地铁盾构管片混凝土用高性能聚羧酸减水剂的合(2) - 合成纤维杂志社投稿

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地铁盾构管片混凝土用高性能聚羧酸减水剂的合(2)

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2.1.2 酸醚比对合成减水剂性能的影响

选用大单体HPEG 4000，按照不同酸醚比进行共聚，得到不同分子结构的聚羧酸减水剂，并将其进行混凝土对比试验，结果见表3。

表3 混凝土试验结果?

从表3可以看出，随着酸醚比的增加，混凝土的初凝时间延长，1 d、3 d抗压强度降低。有关研究发现[2]，在丙烯酸单体构成主链的早强型聚羧酸减水剂结构中，侧链更长，而主链相对较短。酸醚比越小，合成减水剂的结构为短主链长支链的结构，分子结构由梳形变成倒T形，侧链长度大大超过主链长度，侧链间距也大于普通聚羧酸减水剂中短侧链的间距，这种结构的聚羧酸减水剂，空间位阻分散能力很强，同时聚氧乙烯长侧链促使水分插入到水泥颗粒间，促进水泥水化。所以，随着酸醚比的降低，合成聚羧酸减水剂所拌混凝土的初凝时间缩短，混凝土早期强度增加。

2.1.3 DAC用量对合成减水剂性能的影响

在聚合工艺中引入小单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC），从而在分子结构中引入阳离子，合成两性型聚羧酸减水剂。将不同用量（为大单体的质量百分比）的DAC与单体共聚得到聚羧酸减水剂，并将其进行混凝土对比试验，结果见表4。

表4 混凝土实验结果?

从表4可以看出，随着DAC用量的增加，混凝土的初凝时间缩短，1 d、3 d抗压强度增加。减水剂分子结构中阴阳离子的协同作用，有利于钙矾石的生成，同时改变钙矾石的结晶形貌，由原来较大的平行堆积状变为较小的扭曲放射状，同时可增加钙矾石的生成量[3]。因此，随着DAC用量的增加，混凝土的初凝时间缩短，早期抗压强度提高。

2.1.4 不同减水剂对水泥水化热的影响

按照上述最佳配比（采用大单体HPEG 4000，酸醚比为3.0∶1，DAC用量为大单体质量的1.3%）合成高性能聚羧酸减水剂PCE1。图1为普通聚羧酸减水剂PCE与高性能聚羧酸减水剂PCE1对水泥水化放热速率影响的对比。

图1 聚羧酸减水剂对水泥水化放热速率的影响

由图1可见，普通聚羧酸减水剂PCE主放热峰对应的水化时间为15.5 h，PCE1主放热峰对应的水化时间为13.5 h，表明两性型PCE1对水泥水化的加速反应期提前，主放热峰高度有上升。因此，引入一定量阳离子的聚羧酸减水剂可以使混凝土水化加速反应期提前，更早生成C－S－H凝胶，从而提高其早期强度。

2.1.5 水化产物形貌分析

按照上述最佳配比合成高性能聚羧酸减水剂PCE1，图2为分别掺普通聚羧酸减水剂PCE和高性能聚羧酸减水剂PCE1的水泥浆体水化3 d后的扫描电镜二次电子图像。

图2 聚羧酸减水剂对水泥水化产物的影响

由图2可见，在相同龄期，掺不同聚羧酸减水剂的水泥颗粒的表面形貌存在区别，掺PCE1的水泥颗粒表面生成大量尺寸较小的结晶水化产物，而掺普通聚羧酸减水剂的水泥颗粒表面仅分布着尺寸较大的水化产物。尺寸较小的结晶水化产物属于早期形成的硅酸盐相水化产物，这种结构可提供早期强度。这个结果再一次证明了掺PCE1后水泥试样水化放热速率加快，水化加速期提前，水化产物凝胶提前大量生成，从而提高了混凝土的早期强度，缩短混凝土初凝时间。

2.1.6 PCE1在管片混凝土中的试生产应用

按照上述最佳配比合成高性能聚羧酸减水剂PCE1，将其应用于地铁盾构管片生产，地铁盾构管片混凝土的配合比见表1，减水剂折固掺量为0.18%，PCE1在管片混凝土中的应用性能见表5。

表5 PCE1在管片试生产中的应用情况?

由表5可见，试生产的管片性能良好，完全达到实际使用要求。

2.2 高性能聚羧酸减水剂分子结构分析

按照上述得到的最佳配比，在实验室条件下合成得到高性能聚羧酸减水剂PCE1，对PCE1进行红外光谱分析，结果如图3所示。

从图3可以看出，1643 cm-1附近为羧酸盐吸收峰，1351 cm-1附近为C—N键吸收峰，1100.00 cm-1处是醚键C—O的特征吸收峰，说明PCE1已成功将阳离子引入其分子结构中。

图3 PCE1的红外光谱

3 结语

（1）合成地铁盾构管片混凝土用高性能聚羧酸减水剂的最佳配比为：采用大单体HPEG 4000，酸醚比为3.0∶1，DAC用量为大单体质量的1.3%。掺该减水剂的地铁盾构管片混凝土具有初凝时间短、触变性好、粘聚性好、强度高等优点。此外，生产的管片外观质量较好。

文章来源：《合成纤维》网址: http://www.hcqwzz.cn/qikandaodu/2021/0414/525.html