维素系列的增粘荆的研究虽然较多，很大部分是 针对增糙荆对混凝土的各种性能影响的研究。例如：增糙剡的掺入对混凝的 挽分数蛙能的硬突。磺突一致发现增糙刹蛇掺入大致敬善了混凝的按分数姓， 流失鬟弱显减少，试验方法瞧较规范统一。一般是遴j 箜测定鸯爨壶下落淀凝 的水溶液的p 醚、透光率、洼度等来溺定渊。增粘捅对滤凝的凝结对闯酌影酾， 般认为掺育纤维素系剜的增秸嗣魏混凝土的凝结辩问，初凝延长】* 3 个小时， 终凝延长2 4 个小时：而丙烯系列的增稿荆对混凝土的凝结时间影响不大，大 掺量时终凝延缓1 _ 2 个小时触6 - 1 6 j 。测定方法同普通混凝土相同。增粘剂对混 凝土的泌水性能的研究表明，随增粘剂量的增加，混凝土的泌水逐渐减少到零， 即增粘剂的僳水性能很好【2 ，7 ， 】。对力学性能的研究也有较大的成果，一般的增 糙刘对陆上混凝土的抗压强度影响不大。但是可以明显的提褒本中漫凝的强 度，：赶大提毫水陵强度比，霹达到8 5 以上，”l 。毽是墩毫一些增糕赛对混凝 性缱的影螭静磷究，仅能麸感往上，蔼不能理性翡、定量的运瘸绕的试验 一d 一 第1 章绪论 即具有较好的增粘作用，掺量较大时会明显的引起混凝土需水量的增加，从而 影响混凝土的强度。后者因纤维素三元环上羟基的氢被烃基取代( 醚化) ，絮凝 作用明显，小掺量时，具有一定的减水效果；掺量大时，引气量较高且缓凝。 其具体的性能与其分子取代基的种类和羟基的置换度有关，”，h 。 1 2 3 国内外研究分析 现在国际上应用最广的增粘剂主要是高分子外加剂( 3 j ： 1 丙烯酸系列，原西德、中国、日本均有此类产品，西德与我国以u w b 型为代表，而日本则以s e a b e t t e r a d 为代表。 2 纤维素系列，只有我国和日本有此类产品，我国以s c r 为代表。日本 以s c a ，s p - n 为代表。现在日本9 0 用纤维素系列的增粘剂，我国以丙烯系列 为主。 3 国内外对丙烯系列及纤维素系列的增粘剂的研究虽然较多，但大部分是 针对增粘剂对混凝土的各种性能影响的研究。例如：增粘剂的掺入对混凝土的 抗分散性能的研究。研究一致发现增粘剂的掺入大致改善了混凝土的抗分散性， 流失量明显减少，试验方法也较规范统一。一般是通过测定有自由下落混凝土 的水溶液的p h 、透光率、浊度等来测定( 1 5 】。增粘剂对混凝土的凝结时间的影响， 一般认为掺有纤维素系列的增粘剂的混凝土的凝结时间，初凝延长1 3 个小时， 终凝延长2 4 个小时：而丙烯系列的增粘剂对混凝土的凝结时间影响不大，大 掺量时终凝延缓1 2 个小时，4 ，56 ，1 。测定方法同普通混凝土相同。增粘剂对混 凝土的泌水性能的研究表明，随增粘剂量的增加，混凝土的泌水逐渐减少到零， 即增粘剂的保水性能很好【2 ，7 朋】。对力学性能的研究也有较大的成果，一般的增 粘剂对陆上混凝土的抗压强度影响不大。但是可以明显的提高水中混凝土的强 度，：大大提高水陆强度比，可达到8 5 以上哪，1 们。但是也有一些增粘剂对混凝 土性能的影响的研究，仅能从感性上，而不能理性的、定量的运用统的试验 一直一 第1 章绪论 规范来描述其影响的效果。例如：对掺加增粘剂的混凝土抗离析性的研究，大 部分的研究都没有定量的运用规范的仪器进行测定，使其影响效果直观化、具 体化。即使对增粘剂进行标准化、规范化的日本也没有提出一个有效的试验方 法进行测定。从查阅的资料看，仅知道k a r n a l 与j e a n a m b r o i s e f l 7 】采用了一种体 积百分比法对抗离析性进行了具体的描述1 9 】；高效减水剂与增粘剂适应性m 2 1 的测定方法、基准混凝土的如何选择等都没有一个具体的规范标准。另外对增 粘制本身性能的研究很少，特别是对增粘剂影响混凝土性能的作用机理的研究 更少。 总之，目前的研究工作还很不规范- 艮不系统，尤其在我们国家。世界上只 有臼本对增粘剂的研究进行了相关规范，对水下不分散混凝土统一了专业术语、 技术标准、设计依据和施工规定。