水泥与混凝土外加剂的适.ppt

水泥与混凝土减水剂适应性水泥与混凝土减水剂适应性 影响因素及其改善措施影响因素及其改善措施主讲人主讲人主讲人主讲人:蒋正武蒋正武蒋正武蒋正武 博士博士博士博士电电电电 话话话话:021-65980527:021-65980527:021-65980527:021-65980527，单单单单 位：同济位：同济位：同济位：同济大学材料科学与工程学院大学材料科学与工程学院大学材料科学与工程学院大学材料科学与工程学院 E-mail E-mail E-mail E-mail：日日日日 期期期期:2009:2009:2009:2009年年年年5 5 5 5月月月月22222222日郑州日郑州日郑州日郑州主要内容主要内容n n概述n n水泥基本知识n n减水剂作用机理及其发展概况n n水泥-外加剂适应性的影响因素分析n n评价水泥-减水剂适应性的检测方法n n减水剂应用中常见问题分析概述概述n n水水泥泥与与减减水水剂剂的的适适应应性性问问题题已已经经成成为为困困扰扰混混凝凝土土工工作作者者的的一一个难题，影响外加剂应用效果和推广应用个难题，影响外加剂应用效果和推广应用n n出现的问题、现象众多。出现的问题、现象众多。n n影响因素极其错综复杂，涉及到：影响因素极其错综复杂，涉及到：l l水泥和其他矿物掺合料：物理和化学性能水泥和其他矿物掺合料：物理和化学性能l l减水剂：高分子材料学、表面物理化学和电化学减水剂：高分子材料学、表面物理化学和电化学l l骨料性能骨料性能l l混凝土拌合物性能。混凝土拌合物性能。n n适应性概念是什么？适应性概念是什么？外加剂与水泥产生不相适应性的后果外加剂与水泥产生不相适应性的后果n n影响混凝土拌合物及硬化后的质量n n影响施工n n造成退货n n造成返工n n影响工期n n影响效率n n引起纠纷水泥厂水泥厂外加剂厂施工单位混凝土供应商 按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到用按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土中，一般产生两种情况 1 1）能够产生应有的效果，就认为该水泥与）能够产生应有的效果，就认为该水泥与这种外加剂是适应的这种外加剂是适应的 2 2）如果不能产生应有的效果，则该水泥与）如果不能产生应有的效果，则该水泥与这种外加剂之间存在不适应性这种外加剂之间存在不适应性混凝土外加剂与水泥适应性的概念混凝土外加剂与水泥适应性的概念适应性的概念适应性的概念水泥与高效减水剂适应性包括三个方面：水泥与高效减水剂适应性包括三个方面：l l 初始工作性（坍落度、扩展度初始工作性（坍落度、扩展度初始工作性（坍落度、扩展度初始工作性（坍落度、扩展度)l l 是否有明确的饱和点是否有明确的饱和点是否有明确的饱和点是否有明确的饱和点l l 工作性损失情况工作性损失情况工作性损失情况工作性损失情况 适应性的概念适应性的概念n n 水泥与减水剂适应时：水泥与减水剂适应时：水泥与减水剂适应时：水泥与减水剂适应时：l l减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；l l没有离析和泌水现象；没有离析和泌水现象；没有离析和泌水现象；没有离析和泌水现象；l l坍落度随时间变化损失相应较小；坍落度随时间变化损失相应较小；坍落度随时间变化损失相应较小；坍落度随时间变化损失相应较小；l l对混凝土的强度等性能无负面影响。对混凝土的强度等性能无负面影响。对混凝土的强度等性能无负面影响。对混凝土的强度等性能无负面影响。n n 不适应时：不适应时：不适应时：不适应时：l l初初初初始始始始坍坍坍坍落落落落度度度度小小小小，坍坍坍坍落落落落度度度度损损损损失失失失快快快快，离离离离析析析析，泌泌泌泌水水水水，外外外外加加加加剂剂剂剂用用用用量量量量增加。增加。增加。增加。容易出现适应性问题的外加剂容易出现适应性问题的外加剂1)减水剂(普通减水剂、高效减水剂)2)缓凝剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂3)速凝剂4)引气剂5)泵送剂(普通泵送剂、高效泵送剂)6)控制混凝土坍落度损失的外加剂7)膨胀剂常出现的不适应性现常出现的不适应性现象象n n混凝土拌合料在搅拌机中就变得干硬n n无法卸料n n泵送时堵泵n n减水率低或坍落度损失过快等究竟谁的产品出了问题？究竟谁的产品出了问题？