混凝土減水劑課件

混凝土減水劑——定義、發(fā)展歷史、分類(lèi)混凝土減水劑的定義是指在混凝土和易性及水泥用量不變條件下，能減少拌合用水量、提高混凝土強(qiáng)度；或在和易性及強(qiáng)度不變條件下，節(jié)約水泥用量的外加劑。

和易性（或稱作工作性）是指混凝土拌合物易于操作（拌合、運(yùn)輸、澆注、振搗、密實(shí)），并獲得內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)、質(zhì)量均勻的結(jié)構(gòu)體的性能。是混凝土的一項(xiàng)綜合的技術(shù)性質(zhì)，包括：流動(dòng)性、粘聚性、保水性等三個(gè)方面。外加劑的定義在混凝土攪拌之前或攪拌過(guò)程中摻入，用以改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的物質(zhì)，摻量不大于5%（特殊情況除外）。隨著外加劑技術(shù)的發(fā)展，目前有一些外加劑其摻量超過(guò)5%，但也屬于外加劑的行列，如：膨脹劑、防腐劑、防凍劑等。減水劑的分類(lèi)根據(jù)其減水性能可分為以下三類(lèi)普通減水劑，減水率12%左右；代表性產(chǎn)品：木鈉、木鈣高效減水劑，減水率大于14%；代表性產(chǎn)品：萘系、氨基磺酸鹽、三聚氰胺磺酸鹽、脂肪族系高性能減水劑，減水率大于25%。聚羧酸高性能減水劑減水劑的作用機(jī)理減水劑的主要成分是陰離子表面活性劑。之所以選用陰離子表面活性劑，是由于陰離子表面活性劑的生產(chǎn)和應(yīng)用相對(duì)廣泛，生產(chǎn)成本較低，也對(duì)水泥具有比較好的減水效果?；炷翜p水劑并不與水泥起化學(xué)反應(yīng)，是通過(guò)對(duì)新拌混凝土的塑化作用起作用的，下面我們主要分析下減水劑的作用機(jī)理。一、吸附分散作用水泥在加水?dāng)嚢柽^(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些絮凝狀結(jié)構(gòu)，如圖所示：從上圖我們可以看到，大量拌合水被絮凝狀結(jié)構(gòu)體包裹在內(nèi)部，不能為漿體的流動(dòng)性做出貢獻(xiàn)，導(dǎo)致普通混凝土為獲得一定用水量必須增加用水量，這將無(wú)疑降低混凝土的其它性能，如強(qiáng)度降低、收縮開(kāi)裂的危害增大、抗?jié)B性變差、耐久性降低。因此，為了我們需要通過(guò)某種方法來(lái)釋放這些被包裹的自由水，使得其做出應(yīng)該的貢獻(xiàn)，從而改善混凝土的性能。從上圖我們可以看出，由于減水劑在水泥顆粒表面的定向吸附，使水泥顆粒表面帶有相同符號(hào)的電荷（負(fù)電荷），一方面在電性斥力的作用下，水泥顆粒體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)；另外減水劑的加入還將促使水泥初期形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)解體，從而釋放出自由水，達(dá)到減水的效果。同時(shí)，在水泥顆粒表面形成的溶劑化水膜對(duì)水泥漿體所起的空間立體保護(hù)效應(yīng)也是保證體系穩(wěn)定存在的原因。潤(rùn)滑作用水泥顆粒表面溶劑化水膜的形成減水劑分子在水泥漿體結(jié)構(gòu)中電離后定向吸附于水泥顆粒表面，呈極性的親水基團(tuán)指向水溶液，易和水分子以氫鍵的方式締合，從而形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，不僅對(duì)水泥顆粒起空間立體保護(hù)作用，而且增加了水泥顆粒之間相互潤(rùn)滑的能力，也就是起到潤(rùn)滑總用。減水劑作用機(jī)理的總結(jié)由于減水劑所起的吸附分散、潤(rùn)濕、潤(rùn)滑作用，只要能使較少量的水就可以很容易地將混凝土拌合均勻，使新拌混凝土的和易性得到明顯的改善，這就是減水劑的減水機(jī)理。當(dāng)然了，不通系列的減水劑，作用機(jī)理不完全相同，新一代的聚羧酸減水劑由于分子結(jié)構(gòu)的特殊性（梳型），空間位阻起到的作用更大。萘系減水劑的生產(chǎn)工藝磺化首先工業(yè)萘與濃硫酸在160-165℃時(shí)生成β-萘磺酸，如果低于160℃則會(huì)生成副產(chǎn)物α-萘磺酸，高于165℃則會(huì)生產(chǎn)多磺酸。水解水解時(shí)加入水，可以將部分副產(chǎn)物分解掉，120℃是水解開(kāi)始的最佳溫度。水解的目的是去除磺化的副產(chǎn)物，有利于縮合反應(yīng)，從而確保減水劑的質(zhì)量，水解的質(zhì)量直接影響減水劑的性能?？s合中和濃硫酸既是反應(yīng)物又是催化劑，因此是絕對(duì)過(guò)量的。在最后一步我們要采用氫氧化鈉或者氧化鈣對(duì)其進(jìn)行中和。通過(guò)氫氧化鈉中和所得的產(chǎn)品為低濃型減水劑，硫酸鈉含量在16%以上；通過(guò)氧化鈣中和所得的產(chǎn)品為高濃型產(chǎn)品，按標(biāo)準(zhǔn)要求硫酸鈉含量必須不超過(guò)5%，但在實(shí)際使用中一般只能控制在10%。