但对增粘剂质量标准并没有统一的标准，日 本也只是将增粘剂作为水下不分散混凝土外加剂制定了质量标准草案。因此， 在本试验中，我们将尝试一些试验方法来做增粘剂的性能和对混凝土性能的影 响试验。特别是增粘剂对混凝土性能影响的作用机理的分析和探讨。 1 2 4 存在的问题 流动性好，可泵性好，坍落度损失小，商强度和高耐久性是高性能混凝土 所必须达到的要求【5 l 。在大流动性方面我们也已开展了试验研究工作，并取得 了初步成果，新拌混凝土拌合物的坍落度大于2 2 c m ，扩展度大于5 5 c m ，达到 国际先进水平m ， 。而混凝土拌合物的坍落度损失太快，3 0 分钟后流动性损失 达到2 0 以上，同日本8 小时基本无流动性损失相比，有很大的差距。针对这 个问题，通过与日本专家的交流及我国工业产品的实际情况，可在以下三个方 面进行改进，一是选择流化剂和增粘剂适应性好的组分作为新拌混凝土的外加 剂组分；二是改进增粘剂主组分的生产工艺参数，在不降低混凝土拌合物抗分 散性等其他性能的前提下，降低粘性，减少需水量；三是改变混凝土拌合物的 一异一 第1 章绪论 搅拌工艺和混凝土配合比设计的参数。通过以上三个方面的改进来提高新拌混 凝二e 拌合物流动性损失的缺点。可泵性差是掺增粘剂混凝土的一个比较突出的 问题，主要原因是混凝土粘性大，泵送阻力大。同时流动性损失又较快，当泵 送距离较远或停留时间较长时，很容易发生堵管现象。解决这个问题主要措施 就是降低混凝土的粘性，降低混凝土粘性除降低增粘剂的粘性，增加润滑组分 外，还要从混凝土配合比上加以改进，如适当加入粉煤灰，矿渣等矿物掺合料， 以降低水泥用量。同时减少流动性损失也是提高泵送能力的一个重要条件【2 “。 1 3 研究的内容、目的和意义 1 3 1 研究内容 1 增粘剂在中性、酸性和碱性水溶液中粘度的测定 2 增粘剂各个水溶液粘度稳定性的测定 3 掺增粘剂的水泥浆及砂浆的流变性的测定 4 高效减水剂与增粘剂的适应性的研究 5 增粘剂对大流动性混凝土性能影响的研究 1 3 2 目的及意义 通过对各种增粘剂本身性能的研究以及对掺增粘剂的水泥浆体流变性的研 究，为提高混凝土的性能提供参考。通过对一些试验方法的尝试，寻找测定混 凝土各种性能的有效方法。这对改善水泥基材料性能具有重要意义，同时对改 进和完善增粘剂的试验规范也具指导意义。而且通过试验对于提高自己分析问 题的能力以及掌握科学的试验方法具有重要意义。 一6 一 第2 章试验原料和试验方法 2 1 原料 第2 章试验原料和试验方法 本试验中所使用的原料有：基准水泥、普通硅酸盐水泥、碎石、河砂、标 准砂、高效减水剂以及增粘剂。原料来源和性质如下。 2 1 1 基准水泥 采用北京兴发水泥有限公司生产的水泥，其制造标准未g b 8 0 7 6 1 9 7 7 。其 化学组成，矿物组成及物理性能见表2 1 、2 2 和2 - 3 。 表2 1 基准水泥的化学成分 1 抽l e 2 - 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f b a s i cc e m e n t 缍分s i 0 2a 1 2 0 3f 0 2 0 3 c a o m g os 0 3n a 2 0 l o s sf - c a o l a f a g e2 1 2 64 7 32 5 56 3 7 52 2 5 2 7 60 5 71 5 9o5 4 表2 2 基准水泥的矿物组成 1 扎k 2 - 2m h 他r “c o m p o s n i o no f b a s cc e m e n t 雨r 物c 3 s c 2 s c 3 ac a f l a f a g e2 1 2 64 7 32 5 56 3 7 5 表2 3 基准水泥的物理力学性能 1 曲1 e 2 3p h y s i c a lm e c h a n i cp r o p e r t i e so f b a s i cc e m e n t 细度比表面积标准稠度安定性凝结时间抗折强度抗月i 强度 ( c m 2 佗)( h ：m i n )( m p )：m p ) 初凝| 终凝 3 d2 8 d3 天2 8 d o 23 2 32 7 1 合格2 ：0 8l3 ：1 3 6 11 0 o3 0 66 8 2 7 北京工业大学工学硕士学位论文 2 1 2 普通硅酸盐水泥 采用河北冀东水泥有限公司生产的p o 4 2 5 普通硅酸盐水泥。