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．并進行抗分散性、流動性損失試驗。
關鍵詞：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用范圍，使水下不分散混凝土規模化施工受到限制。為解決這一問題，在原有產品的基礎上，采用控制高分子聚合物分子結構、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(塌擴度)在2.0小時內基本不損失，具有優異的保塑性。
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，細度模數2.6；石子：石灰巖碎石，粒徑5—25mm，連續級配；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(復合了流化劑等)；水：自來水。
1．2 試驗方法
采用日本JISA1112-75標準和中國石油天然氣總公司工程技術研究院院級標準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，介質水的pH值以及混凝土的水陸強度比表示。水陸強度比指配合比相同的混凝土分別在陸上和水下成型，在相同的條件下養護至同齡期，所得的抗壓強度比值。抗分散性能越好，pH值越接近中性，水陸強度比也越高。試驗結果見圖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天的水陸強度比均能達到70% 以上，而不摻抗分散劑混凝土水陸強度比僅在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、塌擴度、 及德國DIN一1048擴展度。國內外試驗結果表明，塌落度的靈敏度最差，其次是塌擴度、擴展度但由于測擴展度值的儀器需特殊加工，實際應用中常用塌擴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，同時給出了塌擴度和擴展度值 。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天水陸強度比均超過了70%，28天更在80% 以上，超過日本和國內標準的7天大于6o%、28天大于70%的規定 這說明摻加Rs抗分散劑的混凝土具有優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，其流動性損失很小；又由于粘稠，其壓力泌水率比很小．一般在50%以內，可滿足泵送工藝對混凝土性能的要求。
2 機理探討
RS抗分散劑中的高分子聚合物帶有一些活性官能團，通過官能團能將水泥分散體系中的細顆粒吸附到分子鏈上，多個分子的官能團交叉吸附，形成了穩定的網狀結構. 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。上述兩類作用的結果，使混凝土拌和物粘稠性增大，宏觀上表現出水中抗分散性能。
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。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定，防止了后期粘度繼續增大而導致流動性降低。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、支鏈多的分子結構，使混凝土在達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。
在單螺桿擠出機設計中，如何實現在低加工溫度下高速擠出優質管材是一個關鍵技術在螺桿設計上，采用了BM結構與屏障式結構相結合，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域，熔體壓力較低，壓力分布均勻；在機筒設計中，采用了開槽機筒以保證PP-R高速喂料；在加料段設計有一個特殊的冷卻裝置．用于控制原料進入機筒的溫度；機筒各段有可控溫的加熱段，采用強制風冷，擠出機產蠡具有良好的線性關系(便于同牽引速度同步調節)；為了高速擠出，減速箱采用高扭矩、低噪聲的減速箱，電機功率相應配大。目前，我公司生產PP-R的單螺桿擠出機主要機型有SJ65 *30、SJ90 * 32、sJl20* 30，生產PP-R最高產量為300～5ookg／h。
(2)籃式擠出模頭
為使管坯在模頭中不產生流動取向效應，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化性能，有效地消除了熔體的應力記憶性能。
(3)冷卻、定徑系統
定徑套的結構、加工精度及冷卻方式對加工PP-R管材的質量非常重要。水環式定徑套(冷卻水對定徑水套進行循環冷卻，但不接觸管材)可在短時間內生產薄壁(冷水)管。但由于管坯進入定徑套時溫度較高，粘度較大，采用水環式定徑套長時間生產，會造成管材外表逐漸粗糙甚至拉斷。所以，PP-R管的生產，采用水簾式定徑套，在管材進入定徑套前對其進行預冷卻，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，并對冷卻過程進行全程溫度控制。我公司真空定型機采用二室定型， 
32mm以下小管采用碟片式定徑盤浸浴式冷卻，可滿足調整生產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，可滿足調整生產情況下冷卻和定型的需要。 (4)生產線控制系統
采用德國西門子專為擠出生產線設計制造的SKYEX型擠出機電腦控制系統。該系統采用上、下位機管理控制方式，上位機配有多幅面面和棒狀圖顯示，使系統的操作變得直觀方便；下位機選用可編程控制器，并增加了一些高級智能模塊，采用溫度控制模塊進行溫度控制，控制精度在±1℃。擠出機轉速由直流調速裝置控制，牽引速度由變頻調速器控制，擠出轉速與牽引速度采用專有控制技術，控制平穩，擠出波動極小，牽引機在低速下運行也相當穩定。
3 PP-R管材擠出工藝分析
PP-R管生產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節是生產合格管材的關鍵。
PP-R管材專用料的熔融溫度為140℃ ，分解溫度為250℃左右。提高擠出機熔融段及模頭口模段溫度有利于提高管材內外表面質量，但過高的熔體溫度會使原料分解，降低成型后管材的力學性能。標準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，應以盡量低的工藝溫度來高速擠出高品質的管材。采用水簾式定徑對PP-R管材進行定徑時，水簾出水應調節達到在整個圓周上保持出水均勻，否則成型管材上會出現水痕、粗糙、顏色不均等現象。對管材的定徑冷卻最好配置冷水機組(尤其是在夏季高溫下調整擠出生產時)。冷卻水的水質對PP-R管材的加工質量也相當重要，對于水質較硬的地區，生產線循環水應經軟化處理后使用。
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