工艺学第五章建筑化学品精选PPT.ppt
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1、工艺学第五章建筑化学品第1页,此课件共66页哦15.1.1 混凝土外加剂概况混凝土外加剂概况钢筋混凝土高性能混凝土:高强度、高流动性、高耐久性、高性能、机械化施工方向发展。混凝土的用途越来越广泛,对混凝土在技技术术性性能能方面提出的要求也越来越高越来越高;混凝土外加剂使混凝土多种性能多种性能得到改善;为各种特特殊殊用用途途混混凝凝土土和特特种种施施工工混凝土的使用提供了可靠的保证;促进了混凝土新技术的发展和工业废渣的有效利用。第2页,此课件共66页哦22005年12月31日起,我国禁止在所有城区现场搅拌混凝土;混凝土外加剂已逐渐成为混凝土中,不可缺少的第五组分第五组分。混凝土技术的新进展利益于
2、外加剂的有效应用,而不是水泥生产的进步。第3页,此课件共66页哦3“混混凝凝土土外外加加剂剂”(ISO定义):是指在混凝土、砂浆、净浆拌和时,或在额外增加的拌和操作中掺加等于或少于水泥重量5%,使混凝土的正常性能得以按要求改性的一种产品。混混凝凝土土外外加加剂剂*(GB8075-87定义):是指在拌制混凝土过程中掺入,用以改善混凝土性能的物质,其掺量不大于水泥重量的5%(特殊情况除外)。第4页,此课件共66页哦45.1.2 混凝土外加剂分类混凝土外加剂分类1.研究和使用外加剂,一般需考虑的问题研究和使用外加剂,一般需考虑的问题:(1)技术上符合实际需要实际需要(2)有良好的经济效益(3)在使用
3、上是否方便可行 2.分类分类A:根据外加剂的化学成分化学成分不同外加剂可分为无无机机物物和有有机机物物类以及无机和有机复合复合物类。第5页,此课件共66页哦5B:混凝土外加剂按其功能功能主要分为五类*(1)改善新拌混凝土、砂浆和易性和易性的外加剂;(2)调节混凝土、砂浆或净浆凝凝结结时时间间和硬硬化化性能性能的外加剂。(3)调节混凝土、砂浆或净浆空空气气含含量量的外加剂。(4)改善混凝土耐久性耐久性的外加剂。(5)提高混凝土特殊性能特殊性能的外加剂。第6页,此课件共66页哦65.1.3混凝土材料的基本性质混凝土材料的基本性质混凝土混凝土*:是由胶胶结结材材料料(无机的、有机的或无机有机复合的)
4、、颗粒状集集料料及必要时加入化学外外加加剂剂和矿物掺掺和和料料经合理调配的混合料、加水水拌合硬化后形成具有堆聚结构的复合材料复合材料。组成组成*:胶结材料:胶结材料(水泥)、骨料骨料(石、砂)、水水、外加剂外加剂第7页,此课件共66页哦71.混凝土材料的硬混凝土材料的硬(水水)化原理化原理*(1)硅酸盐水泥的组成硅酸盐水泥主要由各种钙的化合物钙的化合物所组成,主要成分如下:硅酸三钙3Ca0SiO2,简写为C3S;硅酸二钙2CaOSiO2,简写为C2S;铝酸三钙3CaO Al2O3,简写为C3A;铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3,简写为C4AF。其每种矿物成分单独与水作用与水作用时表现的特