搅拌站搅拌站水泥厂水泥厂 外加剂厂外加剂厂通常的应急措施不增加水泥，而单纯增大用水量W/C增大强度下降、耐久性降低同时增加水泥和用水量浆量增加成本增加、开裂增加、耐久性降低施工现场加水局部W/C增大承载力、耐久性下降减水剂作用效果减水剂作用效果减水剂水泥掺量掺量掺加方法掺加方法影响水泥与外加剂适应性的因素影响水泥与外加剂适应性的因素n n水泥n n外加剂n n外加剂掺量与掺加方法n n其它水泥基本知识概述水泥基本知识概述n n水泥生产工艺n n水泥熟料矿物组成及特征n n水泥的水化硬化n n水泥物理化学性能的影响一、水泥基本知识概述一、水泥基本知识概述n n 水泥的性能主要取决于水泥的性能主要取决于水泥熟料水泥熟料的质量，的质量，优质的水泥熟料应该具有合适的矿物组成和良优质的水泥熟料应该具有合适的矿物组成和良好的岩相结构。水泥的矿物组成及其比例对减好的岩相结构。水泥的矿物组成及其比例对减水剂适应性关系非常密切。水剂适应性关系非常密切。n n 掺和料掺和料对减水剂适应性有较大影响。对减水剂适应性有较大影响。n n影响适应性的影响适应性的主要因素分析主要因素分析。硅酸盐类水泥硅酸盐类水泥n n硅酸盐类水泥是硅酸盐类水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，即国外统称的波特兰水泥。硅酸盐类水泥分两种型号：不掺混合材料的称型硅酸盐水泥，在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥重量5%石灰石或矿渣混合材料的称为型硅酸盐水泥。n n硅酸盐类水泥的生产n n硅酸盐类水泥的生产过程是“两磨一烧”，即（1）将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料：n n（2）将生料煅烧使之部分熔融形成熟料；（3）将熟料与适量的石膏共同磨细成为硅酸盐类水泥。其主要过程如下图：硅酸盐水泥生产过程水泥生產流程圖（二磨一燒）水泥生產流程圖（二磨一燒）水泥生產流程圖（二磨一燒）水泥生產流程圖（二磨一燒）水泥生產過程水泥生產過程水泥生產過程水泥生產過程石灰岩 採 石 （壓碎）其它原料 粘土/頁岩 採石（壓碎）儲料儲料研 磨 及混料研磨及混料儲 存 和最 後 混 料預 熱燒結（窯）石膏完成研磨儲 料銷售至市場原料處理研磨燒結熱料研磨(1)(1)濕式法濕式法濕式、乾式、半濕式製程濕式、乾式、半濕式製程濕式、乾式、半濕式製程濕式、乾式、半濕式製程 粘土 水 水磨機 粘土泥漿 白堊土 水 水磨機 混合 泥漿槽 旋窯 靜電集塵器 粉塵返回製程 旋窯 冷空氣 燒塊冷卻器 球磨機 粉煤 石膏 水泥 筒倉 包裝工廠 散裝運輸區 貯料斗 燃燒區 (2)乾式法乾式法濕式、乾式、半濕式製程濕式、乾式、半濕式製程濕式、乾式、半濕式製程濕式、乾式、半濕式製程氣體流線 製程材料流線 旋窯 冷空氣 燒塊冷卻器 球磨機 粉煤 石膏 水泥筒倉 包裝工廠 散裝運輸區 貯料斗 燃燒區 石灰岩 頁岩 球磨機 混合 粗粉料筒倉 粉塵返回製程 靜電集塵器 粗粉料預熱器 旋窯 液態鍛燒爐 熱源 壓碎機 水泥製造原料的高溫反應及煆燒生成物粘土分解：粘土分解：粘土分解：粘土分解：石灰岩分解：（排放石灰岩分解：（排放石灰岩分解：（排放石灰岩分解：（排放 CO CO2 ）HH8008000 0C C-(2-2)-(2-2)HH6006000 0C C-(2-1)-(2-1)水泥原料在旋窯中燒結成水泥熟料礦物水泥原料在旋窯中燒結成水泥熟料礦物脫水區煆燒區燒塊區冷卻區燒塊出口冷卻鐵柵 排氣 原料入口 自由水 粘土分解石灰岩分解 初化合物形成熔膠形成氣體溫度進料溫度 450 oC50 oC800 oC600 oC 1200 oC1000 oC1350 oC1350 oC1550 oC1450 oC C S 初形成2 C S 初形成 3（一）水泥熟料矿物组成及特征（一）水泥熟料矿物组成及特征1矿物组成矿矿矿矿物分子式物分子式物分子式物分子式矿矿矿矿物名称物名称物名称物名称简简简简写写写写3CaOSiO3CaOSiO2 2硅酸三硅酸三硅酸三硅酸三钙钙钙钙C C3 3S S2CaOSiO2CaOSiO2 2硅酸二硅酸二硅酸二硅酸二钙钙钙钙C C2 2S S3CaOAl3CaOAl2 2OO3 3铝铝铝铝酸三酸三酸三酸三钙钙钙钙C C3 3A A4CaOAl4CaOAl2 2OO3 3FlFl2 2OO3 3铁铝铁铝铁铝铁铝酸四酸四酸四酸四钙钙钙钙C C4 4AFAFCaSOCaSO4 42H2H2 2OO二水石膏二水石膏二水石膏二水石膏CSHCSH2 2CaSOCaSO4 4无水石膏无水石膏无水石膏无水石膏CSCS2水泥矿物的主要特征水泥矿物的主要特征1）C3S：水泥熟料的主要矿物，其含量一般为水泥熟料的主要矿物，其含量一般为50%50%左左右。