聚羧酸高性能減水劑聚羧酸高性能減水劑是一種新型的、綠色環(huán)保的高性能減水劑，較萘系高效減水劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、減水率高，最高可以達(dá)到40%左右，可以滿足高性能混凝土的使用要求；2、摻量低，聚羧酸減水劑的摻量在0.2%——1%(折固0.1~0.4%）；3、保塌性能優(yōu)異，可以確保混凝土塌落度2小時(shí)不損失；4、生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保對(duì)環(huán)境無(wú)污染，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。聚羧酸減水劑的發(fā)展聚羧酸高性能減水劑的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段：第一階段為起步階段（1981～1989年），在此期間產(chǎn)生的第一代聚羧酸系減水劑是以烯基聚乙二醇/順丁烯二酸酐聚合物為系列的產(chǎn)品，顏色呈黃色。1985年在日本最早發(fā)表了聚羧酸系反應(yīng)性高分子用于控制混凝土塌落度損失的文章，之后正式工業(yè)化生產(chǎn)并應(yīng)用于預(yù)拌混凝土的聚羧酸系減水劑，其基本結(jié)構(gòu)單元帶有羧基、聚氧化烯基等基團(tuán)，主要材料是烯基聚乙二醇、順丁烯二酸酐的第一代產(chǎn)品在工程中推廣應(yīng)用。由于馬來(lái)酸酐共聚物的減水率偏低，與不同礦物細(xì)粉材料適應(yīng)性較差，實(shí)際摻量偏高，因此工程應(yīng)用受到許多限制；第二階段為初級(jí)發(fā)展階段（1990～1994年），逐漸形成的第二代產(chǎn)品顏色為棕色，有代表性的聚羧酸系減水劑主要由甲氧基聚烷基醇與（甲基）丙烯酸接枝共聚得到系列產(chǎn)品，可以達(dá)到聚羧酸系高性能減水劑的效果，但該類(lèi)產(chǎn)品對(duì)混凝土的其它組成材料要求較高，混凝土中粘土質(zhì)礦物細(xì)粉含量偏高時(shí)，外加劑的減水分散效果、流動(dòng)性保持效果大大降低，難以滿足實(shí)際工程對(duì)混凝土的性能要求；第三階段（1995－2000年），該階段普及第二代產(chǎn)品，聚羧酸系減水劑開(kāi)始發(fā)展為真正意義上的設(shè)計(jì)合成，逐步形成第三代產(chǎn)品，更加突出減水、流動(dòng)性保持、適應(yīng)性等多項(xiàng)功能，其中比較成功的最有效最實(shí)用的產(chǎn)品，主要成分為烯基聚乙二醇與不飽和羧酸小分子（甲基）丙烯酸等共聚的系列產(chǎn)品，顏色接近無(wú)色，與水泥基材料適應(yīng)性更強(qiáng)，摻量更低的聚羧酸高性能減水劑，其國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用也趨于成熟完善。1.42004年，中國(guó)建筑學(xué)會(huì)建材分會(huì)外加劑應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會(huì)和中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)混凝土外加劑專業(yè)技術(shù)委員會(huì)在大連召開(kāi)了第一屆混凝土外加技術(shù)交流會(huì)，全面總結(jié)了我國(guó)聚羧酸系減水劑的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用的成果，使我國(guó)聚羧酸系減水劑的生產(chǎn)和應(yīng)用研究步入了快速發(fā)展軌道。1.52005年，鐵道部為大規(guī)模鐵路建設(shè)出臺(tái)了《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條例》。1.62006年，鐵道部科技司下達(dá)了關(guān)于印發(fā)《客運(yùn)線高性能混凝土用外加劑檢驗(yàn)細(xì)則》的通知。1.72007年，發(fā)布實(shí)施了《聚羧酸系高性能減水劑》JG/T223-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1.82008年，發(fā)布實(shí)施了《混凝土外加劑》GB8076-2008國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。把以聚羧酸系減水劑為代表的高性能減水劑正式列入我國(guó)混凝土外加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。從此，我國(guó)聚羧酸系減水劑以最新的一代減水劑的身份，在我國(guó)步入全面應(yīng)用階段。聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)與作用基理4.1聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)聚羧酸減水劑梳狀結(jié)構(gòu)示意圖4.2聚羧酸系減水劑在水泥顆粒上的吸附

