混凝土外加剂gb8076-演示教学.ppt
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1、混凝土外加剂GB8076-2008一、外加剂定义1、定义:、定义:混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入,用以改善混凝土性能的物质,掺量不大于水泥质量的5%(特殊性况除外)。外加剂主要用来改善新拌混凝土性能和提高硬化混凝土性能。2、分类:、分类:1 1)改善混凝土拌合物流变性能)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂;(各种减水剂、引气剂和泵送剂等)2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂;(包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等)3)改善混凝土耐久性的外加剂;(包括引气剂、防水剂和阻锈剂等)4)改善混凝土其他性能的外加剂;(包括加气剂、膨胀剂、防冻剂等)二、外加剂名称及定义普通减水剂:普通减水剂是一种能保持混
2、凝土坍落度普通减水剂:普通减水剂是一种能保持混凝土坍落度一致的条件下一致的条件下减少拌合用水量减少拌合用水量的外加剂。的外加剂。高效减水剂:高效减水剂是一种能保持混凝土坍落度高效减水剂:高效减水剂是一种能保持混凝土坍落度一致的条件下一致的条件下大幅度减少拌合用水量大幅度减少拌合用水量的外加剂。的外加剂。高性能减水剂:比高效减水剂具有高性能减水剂:比高效减水剂具有更高减水率更高减水率、更好更好坍落度保持性能坍落度保持性能、较小干燥收缩较小干燥收缩,且,且具有一定引气性具有一定引气性能能的减水剂。的减水剂。早强剂:早强剂是一种早强剂:早强剂是一种加速加速混凝土混凝土早期强度发展早期强度发展的外的外
3、加剂。加剂。缓凝剂:缓凝剂是一种缓凝剂:缓凝剂是一种延长延长混凝土凝结时间的外加剂。混凝土凝结时间的外加剂。引气剂:引气剂是一种在搅拌混凝土过程中能引入大量引气剂:引气剂是一种在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布均匀分布、稳定稳定而而封闭封闭的的微小气泡微小气泡的外加剂。的外加剂。防冻剂:防冻剂是一种能使混凝土在防冻剂:防冻剂是一种能使混凝土在负温下负温下硬化,并在硬化,并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。规定养护条件下达到预期性能的外加剂。速凝剂:速凝剂是一种能使混凝土速凝剂:速凝剂是一种能使混凝土迅速凝结硬化迅速凝结硬化的外加的外加剂。剂。防水剂(抗渗剂):防水剂是一种能防水剂(抗渗剂
4、):防水剂是一种能降低降低砂浆、混凝土砂浆、混凝土在静水压力下的在静水压力下的透水性透水性的外加剂。的外加剂。保水剂:保水剂是一种能使混凝土或砂浆的泌水量减少,保水剂:保水剂是一种能使混凝土或砂浆的泌水量减少,防止离析防止离析,增强可塑性及和易性增强可塑性及和易性,从而减少水分损失的,从而减少水分损失的外加剂。外加剂。泵送剂:泵送剂是一种能改善混凝土拌合物泵送剂:泵送剂是一种能改善混凝土拌合物泵送泵送性能性能的外加剂。的外加剂。膨胀剂:膨胀剂是一种能使混凝土产生膨胀剂:膨胀剂是一种能使混凝土产生一定体积一定体积膨胀膨胀的外加剂。的外加剂。灌浆剂:灌浆剂是一种能改灌浆料的浇注性能,灌浆剂:灌浆剂
