《建筑化学品》PPT课件.ppt

1、第九章 建筑化学品,第一节 概述,第二节 减水剂,第三节 引气剂,第四节 调凝剂,第五节 混凝土其他添加剂,第六节 复合外加剂,第一节 概 述,1.1 混凝土外加剂概况 1.1.1 使用混凝土外加剂是一种技术和经济效应都十分有效的方法。 1.1.2 混凝土外加剂：指在混凝土拌和时或拌和前掺入的，掺量不大于水泥重量的5（特殊情况除外），并能对混凝土的正常性能按要求改性的工业品。 1.1.3 使用历史有半个世纪之久。最早使用的是氯化钙、石膏等，主要是提高早期强度和满足冬季施工要求。,1.2 混凝土外加剂的分类 1.2.1 混凝土外加剂按功能主要分为5类 a.改善新拌混凝土、砂浆和易性的外加剂，包括

2、各种减水剂、引气剂和泵送剂。 b.调节混凝土、砂浆和易性的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂。 c.调节混凝土、砂浆或净浆空气含量的外加剂。包括加气剂、消泡剂等。 d.改善混凝土耐久性的添加剂。如抗冻剂、防水剂。 e.提高混凝土特殊性能的外加剂。包括防锈剂、膨胀剂等。,1.2.2 根据外加剂的化学成分不同，外加剂可分为无机物和有机物类以及无机和有机复合物类。 1.2.3 研究和使用外加剂，一般考虑以下几个问题： 1.2.3.1 技术上符合实际需要 在混凝土中使用外加剂主要有以下作用： 改善和易性； 减少离析，降低泌水量，提高均质性； 减少或避免骨料沉淀； 调节初、终凝时间；, 改善泵送性；

3、 延缓和减少泵化热； 提高早期或后期强度； 调节变形能力； 补偿收缩或微膨胀； 减少干缩和徐变；, 提高混凝土和钢筋的粘结力； 阻止预埋金属的锈蚀作用； 提高抗冻融和防冻能力； 增强抗渗性和抗环境水化学侵蚀； 控制碱与活性骨料的膨胀反应。,1.2.3.2 有良好的经济效益 外加剂减少原材料（水泥、骨料）和能源（燃料、热能和电能）消耗上的收益。 以低值原料代替高值原料的收益。 外加剂改善施工条件带来的效益。 外加剂提高混凝土各项性能，如强度、耐久性等方面的收益。 1.2.3.3 在使用上是否方便可行,3 混凝土材料的基本性质 混凝土：是由胶结材料（无机的、有机的或无机有机复合的）、颗粒状集料及必

4、要时加入化学外加剂和矿物掺合料经合理调配的混合料，加水拌和后形成具有堆聚结构的复合材料。 3.1 混凝土材料的组成及硬化原理 组成：水泥、石、砂、水、外加剂。 3.1.1 水泥的凝结和硬化： 硅酸盐水泥主要由各种钙的化合物所组成，主要成分如下：,硅酸三钙 3CaOSiO2, 简写为C3S,含量37-60% 硅酸二钙 2CaOSiO2, 简写为C2S,含量15-37% 铝酸三钙 3CaOAl2O3, 简写为C3A,含量7-15% 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3, 简写为C4AF,含量10-18%,其中每种矿物成分单独与水作用时表现的特性不同。,凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的水泥浆，水

5、泥浆逐渐变稠失去塑性但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。 硬化：随后产生的强度并逐渐变成为坚硬的水泥石，这一过程称为“水泥的硬化”。 根据水化反应速度的变化和组织结构的形成特点，硅酸盐水泥的水化过程可分为四个阶段：初始反应期，休止（诱导）期，凝结期和硬化期。,3.1.2 集料 集料约占混凝土体积的70，因此，集料的性质对混凝土的性质有很大影响。集料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义。在技术上，集料存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和更高的耐久性；在经济上，它比水泥便宜的多，作为水泥浆廉价的填充材料，使混凝土材料成本低廉。 集料根据粒径可分为粗集料和细集料。,3.1.

