高效减水剂的作用机理.ppt

高效减水剂及其作用机理高效减水剂及其作用机理王海峰王海峰混凝土外加剂Admixtures for Concrete基本概念外加剂在混凝土中加入除四种主要组分以外的其它外加材料。种类化学外加剂和矿物外加剂：矿物外加剂：掺加量在水泥质量5%以上的称为掺和料；化学外加剂：掺加量在水泥质量5%以下的称为外加剂。学习要求掌握外加剂的重要种类；物理化学特征；作用机理；应用及其负作用。为什么要使用外加剂？单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列技术问题用水量与良好和易性间的矛盾；施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求；耐久性对低连通孔隙率的要求。外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径；现在有7080以上的混凝土使用了外加剂；外加剂的作用 改善混凝土拌合物的和易性；调整砼凝结时间；控制强度增长；提高抗冻融、热开裂、碱骨料膨胀、硫酸盐侵蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性；节约水泥用量，降低成本；减少放热速度，控制温升。1、减水剂、减水剂 Water Reducers减水剂功能上能在和易性不变时，减少单位用水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或二者都具备又不改变含气量的外加剂。组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性物质。种类：减水效果l普通 减水剂(也称塑化剂，Plasticiser)；l高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser)复合功能l早强减水剂；l缓凝减水剂；l引气减水剂。普通减水剂 Water-reducer特点：一般含有杂质；减水率较小，约10%；有一些副作用；主要品种木质素磺酸盐(木钙，)副作用：引进气泡多而大羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸钠等)副作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合物含气量多元醇(如糖钙等)；副作用：缓凝但不影响含气量高效减水剂 High-range Water-reducer特点：具有较高的分子量，纯度较高；减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效；副作用小。种类：改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素盐；磺化密胺缩合树脂，一般是钠盐；磺化萘甲醛缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐；含有羧基和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧酸酯，聚醚等；定义：定义：高效减水剂是一种在砼坍高效减水剂是一种在砼坍落度基本相同的条件下能落度基本相同的条件下能大幅度减少拌合水用量的大幅度减少拌合水用量的外加剂，又称超塑化剂。外加剂，又称超塑化剂。1)减水剂的组成与分子结构特点 减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的离子基团和碳氢分子链，其中：离子基团是酸根离子或氨基，如：SO3-、COO-、NH 3+等；碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。其结构如下图所示：阴离子基团碳氢链木质素磺酸盐的重复结构单元2)减水剂的物理化学特征可溶于水，能显著降低水的表面张力；能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水固界面张力。3）高效减水剂的作用机理）高效减水剂的作用机理改性木质素磺酸盐、磺化密胺树脂和萘磺酸盐三种以静电排斥作用为主；含有羧基和/或醚基的聚合物以空间位阻最重要，因为在其分子链结构中，主链上含有高度密集的支链，形成“梳状”大分子链；作作用用机机理理静电斥力静电斥力空间位阻空间位阻润滑作用润滑作用 减水剂的作用机理3.13.1）静电斥力学说静电斥力学说主要适用于主要适用于萘系、三聚氰胺系和改良萘系、三聚氰胺系和改良的木质素磺酸盐。的木质素磺酸盐。对水泥浆的分散作用对水泥浆的分散作用吸附、静电斥力吸附、静电斥力（电位）和分散。电位）和分散。水泥拌水后的絮凝结构 减水剂作用简图 减水剂的作用模式减水剂的作用模式3.2）空间位阻学说）空间位阻学说主要适用于主要适用于以聚羧酸系减水剂为代表的第三代高性以聚羧酸系减水剂为代表的第三代高性能减水剂能减水剂。特点特点掺量低、减水率高、保坍性好、不离析和不泌掺量低、减水率高、保坍性好、不离析和不泌水、收缩率低。一定的引气性和轻微的缓凝性，环境水、收缩率低。一定的引气性和轻微的缓凝性，环境友好性。友好性。