5、是一种能改灌浆料的浇注性能,对对流动性、膨胀、体积稳定性、泌水离析流动性、膨胀、体积稳定性、泌水离析等一种等一种或多种性能有影响的外加剂。或多种性能有影响的外加剂。阻锈剂:阻锈剂是一种能抑制或减轻混凝土中钢阻锈剂:阻锈剂是一种能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属筋或其它预埋金属锈蚀锈蚀的外加剂。的外加剂。三、混凝土减水剂 混凝土减水剂是混凝土所有外加剂中使用最广泛、能改善混凝土多种性能的外加剂。当减水剂加入混凝土中,在保持流动性不变的情况下能减少混凝土的单位体积内的用水量。这是混凝土外加剂的基本性质。高效减水剂的减水率在12%以上,铁路上对高性能混凝土中使用的聚羧酸高性能减水剂减水率要求达到
6、25%及其以上,高效减水剂的减水率大于等于20%。减水剂的发展历史减水剂的发展历史减水剂的发展历史减水剂的发展历史20202020世世世世纪纪纪纪30303030年年年年代代代代初初初初,美美美美国国国国、英英英英国国国国、日日日日本本本本等等等等已已已已经经经经在在在在公公公公路路路路、隧隧隧隧道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。目目目目前前前前国国国国外外外外对对对对萘萘萘萘系系系系、三三三三聚聚聚聚氰氰氰氰胺胺胺胺系系系系等等等等高高高高效效效效减减减减水水水水剂剂
7、剂剂的的的的研研研研究究究究和和和和应应应应用用用用已日趋完善,已日趋完善,已日趋完善,已日趋完善,我我我我国国国国在在在在80808080年年年年代代代代,典典典典型型型型的的的的三三三三类类类类高高高高效效效效减减减减水水水水剂剂剂剂,即即即即萘萘萘萘系系系系、多多多多环环环环芳芳芳芳烃烃烃烃和和和和三三三三聚聚聚聚氰氰氰氰胺胺胺胺减减减减水水水水剂剂剂剂都都都都相相相相继继继继研研研研制制制制成成成成功功功功并并并并投投投投人人人人使使使使用用用用。现现现现把把把把目目目目光转向了新型的聚羧酸盐系高效减水剂。光转向了新型的聚羧酸盐系高效减水剂。光转向了新型的聚羧酸盐系高效减水剂。光转向了
8、新型的聚羧酸盐系高效减水剂。聚聚聚聚羧羧羧羧酸酸酸酸盐盐盐盐系系系系高高高高效效效效减减减减水水水水剂剂剂剂是是是是直直直直接接接接用用用用有有有有机机机机化化化化工工工工原原原原料料料料通通通通过过过过接接接接枝枝枝枝共共共共聚聚聚聚反反反反应应应应合合合合成成成成的的的的高高高高分分分分子子子子表表表表面面面面活活活活性性性性剂剂剂剂,它它它它不不不不仅仅仅仅能能能能吸吸吸吸附附附附在在在在水水水水泥泥泥泥颗颗颗颗粒粒粒粒表表表表面面面面上上上上,使使使使水水水水泥泥泥泥颗颗颗颗粒粒粒粒表表表表面面面面带带带带电电电电而而而而互互互互相相相相排排排排斥斥斥斥,而而而而且且且且还还还还因因因
9、因具具具具有有有有支支支支链链链链的的的的位位位位阻阻阻阻作作作作用用用用,从从从从而而而而对对对对水水水水泥泥泥泥分分分分散散散散的的的的作作作作用用用用更更更更强强强强、更更更更持持持持久久久久。因因因因此此此此,聚聚聚聚羧羧羧羧酸酸酸酸盐盐盐盐系系系系减减减减水水水水剂剂剂剂被被被被认认认认为为为为是是是是目目目目前前前前最最最最高高高高效效效效的的的的新新新新一一一一代代代代减减减减水剂。水剂。水剂。水剂。高效减水剂的种类和特点 萘系减水剂其生产原料来自煤焦油,为含单环、多环或杂环芳烃并其生产原料来自煤焦油,为含单环、多环或杂环芳烃并带有极性磺酸基团的聚合物电解质,相对分子质量在带有极
10、性磺酸基团的聚合物电解质,相对分子质量在150010000150010000的范围内。的范围内。由于萘系减水剂由于萘系减水剂(磺酸甲醛缩合物磺酸甲醛缩合物)生产工艺成熟、生产工艺成熟、原料供应稳定且产量大、性能优良稳定,故应用范围广。原料供应稳定且产量大、性能优良稳定,故应用范围广。萘系高效减水剂根据萘系高效减水剂根据硫酸钠含量硫酸钠含量不同分为高浓型和低浓不同分为高浓型和低浓型两种,高浓型硫酸钠含量一般在型两种,高浓型硫酸钠含量一般在5%5%左右(以干粉计,左右(以干粉计,下同),而低浓型在下同),而低浓型在20%20%左右。左右。氨基磺酸盐系减水剂 氨基磺酸盐系减水剂一般是在一定温度条件下
