低流動性損失水下混凝土抗分散劑的性能研究
2006-04-26 00:00
摘要：采用速溶高分子聚合物，制成低流動性損失水下混凝土用抗分散劑．并進(jìn)行抗分散性、流動性損失試驗。
關(guān)鍵詞：抗分散荊；低流動性損失；粘稠；水下漏凝土
水不分散混凝土是一種新型混凝土。它通過在普通水下混凝土中加入抗分散劑—— 通常是水溶性高分子聚合物，來提高混凝土拌和物的粘稠性，從而達(dá)到抗水洗的目的。摻加抗散劑，在提高了混凝土拌和物的粘稠性的同時，也帶來了諸如用水量增加、流動性損失快等新的問題。特別是流動性損失快制約了其應(yīng)用范圍，使水下不分散混凝土規(guī)?；┕な艿较拗啤榻鉀Q這一問題，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用控制高分子聚合物分子結(jié)構(gòu)、溶解逮度以及選用相容性較好的流化劑，通過大量試驗，研制成功新型RS不分散混凝土抗分散劑。試驗表明，摻加RS的水下不分散混凝土，在保證抗分散性能的情況下，其塌落度(塌擴(kuò)度)在2.0小時內(nèi)基本不損失，具有優(yōu)異的保塑性。
1 RS配制的水下不分散混凝土性能試驗
1．1 原材料
水泥：冀東525#R普通硅酸鹽水泥；砂：薊縣中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；石子：石灰?guī)r碎石，粒徑5—25mm，連續(xù)級配；粉煤灰：軍糧城電場二級灰；外加劑：自行研制的RS型抗分散劑(復(fù)合了流化劑等)；水：自來水。
1．2 試驗方法
采用日本JISA1112-75標(biāo)準(zhǔn)和中國石油天然氣總公司工程技術(shù)研究院院級標(biāo)準(zhǔn)Q／GCY012—92。
1．3 RS對混凝土抗分散性的影響
混凝土的抗分散性常用混凝土在水中落下時，介質(zhì)水的pH值以及混凝土的水陸強(qiáng)度比表示。水陸強(qiáng)度比指配合比相同的混凝土分別在陸上和水下成型，在相同的條件下養(yǎng)護(hù)至同齡期，所得的抗壓強(qiáng)度比值?？狗稚⑿阅茉胶?，pH值越接近中性，水陸強(qiáng)度比也越高。試驗結(jié)果見圖1和圖2。
圖1表明：RS抗分散劑摻量從1.0% 提高到2.0%時，水介質(zhì)的pH值迅速下降；摻量超過2.0%以后，混凝土在水中落下時基本不分散，滿足抗分散要求。圖2表明：RS摻量超過2.0%時，7天和28天的水陸強(qiáng)度比均能達(dá)到70% 以上，而不摻抗分散劑混凝土水陸強(qiáng)度比僅在30%上下。
綜合圖1和圖2可看到，在Rs摻量超過2.0%(對水泥)時，混凝土具備優(yōu)良的水下抗分散性。
1 .4 RS抗分散劑對混凝土流動性損失的影響
水下不分散混凝土流動性有三種測定方法：塌落度、塌擴(kuò)度、 及德國DIN一1048擴(kuò)展度。國內(nèi)外試驗結(jié)果表明，塌落度的靈敏度最差，其次是塌擴(kuò)度、擴(kuò)展度但由于測擴(kuò)展度值的儀器需特殊加工，實際應(yīng)用中常用塌擴(kuò)度值來表示水下不分散混凝土的流動性。
表1給出了水下不分散混凝土常用配合比及其力學(xué)性能，表2給出了流動性損失情況(為便于比較，同時給出了塌擴(kuò)度和擴(kuò)展度值 。從表1可看出，摻有Rs抗分散劑的水下不分散混凝土．7天和28天水陸強(qiáng)度比均超過了70%，28天更在80% 以上，超過日本和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的7天大于6o%、28天大于70%的規(guī)定 這說明摻加Rs抗分散劑的混凝土具有優(yōu)良的水下抗分散性能 從表2可看出．采用Rs配制的水下不分散混凝土，在2小時之內(nèi)，其流動性損失很??；又由于粘稠，其壓力泌水率比很?。话阍?0%以內(nèi)，可滿足泵送工藝對混凝土性能的要求。
2 機(jī)理探討
RS抗分散劑中的高分子聚合物帶有一些活性官能團(tuán)，通過官能團(tuán)能將水泥分散體系中的細(xì)顆粒吸附到分子鏈上，多個分子的官能團(tuán)交叉吸附，形成了穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu). 同時，由于表面活性作用，改變了混凝土混合物分散體系中顆粒的表面電位，顯著降低粒子間的排斥勢能，增大了顆粒間吸引勢能，使多相分散體凝聚在一起。上述兩類作用的結(jié)果，使混凝土拌和物粘稠性增大，宏觀上表現(xiàn)出水中抗分散性能。
對摻有Rs抗分散劑的水下不分散混凝土而言，它是一種高粘性易流動的粘稠體，其流變行為屬于接近牛頓液體的賓漢姆體，它的流動性主要與粘度有關(guān)。Rs抗分散劑中的高分子聚臺物具有速溶特性，這種特性使高分子聚合物在堿性水泥多相體系中迅速溶解，在攪拌期間體系粘度能迅速增加并趨于穩(wěn)定，防止了后期粘度繼續(xù)增大而導(dǎo)致流動性降低。同時，體系中流化劑受溶液粘膜包裹影響，短時間內(nèi)不能完全被水泥顆粒吸附，從而起到一種類似緩釋作用的效果，防止了混凝土拌和物流動性損失 另外，高分子聚合物分子具有直鏈短、支鏈多的分子結(jié)構(gòu)，使混凝土在達(dá)到水中抗分散性的同時粘度不過分增大，也對流動性有利。
