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化学外加剂是组成混凝土的必需材料之一,它的加入对于改善混凝土性能有着非常重要的意义。世界各大建筑工程中都离不开混凝土的使用,尤其是在我国,近年来飞速发展的高铁工程、三峡水利水电工程、跨海大桥工程、第一个穿越长江的地铁隧道工程都采用了混凝土外加剂用以改善其性能。目前,外加剂的种类不断丰富、性能以及应用水平显着提高,特别是新一代聚羧酸类减水剂的研发成功以及特有的高减水率、高保坍性、低掺量等一系列优质性能,使其在混凝土领域迅速得到青睐。但是,在聚羧酸系减水剂广泛应用的同时也暴露出许多问题,最严重的就是对混凝凝土材料砂石中的含泥量比较敏感,当泥含量超过3%时,对于同样体积的混凝土,要保证其性能不变,聚羧酸减水剂的用量要增加至原来用量的的几倍,这就大大提高了混凝土的成本。抗泥剂便是针对聚羧酸系减水剂对泥含量敏感这个问题而提出的一种新型混凝土外加剂。目前,国内外关于砂石含泥的问题大多采用对减水剂结构进行优化改善来解决,尽管起到一定抑制粘土的作用,但是对于含泥量超过5%甚至更高到10%时,已不能满足混凝土的性能要求,所以研究出一种抗泥剂解决含泥量高的问题已迫在眉睫。本文主要通过展开对抗泥剂的研究,进而对研究出来的抗泥剂做初步的机理探讨,为混凝土得到更好的应用做出贡献。
开展对抗泥剂的研究工作,需要建立一个有效、稳定的评价方法。本文选择了工程中最常用的水泥净浆流动度测试方法对抗泥剂进行评价研究,并对此方法中温度的选择和外加剂掺加技术进行了优化,优化结果如下:确定室内最适宜的温度在16~24℃,湿度保持在50%左右;外加剂的掺加技术选择同掺法。优化方法的建立主要避免了因外界环境因素改变而带来的实验结果的不准确性。
本论文对于抗泥剂的研究主要包括以下几点:
首先对于粘土性能做了基本的研究分析,通过XRD测试分析结果知道粘土的主要成分有:石英、伊利石、钠长石,蒙脱石,其中蒙脱石具有很强的吸附性,尤其是在吸水后体积会膨胀到原来的8-15倍;另外通过Zeta电位测试结果发现粘土表面带负电荷。于是初步研究抗泥剂,我们主要采用具有防膨性的抗泥剂和改变粘土表面带电性的抗泥剂进行了评价研究,从实验结果中发现这两类抗泥剂对改善体系性能起到了一定作用,但是对于施工所要求达到的性能还存在一定差距。即这两个阶段单独针对粘土进行研究存在一定局限性。
接着依次采用具有分散缓凝作用的抗泥剂和综合改善体系性能的抗泥剂进行了评价研究,从水泥净浆流动度测试结果和混凝土测试结果中发现抗泥剂D具有很好的抗泥效果,于是在此基础上,对D的分析纯试剂与工业级试剂进行了比较研究,确定了工业纫试剂同样可以达到使用的要求,这为工程上大量使用提供了有利条件;其次用抗泥剂D对武汉格瑞林建材科技股份有限公司自主生产的三种聚羧酸系减水剂做了普适性研究,发现D跟这三种减水剂有很好的相容性;最后将抗泥剂D在不同的施工现场做混凝土测试,发现混凝土坍落度和扩展度都能很好的达到施工要求,最终确定目标抗泥剂为D。而且在新疆的施工现场,对于含泥量超过5%的砂子抗泥剂D也起到了很好的抗泥作用,混凝土搅拌后出机效果很好,且目前正在被大量使用。
最后辅助环境扫描电镜测试结果对抗泥剂可能的机理做了初步探讨:抗泥剂D在体系中电离产生的阴离子可以与水泥颗粒表面带正电的钙离子结合,加强了聚羧酸根离子与钙离子的双电层结构;抗泥剂D阻碍了水泥浆体中土团粒的形成,提高了水泥净浆的流动度;抗泥剂D在体系中经过一系列反应生成一种新的化合物具有“滚珠效应”,可以更好的使混凝土体系中的颗粒均匀分散开,使得混凝土具有更好的流动性和分散性,便于现场施工。
本文关于抗泥剂的研究在混凝土领域处于领先阶段,此前关于解决砂石含泥的问题报道中仅限于对聚羧酸减水剂的结构进行改性,并且起到一定的作用,但是对于砂石含泥量超过5%的研究未见文献报道;对于抗泥剂的研究以及抗泥机理的探讨也未见文献报道。本文对抗泥剂的研究以及抗泥剂可能的机理探讨具有非常重要的意义,可为今后学者研究抗泥剂提供一些基本的思路。