11、,以对氨基苯磺酸、苯酚、甲醛为主要原料缩合而成,也可以联苯酚及尿素为原料加成缩合。氨基磺酸盐系减水剂是氨基磺酸盐系减水剂是一种非引气可溶性树脂减水剂一种非引气可溶性树脂减水剂,生产工艺较萘系减水剂简单。氨基磺酸盐系高效减水生产工艺较萘系减水剂简单。氨基磺酸盐系高效减水剂减水率高,坍落度损失较小,混凝土抗渗性、耐久剂减水率高,坍落度损失较小,混凝土抗渗性、耐久性好。性好。氨基磺酸盐系减水剂对水泥较敏感,过量时容氨基磺酸盐系减水剂对水泥较敏感,过量时容易引发泌水易引发泌水。它与萘系减水剂复合使用有较好的效果,。它与萘系减水剂复合使用有较好的效果,特别是在防止混凝土坍落度损失过快方面有较好的作特别是
12、在防止混凝土坍落度损失过快方面有较好的作用。用。聚氰胺系高效减水剂聚氰胺系高效减水剂三聚氰胺系高效减水剂三聚氰胺系高效减水剂(俗称蜜胺减水剂俗称蜜胺减水剂),化学,化学名称为磺化三聚氰胺甲醛树脂名称为磺化三聚氰胺甲醛树脂。该类减水剂实际上是一种该类减水剂实际上是一种阴离子型高分子表面活阴离子型高分子表面活性剂性剂,具有,具有无毒、高效无毒、高效的特点,特别适合高强、的特点,特别适合高强、超高强混凝土及以蒸养工艺成型的预制混凝土构超高强混凝土及以蒸养工艺成型的预制混凝土构件。研究结果表明,磺化三聚氰胺甲醛树脂减水件。研究结果表明,磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂对混凝土性能的影响与其相对分子质量及磺化
13、剂对混凝土性能的影响与其相对分子质量及磺化程度有密切关系,而分子中的程度有密切关系,而分子中的-S03-S03基团基团是其具有是其具有表面活性及许多其它重要性能的最主要原因,因表面活性及许多其它重要性能的最主要原因,因此提高树脂此提高树脂磺化度磺化度可显著增强其表面活性。可显著增强其表面活性。羧酸盐系高效减水剂 该分子结构为梳型的聚羧酸盐系减水剂可由带该分子结构为梳型的聚羧酸盐系减水剂可由带羧酸盐基羧酸盐基(-(-COOMe),COOMe),磺酸盐基磺酸盐基(-S0(-S03 3 Me)Me)、聚氧化乙烯侧链基的、聚氧化乙烯侧链基的烯类烯类单体单体按一定比例在水溶液中共聚而成,其特点是在其主链
14、按一定比例在水溶液中共聚而成,其特点是在其主链上带有上带有多个极性较强的活性基团多个极性较强的活性基团,同时侧链上则带有较多,同时侧链上则带有较多的分子链较长的的分子链较长的亲水性活性基团亲水性活性基团。有以下几个特点:有以下几个特点:(1)(1)低掺量低掺量(质量分数为质量分数为0.2%-0.5%)0.2%-0.5%)而而分散性能好分散性能好;(2(2)经时坍落度损失小经时坍落度损失小,90 min90 min内坍落度基本无损失;内坍落度基本无损失;(3)(3)在相同流动度下比较时,可以在相同流动度下比较时,可以延缓水泥的凝结延缓水泥的凝结;(4)(4)分子结构上自由度大,制造技术上可控制的
15、参数多,分子结构上自由度大,制造技术上可控制的参数多,高高性能化的潜力大性能化的潜力大;(5)(5)合成中不使用甲醛,因而对环境合成中不使用甲醛,因而对环境不造成污染不造成污染;(6)(6)与水泥和其它种类的混凝土外加剂与水泥和其它种类的混凝土外加剂相容性好相容性好;(7)(7)使用聚羧酸盐类减水剂,使用聚羧酸盐类减水剂,可用更多的矿渣或粉煤灰取代可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥水泥,从而降低成本。,从而降低成本。减水剂的功能:在不减少水泥、用水量的情况下,改善新拌混凝土的工在不减少水泥、用水量的情况下,改善新拌混凝土的工作度,提高混凝土的流动性;作度,提高混凝土的流动性;在保持一定工作度下,减