5、性不同。改变矿物组成的比例,可制得不同性能水泥。“水化”是水泥中各矿物组分和水之间发生的化学过程。包括钙矾石形成期、C3S 水化期、结构形成和发展期。反应速度C3A C3S C4AF C2S第8页,此课件共66页哦8第9页,此课件共66页哦9(2)水泥的“凝凝结结”:水水泥泥浆浆逐逐渐渐变变稠稠失失去去塑性但不具强度的过程;塑性但不具强度的过程;(3)“水水泥泥的的硬硬化化”:水水泥泥浆浆逐逐渐渐变变为为坚坚硬硬水泥石;水泥石;(4)硅酸盐水泥的水化过程:硅酸盐水泥的水化过程:第10页,此课件共66页哦10(a)分散在水中未水化的水泥颗粒;(b)在水泥颗粒表面形成凝胶膜层;(c)膜层长大并互相
6、连接(凝结);(d)凝胶体进一步发展,填充毛细孔(硬化)1-水泥颗粒;2-水分;3-凝胶;4-晶体5-水泥颗粒的未水化内核;6-毛细孔 水泥的凝结硬化过程 第11页,此课件共66页哦112.2.集料(骨料)集料(骨料)集料在混凝土中具有技术上技术上和经济上经济上的意义。在技术上,集料存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更更高高的的体积稳定性和更好的耐久性体积稳定性和更好的耐久性;在经济上,它比水泥便宜得多,作为水泥浆廉价的填填充充材材料料,使混凝土材料成本低廉。3.3.混凝土拌合用水混凝土拌合用水 混凝土拌合用水应采用可饮用的自来水和清洁的天然水;不不允允许许使用含有有机杂质的沼泽水,含有酸、盐的污
7、水和工业废水。否则将影响水泥正常凝结与硬化(水化)。第12页,此课件共66页哦126.2减水剂减水剂6.2.1 6.2.1 减水剂的定义和分类减水剂的定义和分类一、减水剂定义一、减水剂定义*:也称塑化剂,是指在不影响混凝土工工作作性性的条件下,能使单单位位用用水水量量减减少少,或在不改变单位用水量的条件下,可改善混凝土的工作性工作性或同时有以上两种效果两种效果的外加剂。二、作用二、作用*:在配配合合比比不不变变的条件下,可提高混凝土的流流动动性性,且不降低混凝土的强度强度;在保持混凝土流流动动性性及及强强度度不不变变(即水灰比不变)的条件下,由于可减少用水量减少用水量,故也相应减少水泥用量水泥
8、用量;在保持流流动动性性及及水水泥泥用用量量不不变变的条件下,由于用水量减少,水灰比降低,所以强度得到提高强度得到提高。第13页,此课件共66页哦13三、减水剂分类:三、减水剂分类:(1)普普通通减减水水剂剂:木木质质素素磺磺酸酸盐盐系系、糖蜜减水剂、腐植酸等。(30-60年代)减水率一般为6%-8%。(2)高高效效减减水水剂剂:萘磺酸甲醛缩合物(SNF)、三聚氰胺甲醛缩合物(SMF)(60-70年代)具有减水率高,一般可达12%一25%。(3)高性能减水剂:氨基磺酸系和聚羧酸系()高性能减水剂:氨基磺酸系和聚羧酸系(90年代至今)减水率高达30%以上。掺量小、保坍性能好、不泌水、不缓凝,适宜
9、配制高流动性、自密实、高强高性能混凝土。(4)复配型多功能减水剂复配型多功能减水剂:趋势第14页,此课件共66页哦146.2.2减水剂作用原理及对混凝土性质的影响减水剂作用原理及对混凝土性质的影响1)减水剂作用原理)减水剂作用原理*水泥在加水搅拌与凝结硬化过程中,引起絮凝状结构。?在这处絮凝结构中,包裹着很多拌拌和和水水。从而降低了新拌混凝土的和和易易性性。增增加加用水量,使水泥石结构形成过过多多孔孔隙隙,影响混凝土一系列物理力学性能。絮凝状结构 第15页,此课件共66页哦15减水剂作用简图 吸附分散作用 活性基团形成钙基络合物 活性基团与水形成水膜 第16页,此课件共66页哦16第17页,此