水化较快，强度发展比较快，凝结时间右。水化较快，强度发展比较快，凝结时间正常，水化热较高。单矿物胶粒动电性质呈正常，水化热较高。单矿物胶粒动电性质呈“阴性阴性”。2）C2S：水泥熟料中以水泥熟料中以 型存在，其含量一般为型存在，其含量一般为20%20%左左右。右。-C-C2 2S S水化较慢（水化较慢（28d28d仅水化仅水化20%20%左右），左右），凝结硬化缓慢，早期强度较低，水化热较低。凝结硬化缓慢，早期强度较低，水化热较低。单矿物胶粒动电性质呈单矿物胶粒动电性质呈“阴性阴性”。3）C3A：含量在含量在7%-15%7%-15%之间。水化迅速，放热量大，之间。水化迅速，放热量大，凝结时间很快（若不加石膏，易使水泥急凝结时间很快（若不加石膏，易使水泥急凝），硬化也很快，其强度在凝），硬化也很快，其强度在3d3d几乎大部几乎大部分已发挥出来，早期强度高但绝对值不高，分已发挥出来，早期强度高但绝对值不高，干缩大，抗硫酸盐性能差。单矿物胶粒动干缩大，抗硫酸盐性能差。单矿物胶粒动电性质呈电性质呈“阳性阳性”（即带正电荷）。（即带正电荷）。4）C4AF：含量为含量为10%-18%10%-18%。水化强度介于。水化强度介于C C3 3A A与与C C3 3S S之间，早期强度发挥较快，但后期还能不之间，早期强度发挥较快，但后期还能不断增长，抗冲击和抗硫酸盐性能较好。单断增长，抗冲击和抗硫酸盐性能较好。单矿物胶粒动电性质呈矿物胶粒动电性质呈“阳性阳性”。水泥矿物的主要特征水泥矿物的主要特征5）CSH2（CS）：熟料粉磨成细粉时掺入5%左右的石膏，不仅可调节凝结时间，同时还能提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等一系列性能。单矿物石膏（尤其是CS）胶粒动电性质呈很强的“阳性”。水泥矿物的主要特征水泥矿物的主要特征n n硅酸盐类水泥的凝结硬化n n水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。然后逐渐产生强度不断提高，最后变成坚硬的石状物水泥石，这一过程称为硬化。水泥的凝结和硬化是人为划分的，实际上是一个连续、复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥石的某些性质，对水泥石的应用有着重要意义。（二）水泥的水化硬化（二）水泥的水化硬化C3S：2(3CaO.SiO2)+6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2 (C-S-H)(CH)C2S：2(2CaO.SiO2)+4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2 C3A（在石膏存在的条件下）:3CaO.Al2O3+3(CaSO4.2H2O)+26H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O 钙矾石（AFt）C4AF：与C3A水化硬化状况基本相似。Calcium Silicate Hydrate(C3S2H8)2C3S+11H=C3S2H8+3CH2C2S+9H =C3S2H8+CHCalcium Hydroxide(CH)钙矾石钙矾石 总之，水泥的水化产物主要为:（C-S-H）约占70%左右;（CH）约占20%左右;（AFt）约占7%左右。水泥水化放热曲线水泥水化放热曲线C C3 3A and CA and C4 4AFAFC C3 3S SC C2 2S Sl 水泥标号和水灰比是影响混凝土抗压强度的主要因素:fcc28=AK0fcb（C/W-B）（而减水剂能起到显著降低混凝土水灰比的作用）混凝土强度与水灰比之间的关系混凝土强度与水灰比之间的关系混凝土强度与水灰比之间的关系混凝土强度与水灰比之间的关系不完全密实的混凝土不完全密实的混凝土振动振动人工捣实人工捣实完全密实的混凝土完全密实的混凝土抗抗压压强强度度水水 灰灰 比比（三）水泥物理化学性能的影响水泥物理化学性能的影响水泥物理化学性能的影响水泥物理化学性能的影响n n水泥的矿物组成水泥的矿物组成水泥的矿物组成水泥的矿物组成 吸吸吸吸附附附附顺顺顺顺序序序序C C3 3ACAC4 4AFCAFC3 3SCSC2 2S S，在在在在高高高高效效效效减减减减水水水水剂剂剂剂掺掺掺掺量量量量相相相相同同同同的的的的情情情情况况况况，C C3 3A A和和和和C C4 4AFAF含含含含量量量量较较较较高高高高的的的的水水水水泥泥泥泥浆体中，减水剂的分散效果较差。