减水剂水泥吸附作用关系.pptx

减水剂减水剂-水泥吸附作用水泥吸附作用关系郑飞龙2010-9-3 国务院2004年批准的中长期铁路网规划，到2020年，全国铁路营业线达到10万公里，建设高速铁路(时速200km以上的客运专线)1.2万公里。其中包括:“四纵”:北京一天津一南京一上海 北京一武汉一广州一深圳 北京一沈阳一哈尔滨 杭州一宁波一温州一福州一深圳“四横”:徐州一郑州一兰州 杭州一南昌一长沙 青岛一石家庄一太原一银川 南京一武汉一重庆一成都三个城际客运通道:环渤海地区，长江三角地区，珠江三角地区 中国正处于第二代减水第二代减水剂向第三代向第三代减水剂过渡的时期，在一些重点、重大工程重大工程中(如三峡大坝工程、上海金茂大厦、上海磁悬浮列车、杭州湾跨海大桥等)使用聚羧酸系减水剂，但几乎完全依但几乎完全依赖进口口。国内聚羧酸减水剂的研究也取得了巨大的进展，生产型企业渐渐出现，产品性能上与国外产品相比，还存在着明显的差异，母液母液产品品单一一，无法满足目前高性能混凝土发展的需要。随着我国经济的蓬勃发展，建筑向高高层化、大型化、大型化化发展，混凝土生产向集中集中搅拌拌的高品混凝土发展，在我国的大城市和沿海开放地区，外加剂使用率己达70%以上，从数量上讲已相当可观。减水剂要达到什么效果？为什么叫减水剂？减水剂要达到什么效果？为什么叫减水剂？大约有50个苯丙烷单元组成的近似于球状三维网络结构体，中心部位为未磺化的原木质素三维网络分子结构，中心外围分布着被水解且含有磺酸基的侧链，最外层由磺酸基的反离子形成双电层。减水剂长什么样？减水剂长什么样？木质素磺酸盐分木质素磺酸盐分子大约有子大约有50个苯个苯丙烷单元组成的丙烷单元组成的近似于近似于球状三维球状三维网络结构体网络结构体，中，中心部位为未磺化心部位为未磺化的原木质素三维的原木质素三维网络分子结构，网络分子结构，中心外围分布着中心外围分布着被水解且含有磺被水解且含有磺酸基的侧链，最酸基的侧链，最外层由磺酸基的外层由磺酸基的反离子形成双电反离子形成双电层。层。木质素磺酸盐三聚氰胺系减水剂的结构示意氨基磺酸盐减水剂的结构示意萘系减水剂的结构示意图丙酮减水剂的结构示意图聚羧酸减水剂的结构示意图 从从减水减水剂的性能的性能发展展过程来看，减水程来看，减水剂的的发展可以分成四个展可以分成四个阶段段:(1)以以木木质素磺酸素磺酸盐为代表的普通减水代表的普通减水剂的开的开发与与应用用;(2)以以-萘磺酸磺酸盐甲甲醛缩合物合物(PNS)和磺化三聚和磺化三聚氰胺甲胺甲醛缩合物合物(PMS)为代表的代表的高效减水高效减水剂;(3)对PNS和和PMS进行改性的行改性的具有坍落度保持具有坍落度保持能能力的高效减水力的高效减水剂;(4)具有具有高减水能力和流高减水能力和流动度保持度保持能力新型高效能力新型高效减水减水剂，典型的，典型的如如聚聚羧酸酸盐高效减水高效减水剂(PC)。如何发挥作用？如何发挥作用？与木与木钙、萘系减水系减水剂相比，聚相比，聚羧酸减水酸减水剂的的优点在于点在于:对颗粒的保粒的保护和水泥水化的抑制作用更和水泥水化的抑制作用更具多元化具多元化;能更好的延能更好的延缓、消弱第二放、消弱第二放热峰峰;延延缓结构形成、减小水泥水化的化学减构形成、减小水泥水化的化学减缩。据据现有的研究有的研究结果，高效减水果，高效减水剂在水泥在水泥颗粒上吸附后通粒上吸附后通过如下一个或如下一个或几个几个方面方面对水泥起水泥起到分散塑化到分散塑化作用。作用。