主要化学成 分、矿物组成及物理性能分别见表2 4 、2 5 和2 6 。 表2 4 普通硅酸盐水泥的化学成分 1 h b l e 2 - 4m a i nc h e m i c a lc o m p o s i t i o no f o r d i n a r yp o r t i a n dc e m e n t 组分 s i 0 2a 1 2 0 3 f 8 2 0 3 c a o m g os 0 3n a 2 0k 2 0 l g l o s s p o 4 2 52 1 2 64 3 8 3 1 46 2 5 0i 5 32 0 40 1 51 2 040 3 表2 5 普通硅酸盐水泥的矿物组成 t a b l e 2 - 5m i n e r a l c o m p o s i t i o no f o r d i n a r yp o n l a n dc e m e n t 矿物 c 3 sc 2 sc 3 ac d a f c a s 0 42 h 2 0 p o4 254 8 4 0 2 6 7 l6 3 0 9 5 5 4 4 3 表2 6 普通硅酸盐水泥的物理性能 t a b l e 2 - 6p h y s i c a lp r o p e r t i e so f o r d i n a r yp o r t l a n dc e m e n t 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 ( c m 2 g )( h ：m i n ) ( m 甲)( m p ) 初凝终凝3 d2 8 d3 d 2 8 d o 33 5 02 6 4 合格 2 ：2 53 ：2 56 5 61 0 63 5 66 9 2 2 1 3 粗骨料 粗骨料为石灰岩碎石，视密度2 8 1 k g l ，粒径5 2 5 衄，连续级配。 2 1 4 细骨料 细骨料为普通河砂，视密度2 5 6 k g l ，细度模量为2 6 6 ，粒径小于5 m m 。 8 一 第2 章试验原料和试验方法 2 1 5 高效减水剂 1 萘磺酸甲醛缩合物减水剂( f d n ) 试验采用的是市场售的f d n 高效减水剂，为暗红色粉末，它是一种化学合 成产品，它的特点为：减水率1 8 2 0 ，不引气，水泥适应性好，与其它高效减 水剂相比价格相对便宜。它存在的主要问题是坍落度经时损失较大“。 2 三聚氰胺树脂减水剂( s m ) 它的全称为磺化三聚氰胺甲醛树脂，亦称密胺树脂，是一种水溶性聚合物 树脂，国内7 0 年代后期研制成功，属高效非引气减水剂。其性能与萘系相近， 而且耐高温性能比萘系要好，可用于耐热，耐火混凝土。但因其液态产品浓度 低，贮存期短，坍落度经时损失也大，混凝土发粘，价格相对贵些，使用面不 及萘系“。 试验中所用的是天津雍阳外加剂厂生产的液体三聚氰胺高效减水剂，固含 量为2 8 ，掺2 时减水率可达2 0 2 5 。 3 氨基磺酸盐减水剂( a h ) 氨基磺酸盐是一种非引气可溶性树脂减水剂。特点为：掺量小、减水率高、 坍落度经时损失小；缺点为对掺量敏感，稍稍过量容易泌水。”。 本试验所用的a h 为市售液体高效减水剂，固含量为3 0 ，掺1 5 减水率 可达2 0 2 5 。 4 脂肪族羟基磺酸盐减水剂( z h ) 脂肪族减水剂是以羰基化合物为主体，在碱性条件下与甲醛缩合形成一定 分子量大小的脂肪族高分子链，并通过磺化反应打开羰基，引入亲水性磺酸基 团，使该分子形成具有表面活性分子特征的种高分子减水剂。 