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1、混凝土减水剂,减水剂,定义：减水剂是指在保持混凝土稠度不变的条件下，具有减水增强作用的外加剂。,分类：按作用效果可分为：普通减水剂和高效减水剂。按凝结时间可分为：标准型、早强型、缓凝型按主要化学成分可分为：木质素磺酸盐系；多环芳香族磺酸盐系；水溶性树脂磺酸盐系；糖蜜类、腐植酸盐和复合型减水剂等。,减水剂,主要作用：(1)提高流动性 在水灰比不变情况下，混凝土塌落度可增大100-200mm，明显提高混凝土流动性，且不影响混凝土的强度，泵送混凝土及其他大流动性混凝土均需加入高效减水剂。(2)提高混凝土的强度 在保持流动性及水泥用量不变的情况下，可减少拌合水量10%-20%，从而降低了水灰比，使混凝
2、土强度提高15%-20%，特别是早期强度提高更为显著。掺入高效减水剂是制备早强，高强，高性能混凝土的技术措施之一。,减水剂,(3)节约水泥 在保持水灰比不变的条件下，可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10%-15%，且有利于降低工程成本。(4)改善混凝土的耐久性 由于减水剂的掺入，显著改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性降低，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及防锈蚀能力。此外，掺用减水剂后，还可以改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度，防止因内外温差而引起的裂缝。,减水剂的作用机理,减水
3、剂的主要成分是阴离子表面活性剂。之所以选用阴离子表面活性剂，是由于阴离子表面活性剂的生产和应用相对广泛，生产成本较低，也对水泥具有比较好的减水效果。混凝土减水剂并不与水泥起化学反应，是通过对新拌混凝土的塑化作用起作用的，下面我们主要分析下减水剂的作用机理。,一、吸附分散作用,水泥在加水搅拌过程中，会产生一些絮凝状结构，如图所示：,从上图我们可以看到，大量拌合水被絮凝状结构体包裹在内部，不能为浆体的流动性做出贡献，导致普通混凝土为获得一定用水量必须增加用水量，这将无疑降低混凝土的其它性能，如强度降低、收缩开裂的危害增大、抗渗性变差、耐久性降低。因此，为了我们需要通过某种方法来释放这些被包裹的自由
4、水，使得其做出应该的贡献，从而改善混凝土的性能。,掺入一定减水剂后，情况就不同了。减水剂的憎水基团会定向吸附在水泥颗粒的表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子吸附膜。,从上图我们可以看出，由于减水剂在水泥颗粒表面的定向吸附，使水泥颗粒表面带有相同符号的电荷（负电荷），一方面在电性斥力的作用下，水泥颗粒体系处于相对稳定的悬浮状态；另外减水剂的加入还将促使水泥初期形成的絮凝状结构解体，从而释放出自由水，达到减水的效果。同时，在水泥颗粒表面形成的溶剂化水膜对水泥浆体所起的空间立体保护效应也是保证体系稳定存在的原因。,润湿作用,水泥加水搅拌后，其颗粒表面被水润湿，润湿的状况对新拌混凝土的性质影
5、响很大。水泥颗粒表面存在很多毛细管，水分向毛细管内部渗透的程度取决于毛细管半径和水对水泥表面的润湿角。在加入减水剂的体系中，水溶液对水泥的润湿角减小，则能增加水向水泥颗粒表面毛细孔内的渗透作用，这样会增大水泥颗粒初始的水化面积，从而起到润湿作用。,润滑作用,水泥颗粒表面溶剂化水膜的形成减水剂分子在水泥浆体结构中电离后定向吸附于水泥颗粒表面，呈极性的亲水基团指向水溶液，易和水分子以氢键的方式缔合，从而形成一层稳定的溶剂化水膜，不仅对水泥颗粒起空间立体保护作用，而且增加了水泥颗粒之间相互润滑的能力，也就是起到润滑总用。,极性微气泡的引入减水剂属于阴离子型表面活性剂，掺入水泥浆体系后使水泥的表面自由
6、能降低，也同时降低了溶液的表面张力，因而在搅拌过程中，往往会引入一定量微小的气泡。减水剂分子被定向吸附在气泡膜上，憎水基团指向空气、亲水基团指向水溶液的单分子或者多分子吸附膜。由于减水剂分子的亲水基一端因电离带有一定量的相同电荷，因此气泡液膜上也带有相同的电荷。这样，水泥与水泥、水泥与微气泡、微气泡与微气泡之间由于排斥作用表现为较好的分散作用。而且对于水泥颗粒来说，极性微气泡的存在，相当于“滚珠轴承”，增加了润滑动力。,减水剂作用机理的总结,由于减水剂所起的吸附分散、润湿、润滑作用，只要能使较少量的水就可以很容易地将混凝土拌合均匀，使新拌混凝土的和易性得到明显的改善，这就是减水剂的减水机理。当