一般認(rèn)為，聚羧酸系減水劑通過(guò)主鏈吸附在水泥顆粒上，羧基等離子基團(tuán)吸附在水泥顆粒上起錨固作用，聚氧乙烯基側(cè)鏈懸掛于溶液中，并多少盤(pán)繞在一起。吸附量增大，其分散能力越大，水泥漿流動(dòng)性越大。4.3聚羧酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)與性能影響聚羧酸系減水劑分散性能和保持性的分子結(jié)構(gòu)因素

分子結(jié)構(gòu)因素高分散性高保持性緩凝性小PEO側(cè)鏈較長(zhǎng)較短較長(zhǎng)主鏈長(zhǎng)度較短較長(zhǎng)較長(zhǎng)羧基、磺酸基含量較高——有效吸附到無(wú)效吸附演變示意圖

高效減水劑的分散作用示意圖

5．聚羧酸系減水劑與其它外加劑的相容性5.1由于聚羧酸系減水劑特殊的組成和分子結(jié)構(gòu)，其與傳統(tǒng)的減水劑復(fù)合使用不理想。聚羧酸系減水劑與傳統(tǒng)減水劑復(fù)合使用情況復(fù)合情況傳統(tǒng)減水劑名稱勻質(zhì)性減水性能流動(dòng)性保持性木質(zhì)素磺酸鹽良好有疊加效應(yīng)較好萘系高效減水劑不相容負(fù)效應(yīng)較差三聚氰胺系一般無(wú)疊加效應(yīng)無(wú)改善氨基磺酸鹽不相容負(fù)效應(yīng)較差脂肪酸系減水劑一般有較小的疊加效應(yīng)一般適應(yīng)性的概念關(guān)于外加劑與水泥的適應(yīng)性的定義，曾經(jīng)有如下描述：按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，將經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻入按規(guī)定可以使用該產(chǎn)品的水泥配置的混凝土中，若能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就認(rèn)為該水泥與這種外加劑是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，則該水泥與這種外加劑不適應(yīng)。水泥與外加劑適應(yīng)性的表現(xiàn)水泥與減水劑適應(yīng)時(shí)減水劑在正常摻量下能達(dá)到預(yù)期的減水率；無(wú)離析泌水現(xiàn)象；混凝土塌落度損失較小，能夠滿足施工需要；對(duì)混凝土的強(qiáng)度等性能無(wú)負(fù)面影響。水泥與減水劑不適應(yīng)時(shí)初時(shí)塌落度不夠，損失快，離析泌水，外加劑用量急促增加，混凝土出現(xiàn)假凝、瞬凝等現(xiàn)象。如何評(píng)價(jià)或者檢測(cè)適應(yīng)性檢測(cè)初始流動(dòng)性，混凝土初始塌落度，或者水泥初始凈漿流動(dòng)度；檢測(cè)高效減水劑是否有明確的飽和點(diǎn)；檢測(cè)流動(dòng)性損失情況凈漿流動(dòng)度評(píng)價(jià)適應(yīng)性水泥水化應(yīng)用基礎(chǔ)水泥熟料的生產(chǎn)過(guò)程示意圖原材料煅燒水泥熟料主要礦物組成3CaO·SiO2

