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基于液桥理论对高强度混凝土降粘性的机理研究

2020-01-18刘石山陈灵聪

绿色环保建材 2020年1期
关键词:悬浊液黏附力粘剂

刘石山 陈灵聪

湖南科之杰新材料有限公司

1 引言

随着建筑技术发展,建筑新技术愈来愈多运用到新的领域,比如在地面建造出超高层建筑,在水面建造出建筑物其他可靠平台,甚至在海洋的深处,开始建造大型的建筑物、结构体等等,随着时代发展的要求,越来越多的严苛条件,比如跨江、跨海、隧道、峡谷、深海等,都需要坚硬的支撑,较高含量的载荷。因此,随着时代的发展,对混凝土的质量,性能包括强度、寿命等,甚至制作的新工艺、新方法,都提出了较高的要求[1-3]。

高标号混凝土,由此顺应时代产生,其主要为等级强度,为C60及以上的混凝土。高标号混凝土,目前是混凝土材料研究的比重较高的发展方向之一,其具有,高强度、硬度高、凝结快、密实性高、均质性高等特点。高标号混凝土的使用,既可以降混凝土结构自身的重量减轻,也可以降混凝土内部构件截面尺寸降低,达到节省资源和节省能源的效果等[4]。

高标号混凝土,主要原材料,采用水泥、粗骨料、细骨料、矿物掺合料、拌合养护用水等一定比例混合而成。但是,高标号混凝土,为达到其超高强度目的的同时,在混凝土配料时用水量却非常低,这样会导致新拌的高标号混凝土黏度会较大,极易造成泵送混凝土的难度增加,泵送的安全事故频发。因此,所谓高标号的超高强混凝土,高黏度问题,成为我国施工问题中泵送施工技术的行业难题之一。所以,研究如何降低超高强度的混凝土的黏度具有重大的意义[5-8]。

目前,常采用的高标号混凝土黏度降低的方法主要包括:配制一定含量的降粘剂、提升一定掺量的减水剂、配合一定比例的引气剂及合理分配一定粒径的颗粒等级等方法[9-11]。但是,减水剂掺量的改变,一方面,很容易引发高标号混凝土,出现泌水扒底及过分缓凝等问题;另一方面,会导致较多成本的投入,性价比相对而言较低;引气剂的掺入,其原理是依据引入气泡,减少骨料等大小颗粒间摩擦力,从而降低混凝土的黏度,其很容易对高标号混凝土强度等产生较多不利的影响;胶材颗粒级配的优化,比如粉煤灰的掺入等,掺合料增加接触面积,降低高标号混凝土黏度,但对高标号混凝土的实际降粘效果,存在一定局限性,并且其不能从根源上解决降粘的问题。近年来,有机降粘剂及高分子羧基酸试剂不断衍生,其降粘的效果比较显著,但对其机理性研究鲜有[12]。

2 基于滴定法机制砂接触角研究

2.1 实验样品与试剂

郝晓文等发现,颗粒物间的桥连作用,是颗粒物间黏附力研究的直接对象,黏度是浆液和固体混合物的表现之一。黏附力影响因素,包括浆液润湿机制砂颗粒过程的接触角,机制砂主要成分碳酸钙等钙基物质浆液的黏附力,是高标号混凝土降黏性研究机理的重要方向。

接触角是浆液及固态颗粒物间黏附力研究的主要因素之一,是研究降黏性的理论基础。以机制砂主要成分之一的碳酸钙为例,研究以Compound NO.3 等为例的高分子聚合物作为降粘剂,对碳酸钙滴定水泥成分的硅酸盐成分的接触角及逆行给你研究。

实验中选取的润湿剂为:曲拉通(Triton X-100)和吐温80(Tween 80),阴离子润湿剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)和Compound NO.3,质量浓度均为0.025%。润湿剂分别溶解于钙基悬浊液中,质量浓度均为0.025%。润湿剂分别溶解于钙基悬浊液中。碳酸钙悬浊液的浓度为25%。

2.2 实验系统和方法

润湿难易通常用接触角来衡量。接触角的测量有多种方法,但本实验的悬浊浆液中含有大量颗粒,因此只能选择座滴法[13]。悬浊液润湿颗粒的图像通过高速摄像机录制并通过量高法测量。润湿实验系统如图1所示。

图1 接触角测量系统简图

具体实验方法为,称取3.8g硅酸盐样品均匀装入容积为3ml坩埚内,并刮平,保证每次实验坩埚中的灰样具有相同的堆积密度。配置的钙基悬浊液在恒温水浴内加热至38℃后用搅拌器搅拌2分钟,搅拌均匀且温度降到30℃时用移液器迅速将液滴滴在灰样表面;同时用高速摄像机拍摄液滴润湿灰样过程。加热台使灰样温度始终为30℃。

配置的钙基悬浊液在恒温水浴内加热至38℃,用搅拌器将悬浊液均匀搅拌2分钟,当悬浊液温度降到30℃时,用移液器迅速将液滴滴在灰样表面;同时用高速摄像机拍摄液滴润湿灰样过程。加热台使灰样温度始终为30℃。

2.3 实验结果

图2 各种高分子聚合物对CaCO3 浆液接触角影响

从图2可知,润湿剂的加入可以显著降低悬浊液润湿颗粒物的接触角,各种钙基悬浊液浓度在10%左右时,有最好的润湿性。但接触角仍大于90°,属于难于润湿范畴。颗粒被润湿的好坏主要与钙基悬浊液的酸碱性、胶束的形成以及电荷的分布有关。而其中,酸碱性是影响颗粒润湿的主要因素:碳酸钙浆液呈弱碱性,选用阴离子表面活性剂的效果较好;其他钙基悬浮液选用非离子表面活性剂的效果较好。实验发现Compound NO.3较好的润湿颗粒。

3 基于降粘剂混凝土倒坍落流动性实验研究

3.1 实验方法

混凝土拌合物的坍落度测试,混凝土倒坍漏空时间,测试参照JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》进行[14]。

3.2 实验结果

图3 降粘剂对高标号混凝土的倒坍落流动时间影响

图3 可以看出,没有降粘剂Compound NO.3 时,C60 混凝土倒坍落的流动时间较长,约12s 左右;当高标号混凝土加降粘剂后,随降粘剂掺量增加,C60混凝土倒坍落的流动时间会逐渐降低,降粘剂掺量越高,C60 混凝土倒坍落的流动时间就会越短。降粘剂Compound NO.3不同掺量对高标号混凝土倒坍落的流动时间影响,降粘剂在C60 混凝土中的最佳掺量范围不低于

0.4%[15]。

4 结论

本文从润湿水泥主要成分之一的粉煤灰颗粒过程的接触角,高标号混凝土,机制砂主要成分碳酸钙等钙基物质浆液的黏附力,及基于液桥理论的毛细力角度出发,通过实验研究方法,对高分子黏结剂Compound NO.3 等作为降粘剂,对高标号混凝土主要成分的降低黏性的机理进行深入分析:

(1)高标号混凝土,黏结剂机理是,通过改变混凝土浆液对机制砂接触角,及砂浆中黏附力等改变粘附性。

(2)Compound NO.3 等高分子润湿剂,可以降低机制砂表面润湿情况,改变颗粒物间的黏附能力,同时通过改变浆液的黏附力,实质性改变其黏性。

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