减水剂-水泥吸附作用关系.ppt

减水剂-水泥吸附作用关系,郑飞龙,2010-9-3,国务院2004年批准的中长期铁路网规划，到2020年，全国铁路营业线达到10万公里，建设高速铁路(时速200km以上的客运专线)1.2万公里。其中包括:“四纵”:北京一天津一南京一上海北京一武汉一广州一深圳北京一沈阳一哈尔滨杭州一宁波一温州一福州一深圳“四横”:徐州一郑州一兰州杭州一南昌一长沙青岛一石家庄一太原一银川南京一武汉一重庆一成都三个城际客运通道:环渤海地区，长江三角地区，珠江三角地区,中国正处于第二代减水剂向第三代减水剂过渡的时期，在一些重点、重大工程中(如三峡大坝工程、上海金茂大厦、上海磁悬浮列车、杭州湾跨海大桥等)使用聚羧酸系减水剂，但几乎完全依赖进口。国内聚羧酸减水剂的研究也取得了巨大的进展，生产型企业渐渐出现，产品性能上与国外产品相比，还存在着明显的差异，母液产品单一，无法满足目前高性能混凝土发展的需要。随着我国经济的蓬勃发展，建筑向高层化、大型化发展，混凝土生产向集中搅拌的高品混凝土发展，在我国的大城市和沿海开放地区，外加剂使用率己达70%以上，从数量上讲已相当可观。,减水剂要达到什么效果？为什么叫减水剂？,大约有50个苯丙烷单元组成的近似于球状三维网络结构体，中心部位为未磺化的原木质素三维网络分子结构，中心外围分布着被水解且含有磺酸基的侧链，最外层由磺酸基的反离子形成双电层。,减水剂长什么样？,木质素磺酸盐分子大约有50个苯丙烷单元组成的近似于球状三维网络结构体，中心部位为未磺化的原木质素三维网络分子结构，中心外围分布着被水解且含有磺酸基的侧链，最外层由磺酸基的反离子形成双电层。,木质素磺酸盐,三聚氰胺系减水剂的结构示意,氨基磺酸盐减水剂的结构示意,萘系减水剂的结构示意图,丙酮减水剂的结构示意图,聚羧酸减水剂的结构示意图,从减水剂的性能发展过程来看，减水剂的发展可以分成四个阶段:(1)以木质素磺酸盐为代表的普通减水剂的开发与应用;(2)以-萘磺酸盐甲醛缩合物(PNS)和磺化三聚氰胺甲醛缩合物(PMS)为代表的高效减水剂;(3)对PNS和PMS进行改性的具有坍落度保持能力的高效减水剂;(4)具有高减水能力和流动度保持能力新型高效减水剂，典型的如聚羧酸盐高效减水剂(PC)。,如何发挥作用？,与木钙、萘系减水剂相比，聚羧酸减水剂的优点在于:对颗粒的保护和水泥水化的抑制作用更具多元化;能更好的延缓、消弱第二放热峰;延缓结构形成、减小水泥水化的化学减缩。,据现有的研究结果，高效减水剂在水泥颗粒上吸附后通过如下一个或几个方面对水泥起到分散塑化作用。(1)水泥颗粒表面吸附外加剂后使水泥颗粒带有相同的负表面电位，表面电位绝对值增加，因为水泥颗粒表面产生的静电斥力使固体颗粒分散;(2)外加剂吸附层产生的立体空间位阻作用使水泥颗粒分散;(3)破坏水泥浆体中的絮凝结构，释放出其中的水分使自由水量增加;,(4)改变水化产物的形貌等有助于水泥混凝土流动性的改善；(5)搅拌水的表面张力减小引起水泥颗粒分散/引气作用;(6)在水泥颗粒表面形成一层润滑膜;(7)溶入到搅拌水的钙粒子被捕捉后，降低了钙离子的浓度，抑制了阿里特的水化。,减水剂分子与水泥颗粒的作用：是怎样靠近水泥的？是怎样吸附到水泥颗粒上的？,根据表面化学理论，表面活性剂在液固界面的吸附一般表现为下述几种方式:(1)离子交换吸附:表面活性剂离子取代了固体表面吸附的带有相同电荷的离子;(2)离子吸附:表面活性剂离子被吸附到有相反电荷的固体表面，形成离子对吸附;(3)氢键吸附:固体表面的极性基团与表面活性剂分子或离子之间形成氢键而吸附。