浆体中，减水剂的分散效果较差。浆体中，减水剂的分散效果较差。浆体中，减水剂的分散效果较差。C C3 3A A活性（取决于其形态和熟料硫化程度）活性（取决于其形态和熟料硫化程度）活性（取决于其形态和熟料硫化程度）活性（取决于其形态和熟料硫化程度）n n混合材品种混合材品种混合材品种混合材品种高高高高效效效效减减减减水水水水剂剂剂剂对对对对矿矿矿矿渣渣渣渣水水水水泥泥泥泥和和和和粉粉粉粉煤煤煤煤灰灰灰灰水水水水泥泥泥泥的的的的适适适适应应应应性性性性较较较较好好好好；而而而而对对对对火火火火山山山山灰灰灰灰、焙焙焙焙烧烧烧烧煤煤煤煤矸矸矸矸石石石石及及及及窑窑窑窑皮皮皮皮为为为为混混混混合合合合材材材材的的的的水水水水泥泥泥泥的的的的适适适适应应应应性性性性较较较较差差差差，这这这这时时时时要要要要达达达达到到到到预预预预期期期期的的的的效效效效果果果果，就需要适当增加高效减水剂的掺量。就需要适当增加高效减水剂的掺量。就需要适当增加高效减水剂的掺量。就需要适当增加高效减水剂的掺量。水泥物理化学性能的影响水泥物理化学性能的影响n n 水泥的细度水泥的细度水泥的细度水泥的细度 水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多。水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多。水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多。水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多。n n 水泥的陈化时间水泥的陈化时间水泥的陈化时间水泥的陈化时间 使使使使用用用用刚刚刚刚出出出出磨磨磨磨的的的的水水水水泥泥泥泥和和和和出出出出磨磨磨磨温温温温度度度度还还还还较较较较高高高高的的的的水水水水泥泥泥泥，就就就就会会会会出出出出现现现现减减减减水水水水率率率率低低低低、坍坍坍坍落落落落度度度度损损损损失失失失快快快快的的的的现现现现象象象象。使使使使用用用用陈陈陈陈放放放放时时时时间稍长的水泥，就可以避免出现上述现象。间稍长的水泥，就可以避免出现上述现象。间稍长的水泥，就可以避免出现上述现象。间稍长的水泥，就可以避免出现上述现象。n n 水泥的碱含量水泥的碱含量水泥的碱含量水泥的碱含量 AAR AAR AAR AAR 碱碱碱碱含含含含量量量量过过过过大大大大会会会会导导导导致致致致混混混混凝凝凝凝土土土土的的的的凝凝凝凝结结结结时时时时间间间间缩缩缩缩短短短短和和和和坍坍坍坍落落落落度经时损失变大度经时损失变大度经时损失变大度经时损失变大。水泥物化学性能的影响水泥物化学性能的影响n n可可可可溶溶溶溶性性性性碱碱碱碱类类类类的的的的重重重重要要要要性性性性（控控控控制制制制流流流流动动动动性性性性和和和和流流流流动动动动性性性性损损损损失失失失的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数之之之之一一一一）：碱碱碱碱性性性性硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐少少少少的的的的水水水水泥泥泥泥，由由由由于于于于减减减减水水水水剂剂剂剂强强强强烈烈烈烈的的的的吸吸吸吸附附附附，导导导导致致致致混混混混凝凝凝凝土土土土坍坍坍坍落落落落度度度度损损损损失失失失特特特特别别别别快快快快；可可可可溶溶溶溶性性性性碱碱碱碱含含含含量量量量增增增增加加加加时时时时，吸吸吸吸附附附附减减减减水水水水剂剂剂剂量量量量线线线线性性性性下下下下降降降降。可可可可溶溶溶溶性性性性碱碱碱碱的的的的最最最最佳佳佳佳值值值值为为为为0.40.5%Na0.40.5%Na2 2OO当当当当量量量量，低低低低于于于于最最最最佳佳佳佳值值值值时加入时加入时加入时加入NaNa2 2SOSO4 4，水泥流动性会显著增加。，水泥流动性会显著增加。，水泥流动性会显著增加。，水泥流动性会显著增加。