6、3 混凝土拌和用水 混凝土拌和用水应采用可引用的自来水和清洁的天然水，不允许使用含有有机杂质的沼泽水，含有酸、盐的污水和工业废水。否则将影响水泥正常凝结与硬化。,第二节 减水剂,2.1 减水剂的定义和分类 2.1.1 减水剂定义：也称塑化剂，是指在不影响混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少，或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的工作性或同时有以上两种效果的外加剂。在保持混凝土拌合物有相同流动性及硬化混凝土有相似强度时，加入减水剂可减少水泥用量。,2.1.2 分类：普通减水剂、高效减水剂、引气减水剂、缓凝减水剂、早强减水剂等。 2.2 普通减水剂 木质素磺酸盐减水剂；羟基羧酸盐减水剂；

7、糖钙减水剂；腐植酸减水剂。 2.2.1 木质素磺酸盐减水剂 木质素的来源和结构 木质素可以通过植物原料经一系列化学处理得到,木质素磺酸盐是亚硫酸盐法生产化纤浆或纸浆后被分离的木质素磺酸盐。 其相对分子量范围在2000050000之间。由于磺化过程既有断链又有缩合，因此生成的木质素磺酸盐分子是一些分子量范围很宽的多聚物分散体。它的性质属于阴离子表面活性剂。 用于混凝土减水剂产量最大的是木质素磺酸钙，简称木钙或M剂。,M剂的生产可由纸浆废液，经生物发酵提取酒精后的残渣（酒糟）以石灰乳中和，过滤，喷雾干燥而得。若增加脱糖工序，即得脱糖木质素磺酸钙。 酒糟石灰乳碱性木质素磺酸钙过滤喷雾干燥木质素磺酸钙

8、减水剂 木质素磺酸盐生产的质量控制 水分：7 % 水不溶物： 2 % pH值：4.5-5.5 还原糖： 8 %,2.2.2 腐植酸减水剂 草炭烘干粉碎碱煮分离清液浓缩 (NaOH)（渣子） 磺化烘干磨细产品 （硫酸）,2.3 高效减水剂 萘系减水剂、蒽系减水剂、甲基萘系减水剂、古马隆系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、磺化煤焦油减水剂、脂肪酸系减水剂、丙烯酸接枝共聚物减水剂、聚羧酸系减水剂 2.3.1 萘系减水剂合成工艺 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，主要成分为萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物，属阴离子表面活性剂。早强非

9、引气型高效减水剂。,主要反应： 磺化反应 水解反应 缩合反应 中和反应,磺化（160165）,萘,浓硫酸,水解（120）,缩合（100105）,甲醛,硫酸,中和,石灰乳,碱液,过滤,CaSO4,液体产品,浓缩（50） 喷雾干燥,粉状产品,滤液,2.3.2 三聚氰胺系减水剂合成工艺 此类高效减水剂首先由德国研制成功，称为Melment。是由三聚氰胺、甲醛、亚硫酸氢钠（或焦亚硫酸钠）按摩尔比 1：3：1，在一定条件下缩聚而成，反应分为以下几步： 单体合成 单体磺化 单体缩聚,密胺树脂系减水剂对水泥的分散作用强，因而减水效果显著，可使混凝土各龄期的抗压强度有较大幅度的提高，如掺加1.5%的SM剂，混

10、凝土的减水率为24%，28天的抗压强度可提高40%左右。SM剂对蒸养适应性强，可配制早强，高强混凝土。由于密胺树脂系减水剂的掺量交其他减水剂大，生产成本也高，故在国内非特殊场合较少使用。,2.3.3 聚羧酸系减水剂 主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚，将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上，使其同时具有高效减水，控制塌落度损失和抗收缩，不影响水泥的凝结、硬化作用等作用。 聚羧酸系减水剂即使在低掺量时也能使混凝土具有高流动度，并且在低水灰比时也具有低粘度和坍落度保持性能。它与不同水泥之间有相对更好的相容性，是高强高流动性混凝土所不可缺少的材料。,日本生产厂家：花王，竹本油脂，NMB株式会社，藤

11、泽药品等。 我国的羧酸系减水剂是在2000年后才逐渐被人们认识和开始试验研究的。 清华大学： 李崇智，李永德，聚乙二醇，丙烯酸，丙烯基磺酸盐系列 复旦大学：胡建华 将聚乙二醇，马来酸酚，丙烯酸等合成含有羧基，羟基，磺酸基多官能团的共聚物。 山东省建筑科学研究院 郑国锋 乙烯基磺酸盐，丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯系列减水剂 南京化工大学 赵石林 利用马来酸酐分别于甲基丙烯酸，烯基磺酸盐进行了二元及三元共聚物的研制。,第一代：甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物 第二代：丙烯基醚共聚物 第三代：酰胺/酰亚胺型 第四代：聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链的新型高效减水剂,2.3.3.1制备原理及方法 制备 聚羧酸盐高效减水剂

