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5-6-2 水泥漿體的擴散直徑與坍度維持 之比較

圖 5-6-4、5-6-5 為自行合成的 MSMF#40 與#48 兩小時內水泥漿體的 流動性維持之測試圖,由圖 5-6-4 中可以看出當 MSMF#40 添加劑量為 0.5%時,兩小時後擴散直徑減少約 10 ㎝,坍度損失量高達 60%,當添加 劑量增為 1%時,兩小時後擴散直徑只減少 2 ㎝,坍度損失量 10.9%,亦 即強塑劑添加劑量增加時,水泥漿體的坍度損失量變小【17】。此乃因為水 泥顆粒表面所能吸附的強塑劑有一定的量,沒有吸附上去的強塑劑分子 游離在水溶液中,隨著水化反應的進行,早先吸附在水泥顆粒表面上的 強塑劑分子被水化物包圍,而水溶液中游離的強塑劑分子進而吸附在水 泥顆粒表面,使得水泥漿體的流動性得以維持。

圖 5-6-5 可以看出當 MSMF#48 添加劑量低於 0.5%時流動性並不佳,

當添加劑量為 0.5%時,一小時與 0 分鐘水泥漿擴散直徑相同(18.4 ㎝), 兩小時後擴散直徑只減少約 3 ㎝,坍度損失量為 17.1%。當添加劑量增 為 0.75%時,一小時與兩小時的水泥漿體流動性均比剛配製時來得好,

圖中可以看出 HPC1000 添加劑量較少時,其水泥漿體的擴散直徑會隨著 水化時間增加而損失量變大,即流動性維持較不佳,直到添加劑量增為 0.75%時,才會有較好的流動性維持。造成坍度損失的原因之一為水化 產物佔據強塑劑吸附的位置,導致吸附量減少,流動性變差【29】

由圖 5-6-7 中可以發現 HP100 的添加劑量從 0.2%~1.0%,一小時與 兩小時的水泥漿體流動性均比剛配製時好很多,此結果與 Shcnaka【37】

及 Collepardi【10】等人之研究結果相符合,其主要的原因為羧酸系的強 塑劑的分散機制除了靠靜電排斥外,還包括立體障礙,分子結構中含有 龐大的側鏈結構會增加吸附層的厚度,並且在吸附層外圍形成一個較柔 軟的彈性層,使水泥顆粒分散時形成立體障礙【39】,所以水泥漿體在配製 一段時間後,其中的強塑劑仍持續發揮其作用,使得漿體的流動性不減 反增。

由圖 5-6-4~5-6-8 中可以發現當強塑劑劑量增加,水泥漿體的擴散 直徑急速增加,當超過某一個劑量時其擴散直徑便不再有明顯的變化,

此即為飽和劑量【40】,可看出此四種強塑劑的飽和劑量,如表 5-6-2 所示。

HP100 的飽和劑量介於 0.75%~1.0%(擴散直徑=18 ㎝),HPC1000 的飽和 劑量約為 0.75%(擴散直徑=19.2 ㎝)、MSMF#40 的飽和劑量約為 0.6%

(擴散直徑=19.1 ㎝),MSMF#48 的飽和劑量較低,約為 0.5%(擴散直 徑=18.4 ㎝)。若添加過量的強塑劑,對漿體流動性幫助不大反而會造 成泌水現象。

泥漿體一小時與兩小時坍損率圖,結果如表 5-6-3 所示。強塑劑添加劑 量增加時,水泥漿體坍損值變小。因為水泥顆粒表面所能吸附的強塑劑 有一定的量,沒有吸附上去的強塑劑分子游離在水溶液中,隨著水化反 應的進行,早先吸附在水泥顆粒表面上的強塑劑分子被水化物包圍,水 溶液中游離的強塑劑分子進而吸附在水泥顆粒表面,繼續發揮其分散的 功用。除了 HP100 之外,其他三者的流動性均隨著時間的增加而變差,

即坍度損失愈大。

HPC1000 為磺酸系的強塑劑,分散作用主要是來自於靜電排斥,其 水泥漿體之流動性的維持比羧酸系的強塑劑差。主要的原因為 HP100 為 羧酸系的強塑劑,其分散機制除了靠靜電排斥外,還包括立體障礙,所 以水泥漿體之流動性的維持較好。Lim 等人的研究結果【42】指出,添加羧 酸系的強塑劑(MA-co-AA)於磺酸系的強塑劑(NSF)中,可以有效控制 水泥漿之坍度損失。Chandra 和 Björnström【62】之研究結果顯示 PC 系強 塑劑能明顯降低水泥漿體的坍度損失,其效果明顯較 LS、SNF 與 SMF 優異。Lim【42】等人研究結果顯示添加具羧酸系共聚物(Ma-co-AA)於 NSF 中,能有效維持水泥漿體的坍度值。

圖 5-6-10 為四種強塑劑在水泥表面之吸附量圖(W/C=0.6,SP/C=

0.5%),結果顯示四者皆可能為 Langmuir 單層吸附,其飽和吸附量由大 至小依次為:4.9 mg/g > 3.5 mg/g > 2.9 mg/g (HPC1000>MSMF#48 >

後即被包覆,無法有效發揮靜電斥力及立體障礙力,為無效之添加,因 此可解釋在水泥漿的初始流動性上,MSMF#40 比 MSMF#48 好;兩者皆於 30min 達吸附平衡,由吸附量可證明 MSMF#48 在 60min 後的坍度維持上 優於 MSMF#40。從吸附圖形中可以看出 Hp100 的吸附速率較慢,強塑劑 分子可以均勻吸附在水泥漿體表面,有效發揮靜電排斥力與立障力,因 此有最佳的坍度維持。HPC1000 在 0 ~ 10min 吸附速率較快,所以漿體 的初始流動性較佳。

MSMF 同時具有磺酸根與羧酸根可以提供靜電排斥力,立體障礙則由 後者提供,但因所加的羧酸根側鏈並不長,所以其在立體障礙之幫助仍 十分有限。

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