2CaO·SiO2

3CaO·Al2O3

4CaO·Al2O3·Fe2O3石灰石

粘土CaO+CO2

SiO2+Al2O3+Fe2O3+H2O+硅酸鹽水泥的主要礦物組分及其性質(zhì)。近似組成3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3簡(jiǎn)式C3Sβ-C2SC3AC4AF常用名阿利特貝利特——含量（%）35~6510~400~155~15含量平均值502588早期強(qiáng)度（d）良好差良好良好最終強(qiáng)度（年）良好非常好一般一般水化熱典型值（J/g）5002501340420水泥水化引起的一系列變化水泥水化流變性能（流動(dòng)性、凝結(jié)、硬化、蠕變）組成（化學(xué)和礦物組成）微觀結(jié)構(gòu)（孔隙率、形貌）體積（化學(xué)收縮）熱焓（水化熱）硅酸鹽水泥熟料主要礦物水化反應(yīng)方程式、反應(yīng)速率大小。（1）3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2（2）2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2（3）2(3CaO·Al2O3)+27H2O=4CaO·Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O（4）4CaO·Al2O3·Fe2O3+4Ca(OH)2+22H2O=2[4CaO(Al2O3·Fe2O3)·13H2O]

反應(yīng)速率為（3）＞（4）＞（1）＞（2）28d水化程度（1）70%1年100%（2）39%1年100%3d水化程度（3）100%（4）100%硅酸鹽水泥的水化過(guò)程（1）硅酸鹽水泥與水拌合后，水泥粒子遇水發(fā)生溶解，水泥漿溶液中為多離子共存的溶液，主要離子有：硅酸鈣→Ca2+、OH-、[SiO4]4-鋁酸鈣→Ca2+、Al(OH)4-硫酸鈣→Ca2+、SO42-鉀、鈉與硫酸根離子→K+、Na+、SO42-水泥漿液中的離子組成依賴于水泥礦物組成和其溶解度，而前者又反過(guò)來(lái)影響水泥熟料礦物的水化速率。（2）C3A：在漿液中C3A與石膏形成鈣礬石，鈣礬石包裹C3A，水化速率減慢。（3）C3S水化：在溶液中，C3S水化形成C-S-H和CH相。（4）鈣礬石向單硫型水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化：隨著鈣礬石包裹層形成→破裂→修復(fù)的持續(xù)進(jìn)行。石膏直至消耗完畢，已形成的鈣礬石向單硫型水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化。（5）C4AF和C2S少量、緩慢參與水化。（6）結(jié)構(gòu)形成與發(fā)展，隨著水化產(chǎn)物的增多，相互交織連生，漿體逐漸硬化。（1）水泥水化過(guò)程中通常有三次水化熱放熱峰