12、是由带有磺酸根、羧酸根、羟基、醚键以及含有聚氧乙烯侧链的大分子化合物，在水溶液中通过自由基共聚合原理合成具有梳型结构的高分子表面活性剂。, 主要原料 甲基丙烯酸，丙烯酸，丙烯酸乙酯，丙烯酸羟乙酯，烯丙基磺酸钠，甲基丙烯酸甲酯，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸，甲氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯，乙氧基聚乙二醇丙烯酸酯，烯丙基醚等。 引发剂：过硫酸盐水性引发剂，过氧化苯甲酰，偶氮二异丁腈。 链转移剂：3-巯基丙酸，巯基乙酸，巯基乙醇，异丙醇。,3.3.3.2 聚羧酸盐高效减水剂的优点 3.3.3.3 聚羧酸盐高性能减水剂的作用原理 羧基充当缓凝成分 羧基、羟基、胺基、聚氧烷基等与水亲和力强的极性基团主要通

13、过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性，并通过减少水泥颗粒间摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性 聚羧酸分子链的空间阻碍作用 Zeta电位变化小。,2.4 减水剂的作用机理 2.4.1 减水剂分子在水泥颗粒表面形成单分子或多分子吸附膜 2.4.2 破坏絮凝结构 2.4.3 水泥石内部孔隙减少，水泥石致密，混凝土抗压强度显著提高 2.4.3 提高抗渗性和抗冻性 2.4.5 延缓水泥水化，使水泥水化更加完全,第三节 引气剂,加入引气剂的目的是提高混凝土的抗冻融性。 3.1 松香皂和松香热聚物类引气剂 3.1.1 松香的主要成分是松香酸，结构式

14、3.1.2 松香皂的制备工艺 松香与氢氧化钠经皂化反应即生成松香皂。 松香皂制备工艺简单，一般为现场自制。,3.1.3 松香热聚物的制备 松香热聚物是松香与苯酚在浓硫酸存在下发生缩聚反应生成的大分子量化合物再经氢氧化钠处理得到的产物。 其制备工艺是： 将松香粉、苯酚、浓硫酸顺序加入反应罐中，保持80左右温度反应6小时进行缩合聚合，其后加入氢氧化钠中和，最后将反应液倒出即得产品。,3.2 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乙二醇型的非离子表面活性剂和烷基苯磺酸类阴离子表面活性剂。聚乙二醇型非离子表面活性剂可由含有活泼氢原子的憎水原料如烷基酚，高级脂肪胺或脂肪酰胺等与环氧乙烷进

15、行加成反应制得。 烷基苯磺酸盐由苯环带有一个长链烷基苯用浓硫酸、发烟硫酸或液体三氧化硫为磺化剂磺化制得产品。,3.3 引气剂的作用原理 引气剂具有表面活性剂的结构，其界面活性作用发生在气液界面上。引气剂溶于水中，在气液界面上形成吸附，分子呈定向排列，极性基朝向水中，非极性基朝向空气，使溶液的表面张力下降。当引气剂形成吸附层后，它们相当于形成了一个膜层，由于引气剂分子间的引力使膜层具有一定的强度，再加上引气剂分子的水化作用，使形成的膜层加厚，气泡壁变厚，气泡更稳定，起到保护气泡作用。,3.4 引气剂对混凝土性质的影响 3.4.1 改善混凝土的和易性； 3.4.2 引气剂的加入，减少了能够自由移动

16、的水量，改善了混凝土的保水性，泌水率显著下降； 3.4.3 提高混凝土的抗冻性； 3.4.4 提高混凝土的抗渗性； 3.4.5 掺加引气剂的混凝土的弹性模量和抗压强度比不掺入的会有下降。,第四节 调凝剂,调凝剂是调节水泥凝结时间的外加剂。根据对混凝土凝结速度的影响不同，调凝剂可分为速凝剂，早强剂和缓凝剂。 4.1 速凝剂 速凝剂是减少混凝土或砂浆凝结时间的外加剂，它可以大大缩短混凝土的凝结时间，甚至可使混凝土在几分钟之内凝结。,速凝剂的主要化学成分是铝氧熟料（主要是NaAlO2）、石灰、碳酸铝、铝矾土等，其生产工艺为将各组分按照一定比例混合研细即得产品。根据产品的外形可分为粉状和液体产品。 4

