改性脂肪族减水剂对混凝土抗裂性能的影响.pdf

杆 鲤 蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 改牲腊肪族减水剂对混凝士 抗裂牲能的影晌 尤迁， 周文， 蒋亚清， 胡飞龙 ( 河海大学 力学与材料学 院， 江苏 南京2 1 0 0 9 8 ) 摘要 ： 通过引入对氨基苯磺酸和木质素磺酸钠， 合成具有磺酸基 ( - 一 s O ， H ) 、 氨基 ( _N H 2 ) 和羟基 ( _ _ 0 H ) 的改性脂肪族减水剂 ( MS A F ) ， 并在此基础上研究 了 MS A F对混凝土塑性收缩与抗裂性 能的影 响， 通 过 XR D分析 ， 探讨 了 MS AF对水泥铝酸 盐水化产物 的作用。结果表明： 与普通脂肪族减水剂相比， M S A F 具有更好的保水作用和空间位阻效应， 使混凝土早期塑性收缩降低， 开裂面积 减小 。MS A F能够抑 制 GA的水化进程， 降低早期的水化反应温度 ， 减少混凝土早期裂缝的产生。 关键词： 混凝土； 脂肪族减水剂； 改性； 收缩； 抗裂 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 3 7 0 3 Cr a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e mi x e d wi t h mo d i f i e d s u l f o n a t e d a l i p h fi c s e r i e s s u p e r p l a s t i c i z e r Y OU Q ， Z HO U We n ， J I A N G Y a q i n g ， HU F e i l o n g ( C o l l e g e o f Me c h a n i c s a n d Ma t e ri a l s ， H o h a i U n i v e r s i t y ， Na n j i n g 2 1 0 0 9 8 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B y i n t r o d u c i n g s u l f a n i l i c a c i d a n d s o d i u m l i g n o s u l p h o n a t e ， t h e mo d i f i e d s u lf o n a t e d a c e t o n e f o r ma l d e h y d e( MS A F ) h i g h e ff i c i e n t w a t e r r e d u c e r w a s s y n t h e s i z e d w i t h s u l f o n i c g r o u p( 一 s 03 H ) ， a m i n o g r o u p( 一N H 2 )a n d h y d r o x y 1 T h e p l ast i c s h ri n k a g e and c r a c k r e s i s t anc e o f c o n c r e t e mi x e d wi t l l MS AF wa s i n v e s t i g a t e d， a n d e ff e c t o f MS AF O i l ass e mb l a g e o f alu mi n a t e h y d r a t e s i n c e me n t p ast e Was i n v e s t i g a t e d b y XRDE x p e rime n t al res ul t s i n d i c a t e d t h a t t h e p l a s t i c s h r i n k age a n d t h e c r a c k i n g a r e a o f c o n c r e t e mi x e d wit h mo d i fie d s u l f o n a t e d ali p h t i c s e rie s s u p e r p l a s t i c i z e r d e c r e a s e d； c o mp are d wi t h ali p h t i c s u p e r pl ast i c i z e r MS AF h as b e t t e r wa t e r d i s p e r s i o n e f f e c t an d s p a c e s t e r i c e ffe c t wh i c h i s b e n e fi t f o r c r a c k r e s i s t anc e o f c o n c r e t e MS AF c a n i n h i b i t t h e h y d