第一次放熱峰：C3A與石膏結(jié)合成鈣礬石，集中放熱。

第二次放熱峰：C3S水化成C-S-H和CH相，集中放熱。

第三次放熱峰：鈣礬石向單硫型水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化。水泥水化過(guò)程中的水化熱與體積收縮。（2）體積收縮水泥礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗a(chǎn)物，固相體積逐漸增加，水泥—水體系的總體積都在不斷減小，因其為水泥水化化學(xué)反應(yīng)所致，這種體積收縮，叫化學(xué)減縮。每100克水泥的化學(xué)減縮總量為7-9ml，如果每立方米混凝土水泥用量為300kg，則該砼的體積收縮達(dá)到（21-27）×103ml/m3。影響適應(yīng)性的因素外加劑方面的因素狀態(tài)、磺化程度、聚合度、中和離子、純度、輔材的種類(lèi)、品質(zhì)、種類(lèi)等水泥方面的因素礦物組成、堿含量、石膏形態(tài)、石膏摻量、細(xì)度、混合材品質(zhì)等減水劑因素分析1、工業(yè)萘的磺化程度和磺化產(chǎn)物工業(yè)萘的磺化程度與反應(yīng)的溫度、時(shí)間、物料比例有關(guān)，減水劑生產(chǎn)廠家應(yīng)該盡量提高磺化程度；磺化產(chǎn)物中的副產(chǎn)物要盡量減少，或者通過(guò)水解反應(yīng)消除，確?；腔潭?、和有效磺化產(chǎn)物。2、萘系減水劑的聚合度分子的最佳核體數(shù)為7——13，這樣減水劑的塑化效果最理想。減水劑的因素3、平衡離子（減水劑中的陽(yáng)離子）鈉離子、鈣離子、鎂離子對(duì)水泥的分散效果和適應(yīng)性影響有所差別，在必要的條件下我們可以改變這些中和離子。4、緩凝劑等輔材的影響在減水劑中，通常會(huì)添加多種緩凝劑來(lái)解決混凝土塌落度損失，然而一些緩凝劑卻與水泥不適應(yīng)，導(dǎo)致減水劑與水泥不適應(yīng)的表現(xiàn)。減水劑的因素5、減水劑的狀態(tài)液體減水劑的使用效果要由于粉劑減水劑。減水劑溶液后，在溶液中其主鏈、側(cè)鏈完全舒展，在于水泥接觸后分散效果更加明顯，粉劑減水劑在使用中必然有一定的溶解過(guò)程，而且溶解也不一定很充分。因此，在多數(shù)情況下我們都是使用液體減水劑。減水劑的因素減水劑的種類(lèi)木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉、萘系減水劑、聚羧酸減水劑對(duì)適應(yīng)性的影響不盡相同。水泥的因素水泥的粉體狀態(tài)水泥的粉體狀態(tài)包括：水泥的細(xì)度控制值、水泥的顆粒組成（又稱粒度分布、顆粒級(jí)配）、水泥顆粒的形貌（又稱水泥顆粒的球形度。水泥的細(xì)度：水泥的篩余量越小、比表面積越大，對(duì)外加劑的吸附性就越大。在水灰比、減水劑摻量相同的情況下漿體的流動(dòng)性會(huì)減小，而且損失會(huì)增大。水泥的因素水泥的顆粒級(jí)配水泥顆粒級(jí)配不合理會(huì)導(dǎo)致漿體體系不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)泌水等現(xiàn)象。水泥的顆粒形貌（球形度）球形度越到，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量就越小，如：球形度從0.57增加到0.87，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量下降3%（由30%下降到27%），大大改善適應(yīng)性。水泥的因素?fù)胶狭系V粉、粉煤灰礦粉、粉煤的顆粒形貌比較好，吸水性較小，以此為摻合料的水泥適應(yīng)性較好。以火山灰、煤矸石、電石渣、石灰石作為摻合料的水泥需水量大、對(duì)外加劑的消耗速度快，導(dǎo)致水泥的適應(yīng)性較差。水泥的因素水泥的陳放時(shí)間剛出磨的水泥溫度高、水泥顆粒的活性高，使用這種水泥時(shí)，減水劑減水率低、塌落度損