17、.1.1 速凝剂的品种和作用机理 红星一型速凝剂 配方：铝氧熟料：20 氧化钙： 20 碳酸钠： 40 其它成分（硅酸二钙，硅酸钠，铁酸钠等） 20,728型速凝剂 配方：钒泥： 74.5 生石灰：11。0 铝氧熟料： 14.5 其中含主要化学成分为：Al2O3,CaO,SiO2,Fe2O3,K2O,NaO等。 掺入水泥重量的6的728型速凝剂 后，水泥净浆的初凝时间由7h降至2-3min,终凝时间由8h降至35min.,4.1.2 速凝剂对混凝土性质的影响 掺有速凝剂的混凝土，一般将导致水泥石后期强度偏低，同时混凝土的一系列力学性能如弹性模量、泊松比、抗剪强度、粘结力等均有所降低。 速凝剂一

18、般仅用于堵漏、修补等抢修工程。 掺有速凝剂的混凝土，其干缩值大、抗渗性差。,4.2 早强剂 早强剂是指掺入水泥砂浆中能加速混凝土硬化，提高混凝土强度（尤其是早期强度）的外加剂。 按化学成分早强剂可分为无机物系，有机物系以及复合早强剂。 早强剂主要品种如下： 氯酸盐、硫酸盐类、有机胺类、复合早强剂类,4.3 缓凝剂 缓凝剂是用来延缓混凝土的凝结时间，是新拌混凝土能在较长的时间内保持其塑性，以利于浇灌成型提高施工质量，或降低水化热。 按化学成分不同缓凝剂可分为无机物类和有机物类 4.3.1 有机物类缓凝剂 一般使用的有机类缓凝剂有羟基羧酸盐（如酒石酸、酒石酸钾钠、柠檬酸、水杨酸等。）多羟基碳水化合

19、物（如糖蜜、含氧有机酸、多元醇等。）,这类缓凝剂大多是一些表面活性剂，对水泥颗粒表面具有较强的活性作用，能改变水泥颗粒的表面性质。由于水泥颗粒表面的吸附作用，使水泥悬浮体的稳定程度提高并抑制水泥颗粒凝聚，因而延缓了水泥的水化和结构形成过程。表活剂除在水泥颗粒表面被吸附外，同样也能吸附在新相的晶体表面。这种作用必将阻止结构的形成过程和降低早期强度。整个体系中缓凝剂的掺量越大，其强度增加越慢。但对后期强度没有不良影响，还可增加后期强度。,4.3.2 几种有机缓凝剂的制备工艺 酒石酸（2，3二羟基丁二酸） 顺酐氧化法 以顺丁二酸酐为原料，在催化剂用量为0.5钨酸存在下，加入30H2O2为氧化剂进行反

20、应，反应温度为6070，反应时间为8h（回流时间为1h），反应液再经水解后，生成酒石酸，然后经冷却、结晶、过滤、干燥即得产品。 酒石为原料合成法, 乳酸（2羧基丙酸） 配方 大米 208份 硫酸 53份 生成工艺为：以大米为原料，糖化后接入乳酸菌种，在pH=5,温度为49条件下，发酵34天，经浓缩结晶后再用CaCO3中和，趁热过滤制得乳酸钙，然后用硫酸酸化后，进行复分解反应，再经过滤除去CaSO4沉淀，减压浓缩，趁热脱色得产品。, 柠檬酸（2羟基丙三羧酸） 配方： 白薯干粉 228份 硫酸（98）96份 CaCO3（工业品）104份 盐酸（32）70份 生产工艺采用深层发酵法。将浓度为12或1

21、6的白薯干粉作为发酵培养基，黑曲霉为菌种，发酵周期为120h，在发酵期间不断通入无菌空气，同时不断搅拌。发酵完毕过滤除去菌丝体及残存固体渣。滤液用CaCO3中和得柠檬酸钙沉淀，再以浓硫酸酸化，生成柠檬酸和硫酸钙。柠檬酸再经离子交换精制、浓缩、结晶而得产品。,4.3.2 无机类缓凝剂 无机类缓凝剂如硼砂、氧化锌、偏磷酸盐等，由于其缓凝作用不稳定，因此不常用。它们的作用机理是在水泥颗粒表面形成一层难溶性的薄膜，抑制水泥水化作用。各种磷酸盐一般都具有明显的缓凝作用，这可能是在水泥颗粒表面形成一层“难溶性”磷酸钙的缘故，因而阻碍了水泥的正常水化。,第五节 混凝土其它添加剂,5.1 膨胀剂 在混凝土或砂