10、课件共66页哦172)减水剂对混凝土性质的影响)减水剂对混凝土性质的影响改变了浆体的流变性质,新拌混凝土的和易性得到不同程度的改善。混凝土的抗压强度显著提高。提高混凝土的抗渗性。提高混凝土抗冻性能。提高水泥石的后期强度。第18页,此课件共66页哦186.2.3 木质素系减水剂木质素系减水剂特点:来源稳定,价格低廉,废物利用环保性产品;缓缓凝凝和引引气气作用过强,气泡太粗,致使混凝土强度不高、抗渗性差。应用:减 水 率 一 般 为 6%-8%,掺 量 一 般 为 水 泥 用 量 的0.1%0.2%,只能用于中中低低强强度度的混凝土,且应避免用量错误。(超量难凝)第19页,此课件共66页哦19木素
11、磺酸盐,是木质素系减水剂的主要成分。木质素磺酸盐基本结构为使用较为广泛的是木质素磺酸钙(木木钙钙)减水剂,简称M剂。M剂中木钙占60,含糖量低于12,硫酸盐占2左右。M剂的生产:木质素经磺化、缩合石灰乳碱性木质素磺酸钙过滤喷雾干燥木质素磺酸钙减水剂(pH 11.511.7)第20页,此课件共66页哦206.2.4萘磺酸盐系减水剂萘磺酸盐系减水剂*萘系减水剂包括以煤焦油、粗萘、精萘为原料经磺化、水解、缩合、中和等工序制备而得的化合物。主要成分为萘或萘同系物的磺磺酸酸盐盐与与甲甲醛醛缩合物,属阴阴离离子子型表面活性型表面活性剂,是一种早强早强、非引气型非引气型的高效减水剂。分子结构式为:n=510
12、,一般认为n=1013为最佳。第21页,此课件共66页哦21萘系减水剂的生产工艺为:磺化水解缩合中和生产原料为萘(工业萘或精萘)、甲基萘或萘残油。生产实践证明,以含萘量高的物料生产的产品引气性较小,性能较好。磺磺化化用用硫硫酸酸:用作磺化剂的硫酸常用浓度为98的浓硫酸。?反应温度:影响反应速率和产物。反应温度:影响反应速率和产物。高效减水剂生产所需的是-萘磺酸。该产物在160165磺化时生成。水解水解:目的是为了水解-萘磺酸萘磺酸。120 第22页,此课件共66页哦22缩合反应缩合反应甲醛用量 缩合温度:100-105在稍低温度下,延长恒温时间,有可能得到分布均一的多核分子。温度过高,反应过快
13、,可能暴聚。第23页,此课件共66页哦23中和中和:目的?中和多余的硫酸,将生成的萘磺酸甲醛缩合物转化为钠盐。60-70中和方法有两种:一是氢氢氧氧化化钠钠中和法,在反应物中加入氢氧化钠,使硫酸和碳酸均转化为钠盐。所得减水剂为“低浓减水剂”。二是石灰石灰-碳酸钠或氢氧化钠碳酸钠或氢氧化钠中和法。在缩聚产物中先加入石灰,使硫酸转化为硫酸钙沉淀,滤除沉淀,碳酸存留于滤液中;再用碳酸钠或氢氧化钠中和。用这种方法生产的减水剂称“高浓”减水剂。“高浓”减水剂使用方便,但中和时产生的废渣较难处理,而“低浓”减水剂不存在此类问题。但在冬季施工中,若使用“低浓”液状产品时,往往会发生硫酸钠晶体析出,给使用带来
14、麻烦。第24页,此课件共66页哦246.2.5 水溶性密胺树脂类减水剂水溶性密胺树脂类减水剂该类减水剂是一种水溶性的聚聚合合物物树树脂脂,全称为磺磺化化三三聚聚氰氰胺胺甲甲醛醛树树脂脂(简称密胺树脂),属阴阴离离子子系早早强强、非非引引气气型型高效能减水剂。该类减水剂的合成可分为单单体体配配制制、单单体体磺磺化化和和单单体体缩缩聚聚三个步骤。(1)单体合成(2)单体的磺化-R-CH2OH+HSO3Na-R-CH2SO3Na+H20第25页,此课件共66页哦25(3)单体的缩合2(-NHCH20H)-NHCH2O-CH2-NH-+H2O第26页,此课件共66页哦266.2.6 腐殖酸盐减水剂腐殖