试验所用的z h 为市售液体减水剂，固含量为3 4 ，掺量在1 左右，减水 率可达1 5 2 0 ，有一定坍落度损失。 一9 一 北京工业大学工学硕士学位论文 2 1 6 增粘剂 1 羧甲基纤维素( c m c ) 化学名称：羧甲基纤维素钠，又称羧甲基纤维素。 分子式： c 6 h 7 0 2 ( o h ) 2c h 2 c 0 0 n a n 结构式： 物理性质： 外观为白色或微黄色絮状纤维粉未或白色粉未，无嗅无味，无毒；易溶于 冷水或热水，形成胶状，溶液为中性或微碱性，不溶于乙醇、乙醚、异丙醇、 丙酮等有机溶剂，可溶于含水6 0 的乙醇或丙酮溶液。有吸湿性，对光热稳定， 粘度随温度升高而降低，溶液在p h 值2 1 0 稳定，p h 低于2 ，有固体析出，p h 值高于1 0 粘度降低。变色温度2 2 7 ，炭化温度2 5 2 ，2 水溶液表面张力 7 1 m 晌【2 ”。 2 羟乙基纤维素醚( h e c ) 化学名称：羟乙基纤维素醚( h e c ) 结构式： 一l o l 、_工 0 第2 章试验原料和试验方法 技术要求 表2 7 技术要求表 t a b i e 2 - 7r e q u i r e m e n t o f t e c h n o l o 科 项目指标 摩尔取代度( m s ) 2 o 水份s 1 0 水不溶物( )兰1 0 5 p h 值8 灰份( ) c m c 水溶液的粘度 p v a 水 溶液的粘度。 4 2 不同增粘剂溶液的粘度随时间的变化 试验选取了1 1 5 的c m c 、0 5 的h e c 、0 1 6 的p a m 和0 8 的p v a 四 种增粘剂的中性水溶液，对其进行了3 0 天的粘度测试，来确定增粘剂水溶液的 粘度随时间的变化。结果如图4 5 所示。 13579l li31 5l71 92 l2 3 2 5 2 72 9 时间( d ) 图4 5 不同增粘剂水溶液的粘度随时间的变化 f i g4 5v i s c o s “yc h a n g oo f t h cs o l u t i o nc o n t a i n i n gd i f f e r e n tv i s c o s i t y - m o d i f y i n ga d m i x t u r c sw i t ht i m ep a s s i n g 一2 6 第4 章增粘剂性能研究 从图4 5 中可以看出，这四种增粘剂的粘度随时间的变化不明显，也就是 说他们的粘度是相对较稳定的。 4 3 本章小结 本章中通过对增粘剂本身性能的测定，能初步了解到增粘剂的一些性质： 1 对于一定浓度的增粘剂水溶液，其粘度受溶液p h 值的影响较大。一般 的。在碱性水溶液中的粘度较低；而在酸性水溶液中的粘度较高；在中性水溶 液中的粘度居中。 2 在不同增粘剂进行复配时应以相对粘度较低的增粘剂作为基料，以粘度 较高的增粘剂作为辅料。如果两种增粘剂复配时，溶液的粘度随一种增粘剂浓 度的增大而成直线变化，则这两种增粘剂不宜复配。 3 相同浓度下，增粘剂水溶液的粘度p a m h e c c m c p v a 。 4 在所试验的增粘剂中，它们的粘度随时间的变化是很小的，即所测的增 粘剂的粘度具有一定的时间稳定性。 2 7 北京工业大学工学硕士学位论文 5 1 前言 第5 章水泥浆体流变性研究 其他种类的外加剂与减水剂的适应性的研究，是混凝土研究的一个重要的 环节。外加剂与减水剂适应性的好坏将直接影响混凝土的各种性能，从而影响 工程结构的质量【1 3 1 。然而，评价增粘剂与减水剂适应性的方法，却没有标准 的规范。在此，也只能做一些探索性的工作。目前，混凝土增粘剂主要用于自 流平混凝土、自密实混凝土、水下不离散混凝土以及喷射混凝土中。在这些混 凝土中，除了喷射混凝土外，主要特点是流动度大、不离析、不泌水及良好的 填充性能。增粘剂的主要功能便是保证混凝土大的流动性的条件下不离析、不 泌水。