(1)水泥水泥颗粒表面粒表面吸附外加吸附外加剂后使水泥后使水泥颗粒粒带有有相同的相同的负表面表面电位位，表面，表面电位位绝对值增加，因增加，因为水泥水泥颗粒表面粒表面产生的生的静静电斥力使固体斥力使固体颗粒分粒分散散;(2)外加外加剂吸附吸附层产生的生的立体空立体空间位阻作用位阻作用使水使水泥泥颗粒粒分散分散;(3)破坏破坏水泥水泥浆体中的体中的絮凝絮凝结构构，释放出其中的放出其中的水分水分使自由水量增加使自由水量增加;(4)改改变水化水化产物的形貌物的形貌等有助于水泥混凝土流等有助于水泥混凝土流动性的性的改善；改善；(5)搅拌水的拌水的表面表面张力减小力减小引起水泥引起水泥颗粒分散粒分散/引引气作用气作用;(6)在水泥在水泥颗粒表面粒表面形成一形成一层润滑膜滑膜;(7)溶入到溶入到搅拌水的拌水的钙粒子被捕捉粒子被捕捉后，降低了后，降低了钙离子的离子的浓度，度，抑制了阿里特抑制了阿里特的水化的水化。减水减水剂分子与水泥分子与水泥颗粒的作用：粒的作用：是怎是怎样靠近水泥的？靠近水泥的？是怎是怎样吸附到水泥吸附到水泥颗粒上的？粒上的？根据表面化学理根据表面化学理论，表面活性，表面活性剂在液固界面在液固界面的吸附一般表的吸附一般表现为下述几种方式下述几种方式:(1)离子交离子交换吸附吸附:表面活性表面活性剂离子取代了固体表离子取代了固体表面吸附的面吸附的带有相同有相同电荷的离子荷的离子;(2)离子吸附离子吸附:表面活性表面活性剂离子被吸附到有相反离子被吸附到有相反电荷的固体表面，形成离子荷的固体表面，形成离子对吸附吸附;(3)氢键吸附吸附:固体表面的极性基固体表面的极性基团与表面活性与表面活性剂分子或离子之分子或离子之间形成形成氢键而吸附。而吸附。(4)-极化吸附极化吸附:对含含电子的芳香族表面活性子的芳香族表面活性剂易易于于带正正电的固体表面吸附，此的固体表面吸附，此时表面活性表面活性剂倾向向于平躺在固体表面于平躺在固体表面;(5)色散力吸附色散力吸附:普遍存在于各种分子中，其作用普遍存在于各种分子中，其作用力小但作用范力小但作用范围大。大。高效减水高效减水剂在水中溶解后在水中溶解后发生离解作用，生离解作用，生成生成带有有负电荷的荷的有机阴离子有机阴离子(R-SO3-)和和金属阳金属阳离子离子(Na+)。有机阴离子两端性。有机阴离子两端性质不同，一端含不同，一端含有机有机烷链憎水基憎水基团，另一端，另一端则为亲水基水基团-磺酸磺酸基，有基，有较强的的亲水性，水性，带有有负电荷。磺酸根很荷。磺酸根很容易和水分子以容易和水分子以氢健形式健形式结合起来。合起来。吸附后做哪些事情吸附后做哪些事情？而而憎水憎水基基一端一端则与水泥与水泥颗粒通粒通过分子分子间引引力吸附在水泥力吸附在水泥颗粒的表面粒的表面上。上。这种吸附力的大种吸附力的大小小与与结构构和分子和分子链的大小有关。当水泥的大小有关。当水泥颗粒吸粒吸附有足附有足够的减水的减水剂后，借助其和后，借助其和水分子水分子氢健健缔合作用，加上水分子之合作用，加上水分子之间的的氢健健缔合合，使水泥，使水泥颗粒表面形成了一粒表面形成了一层稳定定的水膜的水膜，使水，使水颗粒之粒之间容易滑容易滑动;同同时大大降低了水泥大大降低了水泥颗粒之粒之间相互相互凝聚凝聚成大成大团的的趋势，释放出封放出封闭的水分的水分，增加，增加了水泥混凝土的流了水泥混凝土的流动性。性。根据根据吸附前后的减水吸附前后的减水剂溶液的溶液的浓度差度差计算算出减水出减水剂在水泥在水泥颗粒表面的吸附量。粒表面的吸附量。采用采用紫紫外外-可可见分光光度分光光度计测定高效减水定高效减水剂在水泥在水泥颗粒上的吸附量粒上的吸附量。根据吸光度。根据吸光度与与样品的品的浓度成正比，可以通度成正比，可以通过测定吸光度得到减水定吸光度得到减水剂溶液的溶液的浓度度。式中式中I0入射光入射光强度度;I透射光透射光强度度;A吸光度吸光度;a吸光系数吸光系数;b样品池品池宽度度;C样品品浓度度 水泥的主要水泥的主要组成部分：成部分：硅酸三硅酸三钙(C3S)，硅酸二，硅酸二钙(一一C2S)，铝酸酸三三钙(C3A)和和铁铝酸四酸四钙(C4AF)四四种水泥种水泥单矿物物。高效减水剂在水泥颗粒表面的不均匀吸附现象高效减水剂在水泥颗粒表面的不均匀吸附现象 四四种单矿物种单矿物吸附吸附高效减水剂的能力基高效减水剂的能力基本体现出这样的规律，本体现出这样的规律，即即 C3AC4AFC3S-C2S（脂肪族）（萘 系）（氨基磺酸盐）通常通常把把C3A对高效高效减水减水剂的高吸附量的高吸附量归因因为其在水中其在水中带正正电荷荷，因此吸附更多的，因此吸附更多的阴离子型阴离子型高效高效减水减水剂。