15、酸盐减水剂腐殖酸俗称胡敏酸,是草炭(泥炭)中溶于碱的那部分组分,是一种高高分分子子羟羟基基芳芳基基羧羧酸酸盐盐,属阴阴离离子子型型表面活性剂,其化学结构相当复杂,基本结构单元可示意如下:第27页,此课件共66页哦27腐殖酸减水剂的制取工艺过程 碱化提取酸化提纯 洗涤沉淀 烘干 酸第28页,此课件共66页哦286.2.7 糖蜜类减水剂糖蜜类减水剂糖蜜主要为低低分分子子碳碳水水化化合合物物,稍加处理可直接作为混凝土减水剂使用。它的主要成分为蔗糖化钙、葡萄糖化钙等,是一种缓凝型减水剂缓凝型减水剂。糖蜜缓凝减水剂的特点是:糖蜜缓凝减水剂的特点是:不同程度的延缓水泥矿物组分中C3A、C3S等的水化速度和
16、结晶过程;能起显著降低水泥水化热的作用能提高混凝土的中后期强度干缩值减少 第29页,此课件共66页哦296.2.8氨基磺酸系高效减水剂R为H或低级烷基,其分子结构中含有大量的磺酸基、氨基、羟基,结构特点是分支多,疏水基分子段较短,极性强,具有极强的分散和缓凝作用。第30页,此课件共66页哦30苯酚与甲醛的加成反应对氨基苯磺酸与甲醛的加成反应缩聚反应第31页,此课件共66页哦316.2.8聚梭酸系高性能减水剂第32页,此课件共66页哦326.3 引气剂引气剂引引气气剂剂*:是在混凝土搅拌过程中引入大量均均匀匀分分布布的的微微小小气气泡泡,从而改善其和和易易性性,提提高高提提高高混混凝凝土土抗抗冻
17、冻性性能能与与耐耐久久性性的外加剂。这些微小气泡在混凝土硬化时仍能保留,它们对水转化成冰时产生的体积膨胀起缓缓冲冲作作用用,因而可显著提高混凝土的抗抗冻冻融融性性。延长混凝土的使用寿命使用寿命,增加混凝土的耐久性耐久性。引入的大量的微小气泡对水泥颗粒及其骨料颗粒具有浮浮托托、隔离及隔离及“滚珠滚珠”作用,因而引气剂具有一定的减水作用。第33页,此课件共66页哦336.3.16.3.1松香皂和松香热聚物类引气剂松香皂和松香热聚物类引气剂松香的主要成分是松香酸,其结构为松香与氢氧化钠经皂化反应即生成松香皂松香皂。松香热聚物是松香与苯苯酚酚在浓硫酸存在下发生缩合聚合作用生成的大分子量化合物,再经氢氧
18、化钠处理得到的产物。松香热聚物引气剂比松香皂引气剂有更好的性能。第34页,此课件共66页哦346.3.2 6.3.2 合成洗涤剂类引气剂合成洗涤剂类引气剂用作引气剂使用的合成洗涤剂主要是聚聚乙乙二二醇醇型型的非离子表面活性剂和烷基苯磺酸烷基苯磺酸类阴离子表面活性剂。第35页,此课件共66页哦356.3.3 引气剂的作用原理引气剂的作用原理()气泡的形成与稳定性?泡沫的形成过程,实际上就是一种抵抗溶液表面张力和溶液粘滞力而使表面积增大的过程。起泡体系的表面张力低起泡的必要条件是使起泡体系具有表表面面弹弹性性,膜弹性越大则越有利于泡沫的形成。表面活性剂溶液在CMCCMC值左右值左右可达到最大起泡能
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