带有聚氧化乙烯侧链的梳状聚合物长久保持工作性能的机理示意图带有聚氧化乙烯侧链的梳状聚合物长久保持工作性能的机理示意图聚羧酸大分子在水泥及其水化产物上的吸附形态主要以主链吸聚羧酸大分子在水泥及其水化产物上的吸附形态主要以主链吸附而侧链分散分布在液相中，呈附而侧链分散分布在液相中，呈梳状柔性吸附成网状结构梳状柔性吸附成网状结构，这，这种结构具有较高的空间位阻效应。同时，侧链上带有的众多亲种结构具有较高的空间位阻效应。同时，侧链上带有的众多亲水活性基团使水泥颗粒与水的亲和力增大，水泥颗粒表面溶剂水活性基团使水泥颗粒与水的亲和力增大，水泥颗粒表面溶剂化作用增强，水化膜增厚。其分散减水作用机理以空间位阻斥化作用增强，水化膜增厚。其分散减水作用机理以空间位阻斥力为主，其次是水化膜润滑作用和静电斥力作用，同时还具有力为主，其次是水化膜润滑作用和静电斥力作用，同时还具有一定的引气隔离一定的引气隔离“滚珠滚珠”效应和降低固液界面能效应效应和降低固液界面能效应。聚羧酸脂系高效减水剂的作用机理(空间位阻)3.3）润滑作用）润滑作用 高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，又以氢键形式与水分子缔合，再加颗粒表面，又以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒间的直接面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。极性微气泡及水膜所起润滑作用示意图 减水剂的作用过程当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：水具有高表面张力(氢键分子结构)水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构，释放其包含的水，改善分散性静电排斥作用；由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层包裹在水泥颗粒表面，产生空间位阻效应，阻碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。加减水剂前的絮凝结构减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附加入减水剂后，絮凝结构被打破4）减水剂的作用效果减水剂的作用效果 通过湿润、润滑、分散、塑化等作用，能使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从而，取得下列效果：在保持用水量不变的条件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于浇注、成型密实；在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比(水胶比)，提高混凝土强度和抗渗性；在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少水泥用量。坍坍落落度度(inch)减水减水剂掺量量(水泥水泥质量的量的)减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响 当水灰比一定时，混凝土拌合物的坍落度随着减水剂掺量的增加而增大水水灰灰比比减水减水剂掺量量(水泥水泥质量的量的)减水剂掺量对水灰比的影响 当坍落度恒定时，新拌混凝土的水灰比随着减水剂掺量的增加而减小减水剂分散水泥的机理 加减水剂前 加减水剂后絮 凝分 散没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆减水作用是通过改善水泥减水作用是通过改善水泥颗粒在水中的分散性而颗粒在水中的分散性而产生，颗粒的絮凝现象产生，颗粒的絮凝现象因而减少或防止，被束因而减少或防止，被束缚的水释放作为颗粒之缚的水释放作为颗粒之间的流动水。间的流动水。（3）立体的位立体的位阻作用阻作用（1）增加颗粒表增加颗粒表面的面的电位电位5）增强减水剂对水泥颗粒分散的途径：）增强减水剂对水泥颗粒分散的途径：（2）增加液固）增加液固相的亲合力相的亲合力6 6）减水剂与水泥的适用性）减水剂与水泥的适用性1、水泥、水泥矿物成物成分分2、水泥、水泥碱碱性和性和细度度3、石膏、石膏4、减减水水剂自身因自身因素素 C C3 3A A含量越低，含量越低，其适其适应性越好。性越好。反之亦然。反之亦然。掺量一量一样的同的同种减种减水水剂，碱碱性越高，流性越高，流动性越差。性越差。水泥水泥颗粒越粒越细，所需的所需的减减水水剂量越多。量越多。二水、半水石二水、半水石膏和硬石膏的膏和硬石膏的溶解度和溶解溶解度和溶解速度不同，在速度不同，在混合物中混合物中C3A和和SO42-之之间的平衡的平衡将将影影响响减减水水剂的效果。的效果。掺量和形量和形态，如如掺量量过高高会会推推迟强度增强度增长和降低强度。和降低强度。7）减水剂使用中的几个注意的问题减水剂水泥相容性问题混凝土拌合物坍落度损失问题减水剂水泥的相容性与坍落度损失相容性，过去称“适应性”，是指减水剂与水泥之间是否有不利于减水剂效率发挥的相互作用。相容性好表现为减水率大、坍落度损失小，拌合物和易性良好。一般来说，C3A含量高的水泥与高效减水剂的相容性较差；此外，用含碱量大、放热量大的水泥时，通常相容性较差。相容性好坏可以用净浆流动度测定方法评价