硅酸硅酸盐矿物物(C3S、-C2S)水化水化时表面表面带负电，因此吸附，因此吸附较少少的的阴离子阴离子型高效减水型高效减水剂。但但这种种观点不能解点不能解释C3A和和C4AF对高高效减水效减水剂的吸附性能的差异，的吸附性能的差异，这是由于是由于矿物物水化特性水化特性对高效减水高效减水剂的吸附也有重要的吸附也有重要影响。影响。“吸附量吸附量”实际上是上是“表表观吸附量吸附量”，它包含了，它包含了被被水泥水化水泥水化产物嵌入而消耗的那部分高效减水物嵌入而消耗的那部分高效减水剂，这部分高效减水部分高效减水剂对水泥水泥颗粒不起分散作用，是粒不起分散作用，是“无无效吸附量效吸附量”。在在试验条件下，条件下，测定得到的定得到的“吸附量吸附量”越大，表越大，表明明被消耗的减水被消耗的减水剂越多，而留在溶液中的高效减水越多，而留在溶液中的高效减水剂量越少，与水泥量越少，与水泥颗粒表面保持平衡的粒表面保持平衡的“有效减水有效减水剂量量”越少越少，水泥，水泥颗粒表面起分散作用的有效高效粒表面起分散作用的有效高效减水减水剂的的吸附吸附层厚度越小厚度越小，所以水泥，所以水泥净浆流流动度越度越小小。单矿物物C3A不管不管对哪种高效减水哪种高效减水剂都表都表现出出强烈地烈地吸附吸附，而且，而且最大最大吸附量吸附量都都大大于于其它其它矿物物对应吸附量吸附量一个数量一个数量级，说明不明不同高效减水同高效减水剂与不同成分与不同成分(特特别是是C3A含量含量不同不同)的水泥使用的水泥使用时都存在着高效减水都存在着高效减水剂与与水泥的水泥的适适应性性问题。不不难看出在水泥与高效减水看出在水泥与高效减水剂适适应性性问题中中，水泥，水泥组分中分中C3A是影响适是影响适应性的性的关关键因素因素。根据根据不同水泥不同水泥矿物物对高效高效减水减水剂的吸附的吸附结果，如果在水泥生果，如果在水泥生产中中降低降低C3A的含量的含量而相而相应提高提高C4AF的含量的含量，可以，可以得到与外加得到与外加剂适适应性良好性良好的水泥。的水泥。吸附吸附对水泥水泥颗粒有什么粒有什么样的影响？的影响？“水泥水泥一水一高效减水一水一高效减水剂”系系统与与其它其它工工业悬浮系浮系统最大的不同是最大的不同是其性能和其性能和结构构随随时间的的变化性化性。自自加水之加水之时起水泥的水化反起水泥的水化反应就持就持续不断地不断地进行，行，“水泥水泥一水一水一高效减水一高效减水剂”系系统发生一系列复生一系列复杂的物理的物理化学化学发应，产生不同尺寸的生不同尺寸的晶体和晶体和胶体水化胶体水化产物物。高效减水高效减水剂对水泥水泥单矿物物的的电位位的影响的影响C3A、C4AF、C3S、-C2S在纯水中的电位分别是在纯水中的电位分别是+26.sllmV、+15.82lmV、-6.8679mV、-11.679mV+转变为-减水减水剂对水泥水泥单矿物物水化水化产物形貌物形貌的影响的影响 通常形成的通常形成的钙矾石是石是细长的的针状状，而在高，而在高效减水效减水剂存在存在时，形成的，形成的钙矾石石尺寸小尺寸小、接近接近立方体立方体形状形状产物物，这种小的立方体状的种小的立方体状的钙矾石石肯定是肯定是有利于有利于浆体的流体的流动。水化水化产物晶体尺寸的物晶体尺寸的变小小说明其吸附外加明其吸附外加剂后后生生长速率减慢速率减慢，形貌，形貌变化化说明明外加外加剂选择性吸附性吸附。未加减水剂未加减水剂-团聚团聚添加了添加了PC减水剂减水剂未加减水剂未加减水剂-空隙较大空隙较大添加了添加了PC减水剂减水剂-微孔微孔主要科研单位W高等院校高等院校:清华大学、北京工业大学、武汉理工大学W国内企国内企业：江苏博特、浙江五龙、深圳五山、广东瑞安W国外企国外企业：巴斯夫、花王、触媒、LG化学、格雷斯谢谢！