r a t i o n p r o g r e s s o f GA， red u c e e arl y h y d r a t i o n rea c t i o n t e mp e r a t u re， and r e d u c e t h e e arl y c r a c k o f c o n c r e t e Ke y wo r d s ： c o n c r e t e ， ali p h t i c s u p e r p l ast i c i z e r ， mo d i fi e d ， s h r i n k age ， c r a c k r e s i s t anc e 0 前言 高效减水剂的广泛使用使混凝土不断朝着高性能化方向 迈进【 1 1 。脂肪族高效减水剂因其具有减水率高、 强度增长快、 引气量低等优点， 可明显改善混凝土拌合物的性能， 是目 前市 场上用量最多的减水剂品种之一 。但是掺普通脂肪族减水 剂也会带来一些不利影响， 例如， 由于泌水严重， 往往引起混 凝土早期塑性开裂，而收缩裂缝会导致混凝土过早损坏及结 构耐久性下降， 降 低建筑物的 服役寿命 5- 6 ， 造成巨大的经济 损失。混凝土内部水分蒸发和水化温度过高是混凝土早期裂 缝产生的主要原因。 本文通过化学方法进行改性， 合成出改性 收稿 日期： 2 0 1 4 1 1 - 2 6 ； 修订 日期 ： 2 0 1 5 0 1 3 0 作者简介： 尤迁， 男， 1 9 9 0 年生， 江苏宿迁人， 硕士研究生。地址： 江苏 省南京市西康路 1号 河海 大学大象馆 5 0 5室， E m a i l ： 7 6 1 5 2 3 8 4 1 、 q q c o m o 脂肪族减水剂，研究了改性脂肪族减水剂对混凝土抗裂性能 的影响， 并对其作用机理和与水泥水化作用进行了探讨。 1 实验 1 1 原材料 丙酮、 木质素磺酸钠： 工业纯； 甲醛溶液、 亚硫酸氢钠、 对 氨基苯磺酸、 氢氧化钠、 氧化铝、 亚硫酸钠： 均为分析纯。 南京江南小野田水泥厂生产的P il 5 2 5 水泥， 化学成分 见表 1 ； 中砂， 细度模数 2 6 3 ， 视密度 2 6 5 0 k 咖 ， 体积密度 1 5 7 6 k g m ； 石子， 由5 1 0 m m和 l 0 2 0 m m的石灰石碎石配 制而成， 视密度2 6 5 3 k g m s ， 通过预先优化配制， 获得的最 大体积密度为1 8 5 0 k g m ； c 单矿物、普通脂肪族减水剂 ( S A F ) ： 实验室自 制。 表 1 水泥的主要化学成分 N E W B UI L D I NG MA T E R I AL S 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 尤迁， 等： 改性脂肪族减水剂对混凝土抗裂性 能的影响 结构发生改变，形成较大的空间位阻效应使其对水泥的分散 性能增强，水泥颗粒水化反应形成的较小凝胶团不能互相聚 集， 且在这一时间段内， 水化反应使拌合物刚性结构进一步形 成， 混凝土塑性变形得到了有效控制， 增强了混凝土的塑性抗 拉强度， 对抵抗塑性开裂是有利的。 2 3 改性脂肪族减水剂对水泥水化的影响 C 是水泥水化的主要产物之一， 其水化速度较快， 对减 水剂具有很强的吸附能力，对混凝土的早期性能也具有重要 影响。 常温下， C A在水化过程中首先形成层状结构的水化铝 酸 钙产物C , A H ， 和C 2A H 。 ，并 在短时间内 释放出 大量的水化 反应热， 这些热量会增加混凝土的塑性变形， 当收缩的过程达 到一定程度时， 就会引发混凝土表面裂缝的产生。 本实验主要 研究改性脂肪族减水剂对水泥水化产物结晶过程的影响， 将 改性脂肪族减水剂掺入到C 水泥单矿物中，其水化产物 X R D衍射分析如图3 所示。 5 0 0 0 0 4000 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 O 0 0 0 0 水钙铝榴石。 一 C 4 A Hl a C 3 A I j 2 O 3 0 2 O ( 。 ) 图3 掺 MS A F的C A水化产物的 X R D图谱 从图3 可以看出， 掺改性脂肪族减水剂C 水化产物的 X R D图谱中， 2 0 在2 0 o 4 0 。 间 多次出 现了明 显的c A 水化产 物水钙铝榴石的特征衍射峰，且衍射峰强度较大，说明C ， A 水化的主要产物为水钙铝榴石； 而2 在3 5 。 4 0 。 问出现了明 显的未水化c 的特征衍射峰， c 早期水化产物中剩余大 量未水化的c ， 表明改 性脂肪族减水剂的掺 入在一定 程度 上抑制了C 的水化， c 的缓慢水化使早期的水化反应放 出的热量减少， 降低了混凝土早期内部温度， 有利于减小混凝 土早期塑性变形， 对控制混凝土早期 裂缝的 发展是有利的。 3 结论 ( 1 ) 不同脂肪族减水剂均会引起混凝土的早期塑性开裂， 而掺改性脂肪族减水剂的混凝土开裂面积较小，其抗裂性能 明显增强。 ( 2 ) 通过化学改性引入磺酸基( 一S 0 ， H ) 、 氨基( -N H 2 ) 和 羟基( _O H ) ， 改性脂肪族减水剂由于分子结构的改变， 具有 更好的分散保水性能和空间位阻效应，并且可能具有一定的 引气作用， 有利于降低水分蒸发和泌水， 减小混凝土的早期塑 性收缩开裂。 ( 3 ) 改性脂肪族减水剂在一定程度上可以延缓C 的水 化， 降低c 的反应速率， 减少早期的 水化反应热， 有利于控 制混凝土早期裂缝的发展。 参考文献： 【 1 】 蒋亚清 混凝土外加剂应用基础【 M】 B 京： 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 4 2 】 Mi k a n o v i e N， J o l i c o e u r C I n fl u e n c e o f s u p e r p l a s t i c i z e r s o n t h e r h e o l o g y a n d s t a b i l i t y o f l i me s t o n e a n d c e m e n t p a s t e s J C e m e n t d n d C0 n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 8， 3 8( 7 )： 9 0 7 9 1 9 【 3 赵晖， 傅文彦， 主毅， 等 脂肪族高效减水剂的合成及其分散性能 研究f J 1 I新型建筑材料， 2 0 0 5 ( 9 ) ： 8 - 1 1 4 】 J i a n g B， Z h o u S ， J i H， e t a 1 D i s p e r s i o n a n d r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f C e r a mi c s u s p e ns i o n s u s i n g l i n e ar p o l y a c r y l a t e c o p o l y me r s w i t h c arb o x y l i c g r o u p s a s s u p e r p l a s t i c i z e r J C o l l o i d s a n d S u r f a c e s A： P h y s i c o c h e mi e a l a n d En g i n e e r i n g As p e c t s ， 2 01 2， 3 9 6： 31 0 3 1 6 【 5 高春 勇 化学外加 剂对混 凝土收缩 开裂 的影响 D 北 京： 中国建 筑材料科学研究院， 2 0 0 4 ： f 6 1 李世 华 外加剂 对混凝 土收缩 开裂性 能的影响【 D 郑州 ： 郑州 大 学， 2 0 1 2 A ( 上接第 7页) e t h e r s i n f l u e n c e o n wa t e r r e t e n ti o n a n d c o n s i s t e n c y i n c e me n t - b a s e d m o r t a r s【 J 】 _ C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 1 1 ， 4 1( 1 ) l 46 - 5 5 【 9 】 L S c h m i t z ， C J H a c k e r ， 张量 纤维素醚在水泥基干拌砂浆产品中 的应用 J 】 新型建筑材料， 2 0 0 6 ( 7 ) ： 4 5 - 4 8 【 l o 马保国， 欧志华， 蹇守卫， 等 纤维素醚一 水泥水化特征及机理评 述 J 】 混凝土， 2 0 1 0( 8 ) ： 6 4 6 7 【 1 1 P o u r c h e z J ， G r o s s e a u P ， Ru o t B C u r r e n t u n d e r s t and i n g o f c e l l u l o s e e t h e rs i mp a c t o n t h e h y dr a t i o n o f C a n d C s u l p h a t e s y s t e m s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 9 ， 3 9 ： 6 6 4 6 6 9 【 1 2 张国防， 王培铭 羟乙基甲基纤维素对水泥水化的影响J 1 同济 大学学报： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 3 ) ： 3 6 9 - 3 7 3 A NE W BUI L DI NG MAT E RI AL S 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m