3 結(jié)論
(1)Rs抗分散劑能顯著提高水下混凝土的抗分散性能。
在單螺桿擠出機(jī)設(shè)計中，如何實現(xiàn)在低加工溫度下高速擠出優(yōu)質(zhì)管材是一個關(guān)鍵技術(shù)在螺桿設(shè)計上，采用了BM結(jié)構(gòu)與屏障式結(jié)構(gòu)相結(jié)合，并增加了特殊的混煉段，不僅保證了管坯的塑化效果，而且物料在整個螺桿上的各個區(qū)域，熔體壓力較低，壓力分布均勻；在機(jī)筒設(shè)計中，采用了開槽機(jī)筒以保證PP-R高速喂料；在加料段設(shè)計有一個特殊的冷卻裝置．用于控制原料進(jìn)入機(jī)筒的溫度；機(jī)筒各段有可控溫的加熱段，采用強(qiáng)制風(fēng)冷，擠出機(jī)產(chǎn)蠡具有良好的線性關(guān)系(便于同牽引速度同步調(diào)節(jié))；為了高速擠出，減速箱采用高扭矩、低噪聲的減速箱，電機(jī)功率相應(yīng)配大。目前，我公司生產(chǎn)PP-R的單螺桿擠出機(jī)主要機(jī)型有SJ65 *30、SJ90 * 32、sJl20* 30，生產(chǎn)PP-R最高產(chǎn)量為300～5ookg／h。
(2)籃式擠出模頭
為使管坯在模頭中不產(chǎn)生流動取向效應(yīng)，要降低模頭的熔體壓力，并盡量減小壓縮比。我們采用了籃式擠出模頭。由于其分流流道徑向截面積很大，與其他傳統(tǒng)模頭(如支架式模頭)相比，其模頭壓力低，可保證在高擠出量下仍保持低熔體溫度。物料在通過無數(shù)分流孔時，熔體流動從軸向到徑向的雙重方向改變，起到了良好的混合效果，使熔體具有良好的融體均質(zhì)化性能，有效地消除了熔體的應(yīng)力記憶性能。
(3)冷卻、定徑系統(tǒng)
定徑套的結(jié)構(gòu)、加工精度及冷卻方式對加工PP-R管材的質(zhì)量非常重要。水環(huán)式定徑套(冷卻水對定徑水套進(jìn)行循環(huán)冷卻，但不接觸管材)可在短時間內(nèi)生產(chǎn)薄壁(冷水)管。但由于管坯進(jìn)入定徑套時溫度較高，粘度較大，采用水環(huán)式定徑套長時間生產(chǎn)，會造成管材外表逐漸粗糙甚至拉斷。所以，PP-R管的生產(chǎn)，采用水簾式定徑套，在管材進(jìn)入定徑套前對其進(jìn)行預(yù)冷卻，另外，也防止物料粘附在定徑套人口。PP-R材料熱容量較大，尤其是厚壁的大管，為滿足較快的擠出速度需配置較長的定徑冷卻長度，并對冷卻過程進(jìn)行全程溫度控制。我公司真空定型機(jī)采用二室定型， 
32mm以下小管采用碟片式定徑盤浸浴式冷卻，可滿足調(diào)整生產(chǎn)情況下冷卻和定型的需要。
32mm以下小管采用碟片式定徑盤浸浴式冷卻，可滿足調(diào)整生產(chǎn)情況下冷卻和定型的需要。 (4)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)
采用德國西門子專為擠出生產(chǎn)線設(shè)計制造的SKYEX型擠出機(jī)電腦控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用上、下位機(jī)管理控制方式，上位機(jī)配有多幅面面和棒狀圖顯示，使系統(tǒng)的操作變得直觀方便；下位機(jī)選用可編程控制器，并增加了一些高級智能模塊，采用溫度控制模塊進(jìn)行溫度控制，控制精度在±1℃。擠出機(jī)轉(zhuǎn)速由直流調(diào)速裝置控制，牽引速度由變頻調(diào)速器控制，擠出轉(zhuǎn)速與牽引速度采用專有控制技術(shù)，控制平穩(wěn)，擠出波動極小，牽引機(jī)在低速下運行也相當(dāng)穩(wěn)定。
3 PP-R管材擠出工藝分析
PP-R管生產(chǎn)工藝與普通聚烯烴管材基本相同，在擠出過程中，工藝溫度控制和冷卻定徑調(diào)節(jié)是生產(chǎn)合格管材的關(guān)鍵。
PP-R管材專用料的熔融溫度為140℃ ，分解溫度為250℃左右。提高擠出機(jī)熔融段及模頭口模段溫度有利于提高管材內(nèi)外表面質(zhì)量，但過高的熔體溫度會使原料分解，降低成型后管材的力學(xué)性能。標(biāo)準(zhǔn)要求管材的熔本流動速率比原料的熔體流動速率不能降低30%，因此，應(yīng)以盡量低的工藝溫度來高速擠出高品質(zhì)的管材。采用水簾式定徑對PP-R管材進(jìn)行定徑時，水簾出水應(yīng)調(diào)節(jié)達(dá)到在整個圓周上保持出水均勻，否則成型管材上會出現(xiàn)水痕、粗糙、顏色不均等現(xiàn)象。對管材的定徑冷卻最好配置冷水機(jī)組(尤其是在夏季高溫下調(diào)整擠出生產(chǎn)時)。冷卻水的水質(zhì)對PP-R管材的加工質(zhì)量也相當(dāng)重要，對于水質(zhì)較硬的地區(qū)，生產(chǎn)線循環(huán)水應(yīng)經(jīng)軟化處理后使用。
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