高效減水劑的作用機理.ppt

高效減水劑及其作用機理,王海峰,混凝土外加劑AdmixturesforConcrete,基本概念,外加劑在混凝土中加入除四種主要組分以外的其它外加材料。種類化學(xué)外加劑和礦物外加劑：礦物外加劑：摻加量在水泥質(zhì)量5%以上的稱為摻和料；化學(xué)外加劑：摻加量在水泥質(zhì)量5%以下的稱為外加劑。,學(xué)習(xí)要求掌握外加劑的重要種類；物理化學(xué)特征；作用機理；應(yīng)用及其負(fù)作用。,為什么要使用外加劑？,單純依靠調(diào)節(jié)水、水泥和骨料用量，難以解決下列技術(shù)問題用水量與良好和易性間的矛盾；施工操作對凝結(jié)時間、放熱速度、強度增長的要求；耐久性對低連通孔隙率的要求。外加劑是解決上述問題，改善混凝土性能，以滿足工程特殊要求的重要技術(shù)途徑；現(xiàn)在有7080以上的混凝土使用了外加劑；,外加劑的作用改善混凝土拌合物的和易性；調(diào)整砼凝結(jié)時間；控制強度增長；提高抗凍融、熱開裂、堿骨料膨脹、硫酸鹽侵蝕和鋼筋銹蝕等作用下的耐久性；節(jié)約水泥用量，降低成本；減少放熱速度，控制溫升。,1、減水劑WaterReducers,減水劑功能上能在和易性不變時，減少單位用水量；或在單位用水量不變時，能改善和易性；或二者都具備又不改變含氣量的外加劑。組成特點：碳?xì)浞肿渔溕蠋в杏H水性離子基團的表面活性物質(zhì)。種類：減水效果普通減水劑(也稱塑化劑，Plasticiser)；高效減水劑(也稱超塑化劑，Superplasticiser)。復(fù)合功能早強減水劑；緩凝減水劑；引氣減水劑。,普通減水劑Water-reducer,特點：一般含有雜質(zhì)；減水率較小，約10%；有一些副作用；主要品種木質(zhì)素磺酸鹽(木鈣，)副作用：引進氣泡多而大羥基羧酸及其鹽(如檸檬酸、葡萄糖酸鈉等)副作用：緩凝作用明顯，有引氣劑時會增大拌合物含氣量多元醇(如糖鈣等)；副作用：緩凝但不影響含氣量,高效減水劑High-rangeWater-reducer,特點：具有較高的分子量，純度較高；減水效率高，在摻量較小的條件下，可取得高效；副作用小。種類：改性木質(zhì)素磺酸鹽，較高分子量的純木質(zhì)素鹽；磺化密胺縮合樹脂，一般是鈉鹽；磺化萘甲醛縮合樹脂，一般也是萘磺酸鈉鹽；含有羧基和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸鈉、聚羧酸酯，聚醚等；,定義：高效減水劑是一種在砼坍落度基本相同的條件下能大幅度減少拌合水用量的外加劑，又稱超塑化劑。,1)減水劑的組成與分子結(jié)構(gòu)特點,減水劑都是表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)中含有親水的離子基團和碳?xì)浞肿渔?，其中：離子基團是酸根離子或氨基，如：SO3-、COO-、NH3+等；碳?xì)浞肿渔湥瑤в辛u基，如：烷烴基、芳香烴基等。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：,木質(zhì)素磺酸鹽的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元,2)減水劑的物理化學(xué)特征,可溶于水，能顯著降低水的表面張力；能吸附在固體表面，并在固體表面定向排列，形成表面吸附分子層，降低水固界面張力。,3）高效減水劑的作用機理,改性木質(zhì)素磺酸鹽、磺化密胺樹脂和萘磺酸鹽三種以靜電排斥作用為主；含有羧基和/或醚基的聚合物以空間位阻最重要，因為在其分子鏈結(jié)構(gòu)中，主鏈上含有高度密集的支鏈，形成“梳狀”大分子鏈；,作用機理,靜電斥力,空間位阻,潤滑作用,減水劑的作用機理,3.1）靜電斥力學(xué)說,主要適用于萘系、三聚氰胺系和改良的木質(zhì)素磺酸鹽。對水泥漿的分散作用吸附、靜電斥力（電位）和分散。