欲使混凝土具有大的流动性就需要在混凝土中加入一定量的减水剂，而 要使混凝土在具有大的流动性的同时不离析、不泌水则需要加入一定量的增粘 剂要求这种混凝土既要具有较小的屈服值，同时又要具有较大的塑性粘度1 3 8 】。 因此，增粘剂与高效减水剂的适应性 2 3 ，3 川就显得相当重要。资料显示纤维素系 列的增粘剂与萘系高效减水剂的适应性较差 3 5 ，7 2 3 1 ，k a w a i 和o k a d a 2 0 研究认 为主要是因为纤维索系增粘剂在p h 值为13 的水溶液中能与萘系减水剂发生化 学反应，生成凝胶体的缘故。但在试验方法即评定标准不同，也可能引起结果 的差异。 在本试验中，主要是通过测定水泥净浆试验的流变特性用具体的量来衡量 高效减水剂与增粘剂的适应性【4 0 】；通过水泥砂浆试验，来确定在固定增粘剂时， 各种高效减水剂在其掺量范围内是否存在饱和掺量【4 ”，这一点对在经济可行的 基础上，最大限度提高流体的流动性是有重要意义的。 一2 8 第5 章水泥浆体流变性研究 5 2 掺增粘剂的水泥净浆流变性的测定 通过运用回转粘度仪x s 1 1 a 型) 测定水泥净浆的表观粘度，再做剪切应 力和剪切速率的曲线，求出其屈服值并判断触变性。由于我们所需要得到的效 果是粘度大，而屈服值要小。由于不同的减水剂和不同的增粘剂复合应用时， 如果将水泥净浆粘度值控制在一定水平，测定其屈服值的大小来达到所要的效 果似乎是合理的。但是，这种方法是行不通的。主要有两方面的原因：一个是 将掺不同减水剂和不同增粘剂的水泥净浆的粘度控制在一定水平是很难做到 的；另一方面，即使我们能将水泥净浆的粘度控制在一定的水平，但是各种减 水剂和增粘剂在水泥净浆中的掺量可能会超过或低于正常水平，这样便失去了 试验结果对现实应用的指导意义。针对现实中掺增粘剂混凝土的性能要求需要 探求合适的方法对其进行评价。同时，还应注意新拌水泥浆体一般都具有触变 性或反( 负) 触变性，就浆体的流动性说，水泥浆体由于触变性或反( 负) 触 变性形成的触变环或反( 负) 触变环的面积越小越好。 鉴于以上原因，我们在此提出工作性指数和触变性指数的概念。用1 l r 表示 流动性指数，1 l r = n to ，其中n 为粘度，to 为屈服值。l l r 值越大，说明其粘 度相对越大，而屈服值相对越小，所得的效果应该越好；用6 表示触变性指数 ”“ 6 = ( tl t2 ) 2 ，t1 、t2 分别表示在相同的剪切速率下，上升、下 降阶段对应的剪切应力，+ 表示浆体具有触变性，表示浆体具有反( 负) 触变 性，6 值越小，说明浆体的触变性越小，触变环的面积就越小，则流动性就越 好，而在触变环面积相同的条件下，具有触变性的浆体比具有反触变性的浆体 具有更好的流变性【3 0 ，3 ”。 5 2 1 掺高效减水剂的水泥净浆的流变性 本试验中，水灰比为o 5 ，水泥用量3 0 0 9 。根据所测定数据做剪切应力 2 9 北京工业大学工学硕士学位论文 剪切速率曲线如图5 。1 5 5 所示。 褂2 5 嘲 s2 0 京 1 5 1 0 5 0 r 翅 尽 躲 r 氆 s 器 l 5 1 0 5 0 1 3 51 9 5 图5 - l 水泥净浆流变曲线 f i g 5 一lr h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e m e n tp a s t e 2 5 53 1 5 剪切直力 1 0 02 0 03 0 0 4 0 05 0 06 ( 剪切速率 图5 2 掺f d n o 5 的水泥净浆流变曲线 f i g 5 2r h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e m e n tp a s t ec o n t a i n i n g o 5 f d n 1 51 1 52 1 53 1 54 1 55 1 56 1 57 1 5 f i g 5 3r h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e m e n