水泥物理化学性能的影响水泥物理化学性能的影响n n石石石石膏膏膏膏的的的的形形形形态态态态：水水水水泥泥泥泥中中中中SOSO4 42-2-离离离离子子子子的的的的溶溶溶溶解解解解速速速速度度度度必必必必须须须须和和和和C C3 3A A的活性平衡的活性平衡的活性平衡的活性平衡 不同形态石膏的溶解度不同形态石膏的溶解度(25(25，以无水，以无水CaSOCaSO4 4计计)石膏形态石膏形态石膏形态石膏形态 溶解度溶解度溶解度溶解度(g/L)(g/L)二水石膏二水石膏 2.082.08 半水石膏半水石膏 6.206.20 半水石膏半水石膏 8.158.15可溶性无水石膏可溶性无水石膏 6.306.30天然无水石膏天然无水石膏 2.702.70 （四）实施ISO标准对高效减水剂和水泥适应性的影响2001年年4月开始实施新的水泥强度检验标准月开始实施新的水泥强度检验标准n n与原标准的差别：与原标准的差别：水胶比水胶比0.50.5；原；原0.440.44；胶砂比胶砂比11：3 3；原；原11：2.52.5；砂的级配砂的级配0.082.0mm0.082.0mm，三级配；，三级配；原原0.250.65mm0.250.65mm，单级配。，单级配。n n造成的影响：造成的影响：水泥胶砂强度大幅度下降，平均约下降水泥胶砂强度大幅度下降，平均约下降10MPa10MPan n提高提高C C3 3A A含量：含量：外加剂被吸附，塑化效果变差n n提高水泥比面积：提高水泥比面积：不利于高效减水剂的塑化效果，掺量需要增加2030。水泥磨细使减水剂的饱和掺量增大，并加剧了水泥浆体的流动性损失。n n助磨剂：助磨剂：提高粉磨效率，助磨剂和高效减水剂之间也可能存在适应性的问题，对此应加以深入研究。水泥厂应对措施水泥厂应对措施控制水泥合理的颗粒级配控制水泥合理的颗粒级配n n初始流动度：初始流动度：X2X2大于大于X1X1；n n1hr1hr后的流动度：后的流动度：X2X2小于小于X1X1。n n提高水泥颗粒球形度提高水泥颗粒球形度水泥颗粒级配和颗粒球形度的变化对减水剂的饱和掺量影响不大，但影响了水泥浆体的初始及1hr后的流动度。水泥T1的初始及1hr后的流动度均大于T2；n n优化混合材的种类、细度和掺量优化混合材的种类、细度和掺量矿渣和粉煤灰的掺入可使水泥浆体的流动度矿渣和粉煤灰的掺入可使水泥浆体的流动度增大、流动度损失减小。增大、流动度损失减小。混合材的辅助减水作用主要靠三个作用：混合材的辅助减水作用主要靠三个作用：n n颗粒吸附作用；颗粒吸附作用；n n颗粒堆积作用；颗粒堆积作用；n n颗粒球形作用。颗粒球形作用。提高混合材比面积可提高水泥强度，改善水泥与提高混合材比面积可提高水泥强度，改善水泥与减水剂的适应性，是生产优质水泥的可行技术措减水剂的适应性，是生产优质水泥的可行技术措施之一。施之一。n n重视控制水泥中硫酸钙的含量和溶解速度n n加强磨机内物料温度的控制n n单独粉磨混合材，提高混合材比面积n n选择适宜的水泥品种n n改变减水剂的品种、掺量、掺加方法改善水泥和减水剂适应性的措施改善水泥和减水剂适应性的措施二、减水剂的作用机理二、减水剂的作用机理（一）减水剂分子结构模型 减水剂属于表面活性剂并大多属阴离子表面活性剂。表面活性剂分子结构表面活性剂分子结构 亲水基团亲水基团亲油基团亲油基团COOHCOOH或或OHOH或或SOSO3 3NaNa CH CH3 3CHCH2 2 CH CH2 2 CH CH2 2Major classes of superplasticizer polymerPartially esterified polycarboxylic acidPartially esterified polycarboxylic acidwith polyoxyethylene side chains (PCE)with polyoxyethylene side chains (PCE)Naphthalene sulfonate Naphthalene sulfonate formaldehyde condensate (PNS)formaldehyde condensate (PNS)-阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂 离子型表面活性剂离子型表面活性剂 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂 两性表面活性剂两性表面活性剂表面活性剂 非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂减水剂分子结构模型减水剂分子结构模型（二）水泥产生絮凝状结构体的原因（二）水泥产生絮凝状结构体的原因1水泥胶粒水化过程中产生异性电荷作用。2水泥胶粒的热运动，边棱角处相互碰撞结合。3水化反应生成新的水化产物。絮凝状结构体内部包裹着很多自由水。