,水泥拌水后的絮凝結(jié)構(gòu),減水劑作用簡圖,減水劑的作用模式,3.2）空間位阻學(xué)說,主要適用于以聚羧酸系減水劑為代表的第三代高性能減水劑。特點摻量低、減水率高、保坍性好、不離析和不泌水、收縮率低。一定的引氣性和輕微的緩凝性，環(huán)境友好性。,帶有聚氧化乙烯側(cè)鏈的梳狀聚合物長久保持工作性能的機理示意圖,聚羧酸大分子在水泥及其水化產(chǎn)物上的吸附形態(tài)主要以主鏈吸附而側(cè)鏈分散分布在液相中，呈梳狀柔性吸附成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有較高的空間位阻效應(yīng)。同時，側(cè)鏈上帶有的眾多親水活性基團使水泥顆粒與水的親和力增大，水泥顆粒表面溶劑化作用增強，水化膜增厚。其分散減水作用機理以空間位阻斥力為主，其次是水化膜潤滑作用和靜電斥力作用，同時還具有一定的引氣隔離“滾珠”效應(yīng)和降低固液界面能效應(yīng)。,聚羧酸脂系高效減水劑的作用機理(空間位阻),3.3）潤滑作用,高效減水劑的極性親水基團定向吸附于水泥顆粒表面，又以氫鍵形式與水分子締合，再加上水分子之間的氫鍵締合，構(gòu)成了水泥微粒表面的一層穩(wěn)定的水膜，阻止水泥顆粒間的直接接觸，增加了水泥顆粒間的滑動能力，起到潤滑作用，從而進一步提高漿體的流動性。,極性微氣泡及水膜所起潤滑作用示意圖,減水劑的作用過程,當(dāng)沒有減水劑時，水泥加水后，不能獲得均勻分散體系，由于下列原因而產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)，使得部分拌合水包含其中，不能貢獻給水泥漿的流動性：水具有高表面張力(氫鍵分子結(jié)構(gòu))水泥顆粒邊、角和表面正負(fù)電荷間的相互吸力當(dāng)減水劑加入到水泥漿中，吸附在水泥顆粒表面，離子基團朝向水，使水泥顆粒表面帶有幾毫伏的負(fù)電荷，引起水泥顆粒相互排斥，打破了絮凝結(jié)構(gòu)，釋放其包含的水，改善分散性靜電排斥作用；由于減水劑碳?xì)浞肿渔溕系臉O性基吸附水，形成吸附層包裹在水泥顆粒表面，產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，阻礙水泥顆粒的緊密接觸，阻止絮凝結(jié)構(gòu)的形成。,加減水劑前的絮凝結(jié)構(gòu),減水劑分子在水泥顆粒表面的吸附,加入減水劑后，絮凝結(jié)構(gòu)被打破,4）減水劑的作用效果,通過濕潤、潤滑、分散、塑化等作用，能使水泥漿變稀、混凝土拌和流動性增大，從而，取得下列效果：在保持用水量不變的條件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于澆注、成型密實；在保持坍落度不變的條件下，減少用水量，降低水灰比(水膠比)，提高混凝土強度和抗?jié)B性；在保持混凝土強度和和易性，在減少用水量的同時減少水泥用量。,當(dāng)水灰比一定時，混凝土拌合物的坍落度隨著減水劑摻量的增加而增大,當(dāng)坍落度恒定時，新拌混凝土的水灰比隨著減水劑摻量的增加而減小,減水劑分散水泥的機理,減水作用是通過改善水泥顆粒在水中的分散性而產(chǎn)生，顆粒的絮凝現(xiàn)象因而減少或防止，被束縛的水釋放作為顆粒之間的流動水。,（3）立體的位阻作用,（1）增加顆粒表面的電位,5）增強減水劑對水泥顆粒分散的途徑：,（2）增加液固相的親合力,6）減水劑與水泥的適用性,1、水泥礦物成分,2、水泥堿性和細(xì)度,3、石膏,4、減水劑自身因素,C3A含量越低，其適應(yīng)性越好。反之亦然。,摻量一樣的同種減水劑，堿性越高，流動性越差。水泥顆粒越細(xì)，所需的減水劑量越多。,二水、半水石膏和硬石膏的溶解度和溶解速度不同，在混合物中C3A和SO42-之間的平衡將影響減水劑的效果。,摻量和形態(tài)，如摻量過高會推遲強度增長和降低強度。,7）減水劑使用中的幾個注意的問題,減水劑水泥相容性問題混凝土拌合物坍落度損失問題,減水劑水泥的相容性與坍落度損失,相容性，過去稱“