16、少水泥、用水量,提高混凝土在保持一定工作度下,减少水泥、用水量,提高混凝土的强度;的强度;在保持一定强度情况下,减少单位体积混凝土的水泥用在保持一定强度情况下,减少单位体积混凝土的水泥用量,节约水泥;量,节约水泥;改善混凝土拌合物的可泵性以及混凝土的其它物理力学改善混凝土拌合物的可泵性以及混凝土的其它物理力学性能。性能。当混凝土中掺人高效减水剂后,可以显著降低水灰比,并当混凝土中掺人高效减水剂后,可以显著降低水灰比,并且保持混凝土较好的流动性。且保持混凝土较好的流动性。通常而言,高效减水剂的减水率可达通常而言,高效减水剂的减水率可达20%(20%(质量分数,下同质量分数,下同)左右,而普通减水
17、剂的减水率为左右,而普通减水剂的减水率为10%10%左右。左右。四、减水剂对混凝土性能的作用机理 一般认为减水剂能够产生减水作用主要是由于减水剂的一般认为减水剂能够产生减水作用主要是由于减水剂的吸附吸附和分散作用和分散作用所致。研究混凝土中水泥硬化过程可以发现,水所致。研究混凝土中水泥硬化过程可以发现,水泥在加水搅拌的过程中,由于水泥矿物中含有带不同电荷的泥在加水搅拌的过程中,由于水泥矿物中含有带不同电荷的组分,组分,而正负电荷的相互吸引将导致混凝土产生絮凝结构而正负电荷的相互吸引将导致混凝土产生絮凝结构(如图)(如图)。絮凝结构也可能是由于水泥颗粒在溶液中的热运。絮凝结构也可能是由于水泥颗粒
18、在溶液中的热运动致使其在某些边棱角处互相碰撞、相互吸引而形成。由于动致使其在某些边棱角处互相碰撞、相互吸引而形成。由于在絮凝结构中包裹着很多拌合水,因而无法提供较多的水用在絮凝结构中包裹着很多拌合水,因而无法提供较多的水用于润滑水泥颗粒,所以降低了新拌混凝土的和易性。于润滑水泥颗粒,所以降低了新拌混凝土的和易性。因此,在施工中为了较好地润滑水泥颗粒,并达到分散的目因此,在施工中为了较好地润滑水泥颗粒,并达到分散的目的,就必须在拌合时相应地增加用水量,而这种用量的水远的,就必须在拌合时相应地增加用水量,而这种用量的水远远超过水泥水化所需的水,从而导致水泥石结构中形成孔隙,远超过水泥水化所需的水,
19、从而导致水泥石结构中形成孔隙,致使其物理力学性能下降,从而留下缺陷,加速了混凝土因致使其物理力学性能下降,从而留下缺陷,加速了混凝土因各种外界环境条件的作用而劣化,导致耐久性性能下降。各种外界环境条件的作用而劣化,导致耐久性性能下降。加加入混凝土减水剂就是将这些多余的水分释放出来,使之用于入混凝土减水剂就是将这些多余的水分释放出来,使之用于润滑水粒颗粒,减少拌合水用量,因而提高混凝土物理力学润滑水粒颗粒,减少拌合水用量,因而提高混凝土物理力学性能和耐久性性能。性能和耐久性性能。混凝土中掺人减水剂后,可在保持水灰比不变的情况下增加混凝土中掺人减水剂后,可在保持水灰比不变的情况下增加流动性。普通减
20、水剂在保持水泥用量不变的情况下,流动性。普通减水剂在保持水泥用量不变的情况下,使新拌使新拌混凝土坍落度增大混凝土坍落度增大10cm10cm以上,高效减水剂可配制出坍落度达以上,高效减水剂可配制出坍落度达到到25cm25cm的混凝土。的混凝土。减水剂除了有吸附分散作用外,还有减水剂除了有吸附分散作用外,还有湿润和润滑作用湿润和润滑作用。水泥。水泥加水拌合后,水泥颗粒表面被水所湿润,而这种湿润状况对加水拌合后,水泥颗粒表面被水所湿润,而这种湿润状况对新拌混凝土的性能影响甚大。湿润作用不但能使水泥颗粒有新拌混凝土的性能影响甚大。湿润作用不但能使水泥颗粒有效地分散,亦会增加水泥颗粒的水化面积,影响水泥
