两亲性低分子聚醚减缩剂减缩机理探索.pdf

高南箫等:两亲性低分子聚醚楲缩剂减缩机理探索
两亲性低分子聚醚减缩剂减缩机理探索
高南,刘加平2,冉千平12,田倩2,张建纲
(1.高性能土木工程材料国家重点实验室,江苏南京210008
2.江苏省建筑科学研究院有限公司,江苏南京210008)
摘要:低分子聚醚减缩剂是目前市场上应用最为类减缩剂由于其优异稳定的减缩性能,是目前市场上
广泛的一类减缩剂,但其减縮机理尚不明确。选用两应用最为广泛的一类减缩剂。但并不是所有的低分子
亲性二乙二醇单丁醚作为减缩剂,与其分子结构不同聚醚均具有减缩能力,这与其分子性质及结构是密切
但同为两亲性的二丙二醇作为对比样,探索两亲性低相关的,因此,从分子结构的角度出发,通过相关应用
分子聚醚减缩机理。通过收縮性能实验表明,二乙二基础研究,明减缩机理,为混凝土减缩控制技术提供
醇单丁醚减少干燥收缩与自收缩的能力明显优于二丙新的思路,有利于不同品种减缩剂的开发?,从而控制
二醇,掺量为2%时,ニ乙二醇单丁醚与二两二醇分别非荷载裂缝,提高混凝土结构耐久性。
减少干燥收缩44.4%与19.2%,减少自收编73.1%与
对于减缩剂的主要作用机理,中外研究者们一般
23.8%。通过等离子光谱(ICP)、有机碳分析仪用“毛细管张力学说”来解释,减缩剂可降低混凝土孔
(TOC)探索了ニ丙二醇及ニ乙二醇单丁醚对水泥浆体隙水的表面张力,即减少由于水泥水化或水分蒸发而
孔溶液性能的影响,结果表明,减縮能力与减缩剂的分导致毛细孔失水时产生的收缩应力。目前,对减缩剂
子结构密切相关。水泥水化基本完全后,两亲性二丙机理的研究多数集中在分析某种减缩剂对水化过程或
二醇与ニ乙二醇单丁醚不同程度地进入到水泥浆体孔孔的影响,而对不同分子结构的减缩剂如何作用于孔
溶液中,28d岭期时使孔溶液中K含量分别降低溶液及对表面张力产生的实际影响却鲜有报道
13.8%和35.4%,Na+含量分别降低15.6%和
本文在进行减缩剂机理的研究中,选用了两亲性
39.6%,而孔溶液的表面张力也分别降低9.2%与二乙二醇单丁为减缩剂,与其分子结构不同的二元
46.2%。由此可见,两亲性减编剂的减縮能力与其孔醇二丙二醇作为对比样,以掺减缩剂的水泥浆体孔溶
溶液中K、Na+浓度成反比且会不同程度地降低孔溶液为研究对象,不仅探索了两种物质对孔溶液中碱金
液的表面张力,从而表现出不同的减缩能力。
属离子浓度的影响及其与减缩能力之间的关系,并且
关键词:两亲性;低分子聚醚;减缩剂;收缩性能;孔以 Laplace方程(如式(1)所示)为理论依据,探索了减
溶液性能;表面张力
缩剂在孔溶液中的实际含量对表面张力产生的影响,
中图分类号:TQ172.4
文献标识码:A主要从分子结构的角度对减缩机理进行深入研究,以
文章编号:1001-9731(2012)14-1931-05
期对减缩剂的开发及工程应用提供参考。
引言
近些年来,混凝土的开裂现象相当严重,所造成的
式中,P。为毛细管负压;y为表面张力;r为弯液
直接或间接损失十分惊人。早期收缩开裂主要是由于面曲率半径;为接触角。
混凝土在约東条件下的收缩变形而引起,如塑性收缩
2实验
于燥收缩、温度收缩、自收缩和化学收缩等等。当这种
约東变形引起的应力或应变大于混凝土的极限抗拉强2.1实验原料
度或极限拉应变时,裂缝就会产生?,因此,如何减少
二丙二醇( Dipropylene glycol):分析纯,国药集团
混凝土的收缩已成为控制裂缝和提高耐久性的关键
化学试剂有限公司;二乙二醇单丁醚( Diethylene gly
针对混凝土裂缝的产生原因,科技工作者开发了 col monobutylether):江苏博特新材料有限公司,自
减缩剂(SRA)用以减轻混凝士的收缩,并被公认为是制,其化学组成见表1。
裂缝控制的最有效揩施之一,但在我国由于许多关键
水泥:52.5P.O,南京江南小野田水泥有限公司
技术尚未解决,至今未能推广应用。目前,混凝土减缩出品,水泥化学及矿物组成见表2。
剂主要为醇、聚醚或聚醚类衍生物等,其中低分子聚醚
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB623205);国家自然科学基金资助项目(50808094)
收到初稿日期:2012-02-13
收到修改稿日期:2012-04-01
通讯作者:髙南箫
作者简介:高南箫(1984-),女,江苏扬州人,工程师,主要从事高分子材料研究。
1932
才
2012年第14期(43)卷
表1减缩剂化学组成
Table 1 Chemical composition of SRAS
减縮剂
分子式
HLB
分子极性
Dipropylenc glycol
亲水亲油性
HC
-CH,~0十-H
lene glycol monobutylether H?cHcた0(-HC-CH
86
亲水亲油性
表2水泥的化学及矿物组成
养护至相应龄期。压取孔溶液过程中,利用300t的压
Table2 Chemical and mineral composition of cement力试验机进行加载,加载速度为10kN/s,最大压力为
化学组成(%)
30MPa,保持20min,压出的孔溶液用一次性注射器收
SiO2Al2O。CaO)IMgO「FeaO。1SO。Na2 Os Los
集,待测。压孔溶液装置及试件如图1所示
21.106.16164.811.944.412.5210.482.59
环形模
挤压活塞
矿物组成(%)
CS; CAF
52.50121.406.40113.10
2.2水泥净浆干燥收缩与自收缩性能测试
支
2.2.1干燥收缩性能测试
试件
以水泥净浆为收缩测试样,参照JC/T603-2004标
准进行,每组3个试样,在25mmX25mm×280mm的
试模中成型,经过标准养护(24士2)h后拆模,用千分
图1压孔溶液验装置图
尺测定初长L。,移人恒温恒湿室中养护(温度20℃,湿Fig1 Experimental setup of the production of pore
度65%),到相应龄期后,测定时间长度L。减缩剂按
solution
照水泥质量的百分比计,摻入到拌合水中。试件收缩
孔溶液中减缩剂表面张力的测量
率ε和减缩率R分别按式(2)和(3)计算:
孔溶液的制备:将0.35mol/LKOH与0.05mol/L
I;ーL
(2)NaOH溶解在去离子水中?。采用 dunouy方法(使
250
用铂环)测量减缩剂对孔溶液表面张力的影响,温度为
式中,Lo为试件的初长,mm;ム为不同龄期试件(20士3)℃。减缩剂质量分数为0.59%、1.0%、2.0%、
的长度,mm。
5.0%、7.5%、10.0%、15.0%、20.0%、50.0%和
R
×100%
(3)100%。
式中,s。为基准试件的收缩率,%;e:为不同龄期2.5水泥浆体孔溶液中离子浓度的测定
试件的收缩率,%
采用等离子耦合发射光谱仪(ICP)测试水泥浆体
进行密封处理,首先采用柔性