7、然了，不同系列的减水剂，作用机理不完全相同，新一代的聚羧酸减水剂由于分子结构的特殊性（梳型），空间位阻起到的作用更大。,普通减水剂,普通减水剂：在混凝土塌落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂（一般减水率8%）。在目前普通减水中，使用最广泛的是木质素磺酸盐，其次是多元醇类，如糖蜜，糖化钙，淀粉水解物等。木质素磺酸盐系减水剂根据其所带阳离子不同，有木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）、木质素磺酸镁（木镁）等。其中木钙减水剂（又称M型减水剂）使用较多。木钙减水剂的掺量，一般为水泥质量的0.2%-0.3%,木质素磺酸盐系减水剂,木质素磺酸盐减水剂是亚硫酸法生产纸浆的副产品。木材与亚硫酸
8、钠一起在高温高压下蒸煮后，将纤维素与木质素分离，纤维素浆用于造纸、生产人造丝等。剩下的木质素磺酸盐废液经发酵脱糖，提取酒精后的废液（亚硫酸盐酒槽废液），经浓缩喷雾干燥，即得到棕色粉状的木质素磺酸钙,木质素磺酸盐系减水剂,作用机理：1 分散作用：木质素磺酸盐是阴离子型高分子表面活性剂，具有半胶体质，能在界面上的分子层吸附。木质素磺酸盐掺入水泥浆中，离解成大分子阴离子和金属阳离子（如钠离子，钙离子）。呈现较强的表面活性的大分子阴离子吸附在水泥粒子的表面上，使水泥粒子带负电荷，由于相同电荷相互排斥使水泥粒子分散。同时，由于木质素磺酸盐是亲水性的，吸附层在水泥粒子周围是溶剂化的膜也能阻障水泥凝聚（空间
9、障碍），因此使水泥粒子和二次凝聚粒子（占10%-30%）分散开来，释放出凝体中所含的水和空气，这样游离水增多，使水泥浆的流行性提高。,木质素磺酸盐系减水剂,作用机理：2 引气作用：木质素磺酸盐由于能降低气液表面张力，而具有一定的引起性（引气量2%-3%），微气泡的滚动和浮托作用改善了水泥浆的和易性。3 初期水化的抑制作用：木质素磺酸盐中除含有糖之外，本身的分子中含有缓凝集团羟基（-OH）和醚键（-O-），因此有缓凝作用。这种对水泥初期水化的抑制作用使化学结合水减少，而相对的游离水增多，使水泥浆流动性提高。,木质素磺酸盐系减水剂,作用效果：当保持水泥用量和混凝土塌落度不变时，其减水率为10%-1
10、5%，混凝土28天强度提高10%-20%；若保持混凝土的抗压强度和塌落度不变，可节省水泥用量10%左右；如保持混凝土的配合比不变，则可提高混凝土塌落度80-100mm,木质素磺酸盐系减水剂,新拌混凝土性能：(1)流动性：掺木质素磺酸盐减水剂在保持水灰比不变的情况下，可使拌合物的塌落度增加6-8cm。一般来说，混凝土中掺减水剂会引起较快的塌落度损失。但即使如此，在搅拌和浇筑的间隔时不长（30min）时还是有益的。当较高温度时塌落度损失较大，当用高碱水泥时尤甚。,用后掺法，即混凝土搅拌几分钟后再加入外加剂可减少塌落度损失，这样可防止C3A组分最初水化引起的过量吸附。,木质素磺酸盐系减水剂,新拌混凝
11、土性能：(2)引气性：掺木质素磺酸盐减水剂使混凝土含气量达到2%-3%，而达不到引气混凝土含气量（4%6%）。因此他不是典型引气剂，典型引气剂掺量低得多（0.002%-0.006%）。将木质素磺酸盐与引气剂按一定比例配合就可得到引气减水剂。加消泡剂磷酸三丁酯可减少木质磺酸盐的引气作用。,（3）泌水性和离析性掺木质素磺酸盐减水剂能减少单位用水量，并能引起适量的气泡，故能提高拌合物的稳定性和均匀性，减少泌水和离析，防止初期收缩和龟裂等缺点。,木钙对混凝土泌水的影响,木质素磺酸盐系减水剂,新拌混凝土性能：(2)水化放热,由图可知：在12h内，掺木钠的水化放热速率最低。木质素磺酸盐对水泥水化的延缓作用
12、主要是分子结构决定的，与其中含糖没有多大的关系。,木钙对水化放热速率的影响,木质素磺酸盐减水剂能显著降低水化放热速率，控制水化放热量，因此可防止混凝土产生温度应力裂缝，这对大体积混凝土施工是十分有利的。,木质素磺酸盐系减水剂,适用范围：木钙减水剂可用于一般混凝土工程，尤其适用于大规模、大体积浇筑、滑膜施工、泵送混凝土及夏季施工等。木钙减水剂不宜单独用于冬季施工，在日最低气温低于5时，应与早强剂或早强剂、防冻剂复合使用。木钙减水剂也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土。,高效减水剂,高效减水剂：在混凝土塌落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂（一般减水率12%-25%）。,20世纪