（三）减水剂作用机理（三）减水剂作用机理1、吸附分散作用机理 1）同性电荷的相斥作用 2）浆体间的润滑作用pp 氢键缔合（半刚性水膜）pp 极性微气泡（泡沫珠）水泥颗粒水泥颗粒水泥絮凝状结构示意水泥絮凝状结构示意减水剂作用示意图减水剂作用示意图O OO OH HR ROeOeS SH HOeOeH HH HOeOeH HOeOeH H表示氢键表示氢键减水剂极性亲水基团以氢键的形式与水分子缔合的作用减水剂极性亲水基团以氢键的形式与水分子缔合的作用极性微气泡所起润滑作用示意图极性微气泡所起润滑作用示意图n n 聚羧酸盐减水剂有良好的分散性主要得益于以下两种机理：1空间位阻效应 2由于本身所带电荷所引起的静电排斥作用2、空间位阻效应、空间位阻效应 主链、支链、侧链形成梳型状吸附网络。主链、支链、侧链形成梳型状吸附网络。聚羧酸盐（聚羧酸盐（聚羧酸盐（聚羧酸盐（PCEPCEPCEPCE）超塑剂和其空间位阻示意图）超塑剂和其空间位阻示意图）超塑剂和其空间位阻示意图）超塑剂和其空间位阻示意图 水泥颗粒水泥颗粒水泥颗粒水泥颗粒 侧侧侧侧链链链链羧羧羧羧酸酸酸酸基基基基（负负负负电电电电荷荷荷荷）对对对对水水水水泥泥泥泥颗颗颗颗粒粒粒粒起吸附作用起吸附作用起吸附作用起吸附作用 聚合物主链聚合物主链聚合物主链聚合物主链 侧侧侧侧链链链链羧羧羧羧酸酸酸酸基基基基（负负负负电电电电荷荷荷荷）对对对对水水水水泥泥泥泥颗颗颗颗粒起吸附作用粒起吸附作用粒起吸附作用粒起吸附作用 接枝链接枝链接枝链接枝链 空间位阻空间位阻空间位阻空间位阻 Poly naphthalene Poly naphthalene sulfonate(PNS)sulfonate(PNS)Poly carboxylate(pc)Poly carboxylate(pc)DispersionDispersionMechanismMechanismLong SlumpLong SlumpRetention onRetention onHydrationHydration（四）减水剂在混凝土中所起的作用 混凝土外加剂品种较多，功能各异。可以说混凝土外加剂已成为改善混凝土性能方面几乎无所不能的重要措施。其作用为：1改善混凝土或砂浆拌和物施工时的和易性和可泵性；2改善混凝土或砂浆的强度及其它物理力学性能；3节约水泥用量或代替特种水泥；4加速混凝土或砂浆的早期强度发展；5调节混凝土或砂浆的凝结硬化速度；6调节混凝土或砂浆的含气量；7降低水泥水化热或延缓水化放热速度；8改善拌合物的泌水性能；减水剂所起的作用减水剂所起的作用9提高混凝土或砂浆耐各种侵蚀盐类的腐蚀性；10减弱碱-集料反应；11改善毛细孔结构；12减少混凝土的收缩；13提高钢筋的抗锈蚀能力；14提高钢筋与混凝土的握裹力；15提高新老混凝土界面的粘结力；减水剂所起的作用减水剂所起的作用简单归纳为：n 增大混凝土的流动性，改善施工性（在保持水泥用量和水灰比相同的情况下）；n 由于水灰比的降低，从而提高了混凝土的强 度和耐久性等一系列性能（在保持流动性相同的情况下）；n可以减少水泥用量，降低成本（在水灰比、流动性不便情况下）n 更多情况是几种功能兼而得之。减水剂所起的作用减水剂所起的作用（五）减水剂发展概况（五）减水剂发展概况1木质素系减水剂第一代减水剂 木质素系减水剂按其带阳离子的不同，有木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）和木质素磺酸镁（木镁）等区别。它是生产纸浆或纤维浆的废液，经生物发酵提取酒精后的残渣（酒槽），采用石灰乳中和、过滤、喷雾干燥而制得木钙。若采用氢氧化钠中和制得的木钠，一般掺量为水泥重量的(0.200.25)%。其改性措施有分子量分级改性、降糖改性等。减水剂的发展减水剂的发展2高效减水剂高效减水剂第二代减水剂第二代减水剂1）萘磺酸盐系（1962年问世）萘系减水剂为芳香族磺酸盐醛类缩合物，属阴离子表面活性剂，全称为-萘磺酸甲醛缩合物钠盐。其主要工艺为磺化、水解、缩聚、中和。萘系减水剂有低浓和高浓之别，低浓产品硫酸钠含量约在18%左右，而高浓产品硫酸钠含量小于5%。一般掺量为水泥重量的(0.500.75)%。减水剂的发展减水剂的发展2）密胺树脂系减水剂（1964年问世）是一种水溶性的聚合物树脂，全称为磺化三聚氰胺甲醛缩合物，也属阴离子表面活性剂。生产密胺树脂减水剂的主要原料为三聚氰胺、甲醛、氢氧化钠、焦亚硫酸钠和硫酸等。其主要生产工艺为羟甲基化、单体磺化、缩聚和中和反应。一般掺量与萘系减水剂大致相同。减水剂的发展减水剂的发展3）脂肪族系减水剂（90年代开发）生产脂肪族减水剂的主要原料为丙酮、焦亚硫酸钠、氢氧化钠等。由于丙酮可广泛用作油脂、树脂、赛璐璐等的溶剂，化学性质活泼，能发生卤化、加成、缩合等反应。