21、的水化效地分散,亦会增加水泥颗粒的水化面积,影响水泥的水化速率。速率。减水剂中的极性憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面上,减水剂中的极性憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面上,而亲水基团向外定向排列而亲水基团向外定向排列。亲水基团很容易和水分子以氢键。亲水基团很容易和水分子以氢键形式结合。当水泥颗粒吸附足够的减水剂分子后,借助于磺形式结合。当水泥颗粒吸附足够的减水剂分子后,借助于磺酸基团负离子与水分子中氢键的缔合,水泥颗粒表面便形成酸基团负离子与水分子中氢键的缔合,水泥颗粒表面便形成一层稳定的溶剂化水膜,颗粒之间因这层水膜的隔离而得到一层稳定的溶剂化水膜,颗粒之间因这层水膜的隔离而得到润滑,相对滑移更容
22、易。由于减水剂是极性分子,吸附在水润滑,相对滑移更容易。由于减水剂是极性分子,吸附在水泥颗粒表面,向外带相同的电荷,而向内则带另一种极性的泥颗粒表面,向外带相同的电荷,而向内则带另一种极性的相同电荷,故形成双电层。由于水泥颗粒表面均带相同的电相同电荷,故形成双电层。由于水泥颗粒表面均带相同的电荷,从则由于荷,从则由于静电相斥作用而分散静电相斥作用而分散。由于减水剂的吸附分散作用、湿润作用和润滑作用,因而只要使用少量的水就能容易地将混凝土拌合均匀,从而改善了新拌混凝土的流动性。以上所介绍的就是减水剂的一种减水机理,以上所介绍的就是减水剂的一种减水机理,即静电斥力的解释即静电斥力的解释。但是,作为
23、高效减水剂,特别是聚羧酸盐类高效减水剂,由于但是,作为高效减水剂,特别是聚羧酸盐类高效减水剂,由于侧链结构复杂,因此只用一种静电斥力的机理,并不能为何减侧链结构复杂,因此只用一种静电斥力的机理,并不能为何减水效果更好,坍落度更大的问题。该类减水剂结构呈水效果更好,坍落度更大的问题。该类减水剂结构呈梳形梳形,主主链上带有多个活性基团,并且极性较强,还有较强的亲水性的链上带有多个活性基团,并且极性较强,还有较强的亲水性的基团。基团。有人对氨基磺酸盐系有人对氨基磺酸盐系(SNF)(SNF)和聚竣酸盐系和聚竣酸盐系(PC)(PC)高效减水剂高效减水剂进行了比较,结果表明,在水泥品种和水灰比均相同的条件
24、下,进行了比较,结果表明,在水泥品种和水灰比均相同的条件下,当当SNFSNF和和PCPC高效减水剂掺量相同时,水泥粒子对高效减水剂掺量相同时,水泥粒子对PCPC的吸附量以的吸附量以及掺及掺PCPC水泥浆的流动性都大大高于掺水泥浆的流动性都大大高于掺SNFSNF系统的对应值。系统的对应值。但掺但掺PCPC系统的双电层系统的双电层电位绝对值却比掺电位绝对值却比掺SNFSNF系统的低得多系统的低得多(电电位是负值,它的绝对值越大,颗粒之间的静电斥力越大),这位是负值,它的绝对值越大,颗粒之间的静电斥力越大),这与静电斥力理论是矛盾的。这也证明与静电斥力理论是矛盾的。这也证明PCPC发挥分散作用的主导
25、因发挥分散作用的主导因素并非仅是静电斥力,而是由减水剂本身大分子链及其支链所素并非仅是静电斥力,而是由减水剂本身大分子链及其支链所引起的空间位阻效应。这就是高效减水剂的引起的空间位阻效应。这就是高效减水剂的空间位阻解释。解释。静电斥力理论静电斥力理论适用于解释分子中含有一S03基团的高效减水剂,如萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂等,而空间位阻效应空间位阻效应则适用于聚羧酸盐系高效减水剂。具有大分子吸附层的球形粒子在相互靠近时,颗粒之间的范德华力(分子引力)是决定体系位能的主要因素。当水泥颗粒表面吸附层的厚度增加时,有利于水泥颗粒的分散。聚羧酸盐系减水剂分子中含有较多较长的支链,当它们吸附在水泥颗粒
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