tp a s t ec o n t a i n i n go 5 3 0 第5 章水泥浆体流变性研究 r 捌 s 豁 r 趟 墨 器 图5 _ 4 掺a h l 的水泥净券毓变曲线 剪切速率 f i g5 qr h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e i l l e n tp a s t ec o n t a i n i n g1 a i 图5 5 掺z h l 的水泥净浆曲线剪切速率 流动性的测定 从图中曲线可以知道掺高效减水剂的水泥净浆的流变特性符合宾汉姆模 型。因此，我们可以近似用线性宾汉姆模型对水泥净浆的流动性进行描述，其 流变方程为3 0 】： 1=1 o + n d 式中，t 为剪切应力( p a ) ：1o 为屈服应力( p a ) ；n 为塑性粘度( p a s ) ；d 为剪切速率( s o ) 图形处理时应取上升曲线的末端直线部分，求出其粘度和屈服值。 3 l 一 第5 章水泥浆体流变性研究 触变性的测定 同时，从图中也可以看出，新拌水泥净浆具有触变特性，其触变性不能用 线性宾汉姆模型来描述，应该用非线性宾汉姆模型来描述，其流变方程为： t = t 、+ n d 2 式中，t ，为变量。这也是触变性形成的原因。利用6 = ( t 一t 。) 2 描述其 触变性。 由此处理所的结果如表5 1 所示。 表5 1 掺不同高效减水剂的水泥净浆的流变特性数据表 t 曲l e 5 1d a t ao f r h e o l o g i c a ic h a r a c t e r i s t i co 九h ec e m e n tp a s t ea d d i n gd i 行e r e n th r w r 减水剂种类空白 f d ns ma hz h 掺量( ) oo 5o51 o1 o n ( p a s )0 0 4 2 10 0 2 9 6o 0 3 4 30 0 1 7 8o 0 1 7 6 1o ( p a ) 1 0 8 0 8o 8 0 5 63 4 0 80 9 8 8 91 2 7 0 7 v ( 1 0 3 )3 8 9 63 6 7 41 0 0 61 8 0 013 8 5 6 4 7 2 0 866 97 4 1 959 0 548 0 7 从表5 1 中可以看出，在不掺增粘剂时1 l r 值都比较大，但是其q 、值都 比较小。在这四种高效减水剂中，在发挥减水作用，减小水泥净浆屈服值的同 时，又不至于过多的降低其粘度，也就是使得1 l ，值相应的较大；就其触变性而 言，f d n 、a h 和z h 的6 值都较小，而s m 的6 值为负值，即其表现出的是反 触变性。从不掺增粘剂的水泥净浆酊流变特性和触变性数据综合考虑可以看出， f d n 和a h 高效减水剂的效果不错，三聚氰胺高效减水剂的效果较差。 5 2 2 掺不同减水剂与增粘剂的水泥净浆的流变性 1 不同减水剂与c m c 复合应用时的水泥净浆流变性 在试验中固定高效减水剂的掺量不变，水灰比为o 5 ，水泥用量为3 0 0 9 。 其中，f d n 的掺量为0 5 ( 水泥的百分含量) ，s m 的掺量为水泥用量的l 一3 2 第5 章水泥浆体流变性研究 a i 的掺量为水泥用量的1 ，z h 的掺量为水泥用量的1 。根据所测定数据做 剪切应力一剪切速率曲线如图5 6 5 1 l 所示。 