因此，将此类产品称为脂肪族系减水剂，全称应该为：羰（tang）基焦醛高效减水剂。羰基又称碳氧基。减水剂的发展减水剂的发展 其掺量较低，对水泥的适应性比萘系和密胺其掺量较低，对水泥的适应性比萘系和密胺系好，系好，但由于产品呈红色但由于产品呈红色，往往受到质疑。，往往受到质疑。减水剂的发展减水剂的发展CHCH3 3C CSOSO3 3NaNaCHCH3 3O OCHCH2 2CHCH2 2O OC CCHCH2 2CHCH2 2O On nC CCHCH3 3SOSO3 3NaNaCHCH3 34）氨基磺酸盐系（90年代开发）生产的主要原料为苯酚、氨基苯磺酸、碱和甲醛等。生产工艺较简单，不用高温、高压反应。其掺量要比萘系减水剂低，对水泥的适应性较好，控制混凝土坍落度损失情况较好。由于苯酚原料价格昂贵，生产成本较高。第二代减水剂还有改性三聚氰胺和氨基羧酸盐系等高效减水剂。减水剂的发展减水剂的发展3聚羧酸盐系高效减水剂聚羧酸盐系高效减水剂第三代减水剂第三代减水剂 聚羧酸盐系高效减水剂是高分子合成产品，生产合成原料有甲基丙烯酸、环氧乙烷、甲基丙烯酸甲脂、马来酸酐、聚乙二醇、甲基烯丙基磺酸盐等。在引发剂过硫酸铵、过硫酸钠等作用下聚合而成。其中有60%以上是以环氧乙烷（Eo）为基材的聚合物。因此，Eo价格对该类减水剂成本至关重大，也是影响该类高性能减水剂的最大障碍。减水剂的发展减水剂的发展 掺聚羧酸盐系高效减水剂混凝土掺聚羧酸盐系高效减水剂混凝土的性能特点为：的性能特点为：的性能特点为：的性能特点为：1）掺量低、减水率高、混凝土增强效果大；2）混凝土拌和物流动保持性好，坍落度损失低；3）对水泥的适应性较好；4）硬化混凝土收缩低；5）总碱含量低；6）环境友好。适合配制高强高性能混凝土，大掺量矿物掺合料的混凝土。减水剂的发展减水剂的发展三代减水剂对混凝土性能的不同影响（三代减水剂对混凝土性能的不同影响（1）品种品种品种品种性能性能性能性能第一代减水第一代减水第一代减水第一代减水剂剂剂剂第二代减水第二代减水第二代减水第二代减水剂剂剂剂第三代减水第三代减水第三代减水第三代减水剂剂剂剂木木木木钙钙钙钙、木、木、木、木钠钠钠钠、木、木、木、木镁镁镁镁等等等等萘萘萘萘系、密胺系、氨基磺系、密胺系、氨基磺系、密胺系、氨基磺系、密胺系、氨基磺酸系、脂肪系等酸系、脂肪系等酸系、脂肪系等酸系、脂肪系等各各各各类类类类聚聚聚聚羧羧羧羧酸系高性能减酸系高性能减酸系高性能减酸系高性能减水水水水剂剂剂剂减水率减水率减水率减水率一般一般一般一般掺掺掺掺量：量：量：量：5%-8%5%-8%饱饱饱饱和和和和掺掺掺掺量：量：量：量：12%12%左右左右左右左右一般一般一般一般掺掺掺掺量：量：量：量：15%-20%15%-20%饱饱饱饱和和和和掺掺掺掺量：量：量：量：30%30%左右左右左右左右一般一般一般一般掺掺掺掺量：量：量：量：25%-30%25%-30%饱饱饱饱和和和和掺掺掺掺量：大于量：大于量：大于量：大于45%45%对对对对混凝土拌合混凝土拌合混凝土拌合混凝土拌合物物物物综综综综合性能的合性能的合性能的合性能的影响影响影响影响超超超超掺时掺时掺时掺时，缓缓缓缓凝凝凝凝严严严严重，引重，引重，引重，引气量大，气量大，气量大，气量大，强强强强度下降度下降度下降度下降严严严严重，重，重，重，单单单单用用用用时时时时易引起混凝土易引起混凝土易引起混凝土易引起混凝土质质质质量事故量事故量事故量事故掺萘掺萘掺萘掺萘系混凝土拌合物坍系混凝土拌合物坍系混凝土拌合物坍系混凝土拌合物坍落度落度落度落度损损损损失大、易泌水；失大、易泌水；失大、易泌水；失大、易泌水；掺掺掺掺密胺系混凝土拌合物密胺系混凝土拌合物密胺系混凝土拌合物密胺系混凝土拌合物坍落度坍落度坍落度坍落度损损损损失大、粘度大失大、粘度大失大、粘度大失大、粘度大混凝土拌合物流混凝土拌合物流混凝土拌合物流混凝土拌合物流动动动动性和性和性和性和流流流流动动动动保持性好，很少保持性好，很少保持性好，很少保持性好，很少发发发发生泌水、分生泌水、分生泌水、分生泌水、分层层层层、缓缓缓缓凝等凝等凝等凝等现现现现象象象象强强强强度增度增度增度增长长长长28d28d强强强强度比一般在度比一般在度比一般在度比一般在115%115%左右左右左右左右28d28d强强强强度比一般在度比一般在度比一般在度比一般在120%135%120%135%左右左右左右左右28d28d强强强强度比一般在度比一般在度比一般在度比一般在140%140%以上以上以上以上 