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1、日本化学外加剂发展的新趋势[摘要] 本文主要介绍了日本化学外加剂发展历史及其最新的发展趋势。聚羧酸系减水剂是目前日本超塑化剂市场上的主要产品。而最近他们又在传统聚羧酸系超塑化剂研究的基础上,开发出了一种新型的低粘度型聚羧酸系超塑化剂。掺有这种低粘度聚羧酸系超塑化剂的混凝土的流动速度比掺有传统聚羧酸系超塑化剂的混凝土的流动速度快。而加入一种同时含有阴离子和阳离子表面活性剂的新型增稠剂后,在新拌混凝土中会形成三维网状结构,水泥浆体的粘度增加并且可以避免离析。通过加入缓凝剂可以控制浆体中水泥的水化,因为在水泥浆中存在着许多
2、的未反应的阿利特相,所以水泥的比表面积并没有增加。当在水泥浆中加入缓凝剂葡萄糖酸钠时,不会对混凝土的性能产生不利的影响,因此有利于搅拌站延长混凝土的浇注时间。目前在喷射混凝土工艺中,液体和粉状铝酸钙系(CA)速凝剂以及硫铝酸钙系(CSA)速凝剂已经得到了广泛的应用。对于CA速凝剂而言,随着其加入量的增加砂浆的终凝时间会加快,而在掺有CSA速凝剂的砂浆中,随着其加入量的增加砂浆的初凝时间和终凝时间均会缩短。1 绪论 在日本大多数混凝土中都应用了诸如(高效)引气剂、减水剂等化学外加剂。而且,能满足新的结构技术性能要求的
3、许多类型的外加剂也在实际中得到应用。这些外加剂主要用于改善流动性、控制凝结或者硬化时间、减少混凝土的体积收缩。1962年,由Hattori发明的萘系超塑化剂的发展对于日本化学外加剂领域来说具有重要的意义(Hattori,2002)。然而,第一代超塑化剂具有造成混凝土较大坍落度损失的缺点。为了减小坍落度损失,发展了作为第二代超塑化剂的许多类型的聚合物,例如:未接枝聚乙二醇为侧基的聚羧酸、渐变型聚羧酸、改良的木质素磺酸盐以及芳香族磺酸铵聚合物。(Sakai,Dai2mon,1995)但是,即使是这些新型外加剂也不能完全克
4、服坍落度损失快的缺点。在日本,一种含有聚氧乙烯梳型侧链的引气型高效减水剂得到了快速的发展,并成为了第三代高效减水剂的代表(NipponShokubai有限公司,1981,NipponShokubai有限公司和NMB有限公司,1993,1995)。掺少量聚羧酸系超塑化剂就能够显著提高混凝土的流动性,并且可以降低混凝土流动性的经时损失。在外加剂领域,新型聚合物减水剂的研究和发展已逐步进入分子设计的阶段。(Sakaietal.,2003)为了减少混凝土的体积收缩,在日本,减缩剂作为一种新型的外加剂首先得到了发展(Satoe
5、tal.,1983)。许多有机化合物可以被用作混凝土减缩剂,这类有机化合物能够降低水的表面张力,从而减少混凝土的自收缩和干收缩。 为了控制混凝土的凝结或硬化时间,速凝剂和缓凝剂已被广泛应用于普通混凝土。由于日本属于多山丘地貌,所以隧道建设被认为是一项重要的技术。由于隧道建设主要的方法是NATM(新型Austrian隧道法),所以应用于喷射混凝土中的速凝剂在这一领域起着举足轻重的作用。而含有铝酸钙胶凝材料的速凝剂又是在NATM方法中应用最为广泛的一类外加剂,所以这类外加剂的发展有效地促进日本隧道建设方法的转变。另外,
6、一种用于高强度喷射混凝土的新型促凝剂也得到了快速的发展(Ishidaetal.,1999)。同时,还提出将混凝土循环使用系统应用于混凝土搅拌站(Aizawaetal.,1996)。 本文介绍了日本化学外加剂发展的历史以及新趋势,包括高性能引气减水剂、新型喷射混凝土速凝剂、增稠剂以及增稠剂在混凝土搅拌站的浆体中作为缓凝剂的最新应用。2 化学外加剂在日本的应用历史 图1表明了化学外加剂在日本的应用历史。表1给出了化学外加剂的主要成分。在日本首先应用的化学外加剂是引气剂(AE),其生产始于1950年。随后开始应用的是减
7、水剂(WRA)和引气减水剂(AEWRA),它是减水剂和引气剂的混合物并于1960年得到广泛使用。引气混凝土中使用引气剂或引气减水剂在日本1978颁布的“预拌混凝土”JISA5308标准中已经做了规定。如今,在日本的混凝土中绝大多数都使用化学外加剂。用于化学外加剂的JIS标准(JISA6204)于1982年被重新修订,引气剂、减水剂、引气减水剂均包含于该标准中。 减水剂和引气减水剂又分为标准型、速凝型和缓凝型三个种类。木质素磺酸盐或葡萄糖酸盐在减水剂和引气减水剂中常被作为减水成分使用。减水剂和引气减水剂的减水率分别为
8、4%～6%,12%～16%。1987年在JISA6204中又对碱含量和氯离子含量进行了限制。萘系高性能减水剂(HRWRA)于1964年投入市场,其减水性能明显优于1962年研发的木质素磺酸盐减水剂(KaoSoaP有限公司,1964,Hattorietal.,1964),这类高效减水剂于1966年被用于PC管的制备,并于1970年左右在大跨度桥梁