22、浆中因化学反应而产生膨胀的外加剂称为膨胀剂。 5.1.1 膨胀剂的用途 配制补偿收缩混凝土砂浆，填充用膨胀混凝土砂浆和自应力混凝土砂浆。一般情况下，每1m混凝土收缩值为0.40.9mm。由此引起混凝土开裂、渗漏、钢筋锈蚀、预应力损失等不良后果。应用膨胀剂可产生一定的体积膨胀，克服上述收缩造成的缺点。,5.1.2 膨胀剂的几个品种 明矾石膨胀剂 由天然明矾石、无水石膏或二水石膏按比例配合，共同磨细而成。 硫铝酸钙类膨胀剂 由石灰石、铝质原料和石膏配成生料，煅烧，粉磨制得。其矿物组成主要是无水铝酸钙、无水石膏、游离石灰及少量C2S。, 石灰类膨胀剂 石灰类膨胀剂是利用CaO的水化反应，致使体积膨胀

23、。 铁屑膨胀剂 利用铁粒或铁粉在氧化剂触媒作用下，生成氧化铁和氢氧化铁等产物而使体积膨胀。 铝粉膨胀剂 铝粉与水泥反应，产生气体，使水泥浆的外观体积增大。,5.2 防水剂 防水剂是通过物理或化学作用减少混凝土中毛细管孔隙，或使毛细管孔壁呈现憎水性，从而降低静水压力下透水性的外加剂。常用的防水剂有氯化物金属盐类，金属皂类和硅酸钠类。 5.2.1 氯化物金属盐类防水剂 最常用的是氯化铁防水剂。 氯化铁防水剂有2种制备方法：一是利用轧钢时脱落下来的氧化铁皮；另一种是利用制造硫酸后的废硫铁矿渣。,5.2.2 金属皂类防水剂 金属皂类防水剂有水溶性和不溶性两类。 水溶性金属皂类防水剂有硬脂酸钾、硬脂酸钠

24、和硬脂酸铵三种。它们在混凝土中的作用是使其中的水泥颗粒和骨料颗粒周围形成很薄的憎水吸附层；并与水泥水化析出的氢氧化钙生成不溶的憎水性的硬脂酸钙填充孔隙。可溶性金属皂类有一定的引气和缓凝作用，混凝土强度略有降低。,不溶性金属皂类防水剂可分为油酸型防水剂和沥青质防水剂两种。前者一方面使毛细管孔道的壁上产生憎水效应，另一方面起到填塞水泥石孔隙的作用；后者是由低标号石油沥青和石灰组成。沥青中的有机酸与氢氧化钙作用生成有机酸钙皂，起到阻塞毛细管通道的作用，其余未被皂化的沥青分子表面也吸附氢氧化钙微粒，形成一种表面活性的防水物质。,配方： 硬脂酸： 4.13份 碳酸钠：0.21份 氨水： 3.1份 氟化钠

25、：0.005份 氢氧化钾：0.82份 水： 91.74份 生产工艺： 将配方中半量水加热至5060，把碳酸钠、氢氧化钾和氟化钠溶于水中，然后将加热熔化的硬脂酸慢慢加入混合液中，并迅速搅拌均匀，最后将另一半水加入，搅拌成皂液，待冷却至2530 ，加入定量氨水，搅拌均匀成品。,5.3 着色剂 配制各种彩色混凝土，除了各种彩色水泥外，还可用白水泥或者普通硅酸盐水泥调入各种着色剂配制。 对各种着色剂的要求是： 耐碱性强，在混凝土中不分解变色； 耐光和耐大气性能好，不因日晒雨淋褪色； 对混凝土的凝结时间、强度和耐久性等无明显损害； 色彩浓，掺量少（不超过水泥质量的10），价格便宜。,5.4 防锈剂 能阻止或减少混凝土中钢筋或金属预埋件发生锈蚀作用的外加剂称为防锈剂。 混凝土中钢筋产生锈蚀的原因是由氯化物引起的。 常用的防锈剂有： 亚硝酸钠：用量为水泥质量的23，在混凝土及蒸养制品中阻锈