r 趟 尽 球 r 堪 恩 器 褂 矧 s 惑 34 3 6 38 3l 1 2 3l d 3 图5 6 掺f d n 和0 4 9 6 c 舭水泥净浆的流变曲线剪切速率 f i g 5 6r h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e m e n tp a s t ea d d i n gf d na n d c m c0 4 32 3 图5 - 7 掺f d n 和1 c m c 的水泥净浆流变曲线 f i g 5 7r h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e m e n td a s t e a n dr m r1 8 3 剪切速率 a d d i n gf d n 一3 3 们 m 0 北京工业大学工学硕士学位论文 i r 趟 豆 密 r 型 恩 京 r 堪 b 器 31 32 33 34 35 36 3 图5 9 掺鼬印l _ j c 凸i c a 劭观净黝变线剪铘样 f i 舀5 - 9r h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e i e n tp a s t ea d d i l l g 跚a n dc m c1 1 55 59 5 1 3 51 7 52 1 52 5 52 9 5 图5 1 0 掺氮基磺酸盐和0 4 c i i l c 水泥净浆流变曲线剪切速率 f i g 6 一1 0r h e o l o g i c a lc u r v eo ft h ec e m e n tp a s t ea d d i n ga n j ia n d0 崛 0 4 56 5n 51 6 52 1 52 6 5 图5 11 掺脂肪族1 枷c 0 6 的水泥净浆流变曲线剪切速率 f i g 5 一hr h e o l o g i c 8 lc u r v eo ft h ec e m e n tp a s t ea d d i n gz h1 a n do l c0 6 3 4 第5 章水泥浆体流变性研究 由图形可知掺增粘剂和减水剂的水泥净浆符合宾汉姆模型。因此，处理方 法同上。由此处理所的结果如表5 2 所示。 表5 2 掺不同高效减水剂和c m c 的水泥净浆的流变特性数据表 t a b l e 5 - 2d a t a o f r h e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i co f m e c e m e n tp a s t ea d d i n gd i 虢r e n th r w r a n d c m c 减水剂种类 f d ns ma hz h 掺量( )o 4 1041o 40 6 n ( p a s )0 2 5 7 2o 4 8 0 10 0 5 80 5 4 3 60 0 5 7 6o 0 7 8 2 1o ( p a ) 6 1 5 1 87 1 5 4 67 3 6 7 61 4 2 0 28 8 0 5 43 3 0 0 5 l l r ( 1 0 3 )4 1 86 7 178 7 23 8 2 86 5 42 37 6 8 9 8 62 5 3 4 42 0 0 7 6- 9 7 32 0 8 8 4。6 23 3 从表5 2 中看出，在加入增粘剂和减水剂后，1 l r 值明显增大。在c m c 掺量 相同的条件下，掺f d n 的水泥净浆的1 l r 为4 1 8 ，是最大的，远比掺s m 的水泥 净浆的v 值( 7 8 7 2 ) 和掺a h 的水泥净浆的v 值( 6 5 4 ) 大：从表中还可以看 出，随增粘剂掺量的增加，1 l r 值也是在增大的，因此对于z h ，完全可以估计在 相同掺量下的1 l r 值比掺f d n 时的要小；同时，可以估计要得到粘度大而屈服值 小的良好效果，要在c m c 的大掺量范围内方能实现。从水泥浆体的触变性看， s m 、 a h 和z h 的净浆均表现为反触变性，这对流体的流动是不利的，只有 f d n 与c m c 的复合浆体表现为正触变性，而且随c m c 掺量的增加其触变性 却减小，这一点与从v 值得出的结论是一致的，即要得到粘度大而屈服值小的 良好效果，要在c m c 的大掺量范围内方能实现。分析结果表明：在四种高效 减水剂中，f d n 与c m c 具有相对良好的适应性。这主要是因为与其他的纤维 素系的增粘剂相比c m c 的聚合度较小，其水溶液的粘度相对较低的缘故。 2 不同减水剂