品种品种品种品种性能性能性能性能第一代减水第一代减水第一代减水第一代减水剂剂剂剂第二代减水第二代减水第二代减水第二代减水剂剂剂剂第三代减水第三代减水第三代减水第三代减水剂剂剂剂木木木木钙钙钙钙、木、木、木、木钠钠钠钠、木、木、木、木镁镁镁镁等等等等萘萘萘萘系、密胺系、氨基磺系、密胺系、氨基磺系、密胺系、氨基磺系、密胺系、氨基磺酸系、脂肪系等酸系、脂肪系等酸系、脂肪系等酸系、脂肪系等各各各各类类类类聚聚聚聚羧羧羧羧酸系高性能减水酸系高性能减水酸系高性能减水酸系高性能减水剂剂剂剂对对对对混凝土体混凝土体混凝土体混凝土体积积积积稳稳稳稳定性的影响定性的影响定性的影响定性的影响对对对对混凝土的体混凝土的体混凝土的体混凝土的体积稳积稳积稳积稳定定定定性影响不大性影响不大性影响不大性影响不大萘萘萘萘系增加混凝土塑性收系增加混凝土塑性收系增加混凝土塑性收系增加混凝土塑性收缩缩缩缩，一般也增加混凝土，一般也增加混凝土，一般也增加混凝土，一般也增加混凝土28d28d的收的收的收的收缩缩缩缩率。密胺系可率。密胺系可率。密胺系可率。密胺系可降低混凝土降低混凝土降低混凝土降低混凝土28d28d的收的收的收的收缩缩缩缩率率率率与与与与萘萘萘萘系相比，系相比，系相比，系相比，对对对对混凝土塑混凝土塑混凝土塑混凝土塑性收性收性收性收缩缩缩缩的影响大大减少，的影响大大减少，的影响大大减少，的影响大大减少，一般不增加混凝土的一般不增加混凝土的一般不增加混凝土的一般不增加混凝土的28d28d收收收收缩缩缩缩率率率率对对对对混凝土含气混凝土含气混凝土含气混凝土含气量的影响量的影响量的影响量的影响增加混凝土的含气量增加混凝土的含气量增加混凝土的含气量增加混凝土的含气量一般情况下，混凝土含一般情况下，混凝土含一般情况下，混凝土含一般情况下，混凝土含气量增加很少气量增加很少气量增加很少气量增加很少一般情况下，会增加混凝一般情况下，会增加混凝一般情况下，会增加混凝一般情况下，会增加混凝土的含气量，但可控制土的含气量，但可控制土的含气量，但可控制土的含气量，但可控制三代减水剂对混凝土性能的不同影响（2）品种品种品种品种性能性能性能性能第一代减水第一代减水第一代减水第一代减水剂剂剂剂第二代减水第二代减水第二代减水第二代减水剂剂剂剂第三代减水第三代减水第三代减水第三代减水剂剂剂剂木木木木钙钙钙钙、木、木、木、木钠钠钠钠、木、木、木、木镁镁镁镁等等等等萘萘萘萘系、密胺系、氨基磺酸系、密胺系、氨基磺酸系、密胺系、氨基磺酸系、密胺系、氨基磺酸系、脂肪系等系、脂肪系等系、脂肪系等系、脂肪系等各各各各类类类类聚聚聚聚羧羧羧羧酸系高性能减酸系高性能减酸系高性能减酸系高性能减水水水水剂剂剂剂钾钾钾钾、钠钠钠钠离子含离子含离子含离子含量量量量不大不大不大不大一般在一般在一般在一般在5%-15%5%-15%之之之之间间间间一般在一般在一般在一般在0.2%-1.5%0.2%-1.5%之之之之间间间间环环环环保性能及其保性能及其保性能及其保性能及其他有害物他有害物他有害物他有害物质质质质含含含含量量量量环环环环保性能好，一般不保性能好，一般不保性能好，一般不保性能好，一般不含有害物含有害物含有害物含有害物质质质质环环环环保性能差，生保性能差，生保性能差，生保性能差，生产过产过产过产过程使程使程使程使用大量甲用大量甲用大量甲用大量甲醛醛醛醛、萘萘萘萘、苯酚等、苯酚等、苯酚等、苯酚等有害物有害物有害物有害物质质质质，成品中也含有，成品中也含有，成品中也含有，成品中也含有一定量的有害物一定量的有害物一定量的有害物一定量的有害物质质质质生生生生产产产产和使用和使用和使用和使用过过过过程中均不程中均不程中均不程中均不含任何有害物含任何有害物含任何有害物含任何有害物质质质质，环环环环保保保保性能性能性能性能优优优优异异异异三代减水剂对混凝土性能的不同影响（3）减水剂与水泥的适应性减水剂与水泥的适应性n n外加剂方面 原料纯度；磺化程度；聚合度等。粉状减水剂的减水率低于原液状（等当量）。水泥与高效减水剂水泥与高效减水剂水泥与高效减水剂水泥与高效减水剂FDNFDNFDNFDN的适应性的试验结果的适应性的试验结果的适应性的试验结果的适应性的试验结果 高效减水剂影响因素高效减水剂影响因素n n分子链的长度分子链的长度n n磺酸盐基团在链中的位置磺酸盐基团在链中的位置n n有无硫酸盐存留有无硫酸盐存留萘系高效减水剂性能的影响萘系高效减水剂性能的影响n n萘的磺化程度和磺化产物萘的磺化程度和磺化产物萘的磺化程度和磺化产物萘的磺化程度和磺化产物 多萘磺酸和多萘磺酸和多萘磺酸和多萘磺酸和 萘磺酸会影响到适应性。萘磺酸会影响到适应性。萘磺酸会影响到适应性。萘磺酸会影响到适应性。n n萘系减水剂分子量的大小萘系减水剂分子量的大小萘系减水剂分子量的