13、60年代初，国外市场出现了三种高效减水剂（或超塑化剂），它们是萘磺酸盐甲醛缩合物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。20世纪90年代初，高性能混凝土的研究和开发要求更高减水剂的超塑化剂，因此，以聚丙烯酸盐及其接枝共聚物为代表的聚羧酸盐系新型超塑化剂得到迅速发展。,聚羧酸盐系高效减水剂,超塑化剂：能使低水胶比的新拌混凝土的工作性保持一定时间周期，而不影响水泥体系的凝结和硬化的化学外加剂。同时，外加剂必须能与系统的其他成分相容，特别是和其他的化学外加剂相容。典型的超塑化剂不应该干扰控制凝结外加剂（缓凝剂、促凝剂）、混凝土引气外加剂和抗水冲击外加剂的作用。,聚羧酸盐系高效减水剂,优
14、点：（1）掺量低（0.2%-0.5%）而发挥高的分散性能；（2）保坍性好，90min内坍落度基本无损失；（3）在相同流动度下比较时，延缓凝结时间较少；（4）分子结构上自由度大，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大；（5）由于合成中不使用甲醛，因而对环境不造成污染；（6）与水泥和其他种类的混凝土外加剂相容性好；（7）使用聚羧酸类减水剂，可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，从而降低成本；,聚羧酸盐系高效减水剂,优点：（8）总碱含量低，与水泥的适应性较好；（9）低收缩，有一定的引气量；（10）主链合成的原料来源较广，单体通常有丙烯酸 甲基丙烯酸马来酸酐（甲基）丙烯酸乙酯 乙酸乙烯酯和烯丙基磺
15、酸钠等；（11）聚合途径多样化，如可利用共聚、接枝、嵌段等，其合成工艺相对较简单。,聚羧酸盐系高效减水剂,作用机理：1.静电斥力作用 水泥加水拌合后,由于水泥颗粒间存在引力作用会形成絮凝结构,使10%-30%的拌合水被包裹于其中,不能参与自由流动,失去润滑作用,影响混凝土拌合物的流动性。加入减水剂后,减水剂分子会定向吸附于水泥颗粒表面,其带有的阴离子活性基团（-SO3-、-COO-等）通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用紧紧地吸附在水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面形成双电层，水泥颗粒带上同种电荷,产生静电斥力,促使水泥颗粒相互分散,致使水泥的絮凝结构解体,释放出被包裹的水分,从而有效地增加
16、混凝土拌合物的流动性。,聚羧酸盐系高效减水剂,作用机理：2.空间位阻作用 减水剂分子中的长聚醚侧链具有亲水性,可以伸展于水溶液中,减水剂分子吸附于水泥颗粒表面后,会在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水立体层。当水泥颗粒相互靠近到达一定距离时,亲水立体层产生重叠,于是在水泥颗粒间产生空间位阻作用,阻碍水泥颗粒的凝聚,使混凝土的坍落度得到很好的保持。,聚羧酸盐系高效减水剂,作用机理：3.润滑作用 减水剂分子中带有极性亲水基,如-COOH、-OH、-NH2、-SO3H、(-O-R-)n等,这些基团通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用,为水泥颗粒提供分散性及流动性。减水剂具有的亲水作用,可使
17、水泥颗粒表面形成具有一定机械强度的溶剂化水膜,这不仅可以破坏水泥的絮凝结构,而且可以提高水泥颗粒表面的润湿性,为水泥颗粒与骨料颗粒间的相对运动提供润滑作用,使新拌混凝土和易性更好。另外,减水剂分子主链具有亲油性,减水剂的吸附可以降低水泥颗粒的固液界面能,降低体系总能量,提高分散体系的热力学稳定性,有利于水泥颗粒的分散。,聚羧酸盐系高效减水剂,作用机理：4.络合作用 钙离子能与聚羧酸减水剂中的羧基（-COOH）形成络合物，以钙配位化合物形式存在，钙离子还能以磺酸钙形式与外加剂结合，所以聚羧酸减水剂以钙离子为媒介吸附在水泥颗粒上。溶解到搅拌水中的钙离子被捕捉后，由于钙离子浓度降低，延缓Ca(OH)2结晶的形成，减少C-H-S的形成，延缓水泥的水化,对水泥有缓凝作用。,