(4)-极化吸附:对含电子的芳香族表面活性剂易于带正电的固体表面吸附，此时表面活性剂倾向于平躺在固体表面;(5)色散力吸附:普遍存在于各种分子中，其作用力小但作用范围大。,高效减水剂在水中溶解后发生离解作用，生成带有负电荷的有机阴离子(R-SO3-)和金属阳离子(Na+)。有机阴离子两端性质不同，一端含有机烷链憎水基团，另一端则为亲水基团-磺酸基，有较强的亲水性，带有负电荷。磺酸根很容易和水分子以氢健形式结合起来。,吸附后做哪些事情？,而憎水基一端则与水泥颗粒通过分子间引力吸附在水泥颗粒的表面上。这种吸附力的大小与结构和分子链的大小有关。当水泥颗粒吸附有足够的减水剂后，借助其和水分子氢健缔合作用，加上水分子之间的氢健缔合，使水泥颗粒表面形成了一层稳定的水膜，使水颗粒之间容易滑动;同时大大降低了水泥颗粒之间相互凝聚成大团的趋势，释放出封闭的水分，增加了水泥混凝土的流动性。,根据吸附前后的减水剂溶液的浓度差计算出减水剂在水泥颗粒表面的吸附量。采用紫外-可见分光光度计测定高效减水剂在水泥颗粒上的吸附量。根据吸光度与样品的浓度成正比，可以通过测定吸光度得到减水剂溶液的浓度。式中I0入射光强度;I透射光强度;A吸光度;a吸光系数;b样品池宽度;C样品浓度,水泥的主要组成部分：硅酸三钙(C3S)，硅酸二钙(一C2S)，铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)四种水泥单矿物。,高效减水剂在水泥颗粒表面的不均匀吸附现象四种单矿物吸附高效减水剂的能力基本体现出这样的规律，即C3AC4AFC3S-C2S,（脂肪族）,（萘系）,（氨基磺酸盐）,通常把C3A对高效减水剂的高吸附量归因为其在水中带正电荷，因此吸附更多的阴离子型高效减水剂。硅酸盐矿物(C3S、-C2S)水化时表面带负电，因此吸附较少的阴离子型高效减水剂。但这种观点不能解释C3A和C4AF对高效减水剂的吸附性能的差异，这是由于矿物水化特性对高效减水剂的吸附也有重要影响。,“吸附量”实际上是“表观吸附量”，它包含了被水泥水化产物嵌入而消耗的那部分高效减水剂，这部分高效减水剂对水泥颗粒不起分散作用，是“无效吸附量”。在试验条件下，测定得到的“吸附量”越大，表明被消耗的减水剂越多，而留在溶液中的高效减水剂量越少，与水泥颗粒表面保持平衡的“有效减水剂量”越少，水泥颗粒表面起分散作用的有效高效减水剂的吸附层厚度越小，所以水泥净浆流动度越小。,单矿物C3A不管对哪种高效减水剂都表现出强烈地吸附，而且最大吸附量都大于其它矿物对应吸附量一个数量级，说明不同高效减水剂与不同成分(特别是C3A含量不同)的水泥使用时都存在着高效减水剂与水泥的适应性问题。,不难看出在水泥与高效减水剂适应性问题中，水泥组分中C3A是影响适应性的关键因素。根据不同水泥矿物对高效减水剂的吸附结果，如果在水泥生产中降低C3A的含量而相应提高C4AF的含量，可以得到与外加剂适应性良好的水泥。,吸附对水泥颗粒有什么样的影响？“水泥一水一高效减水剂”系统与其它工业悬浮系统最大的不同是其性能和结构随时间的变化性。自加水之时起水泥的水化反应就持续不断地进行，“水泥一水一高效减水剂”系统发生一系列复杂的物理化学发应，产生不同尺寸的晶体和胶体水化产物。,高效减水剂对水泥单矿物的电位的影响,C3A、C4AF、C3S、-C2S在纯水中的电位分别是+26.sllmV、+15.82lmV、-6.8679mV、-11.679mV,+转变为-,减水剂对水泥单矿物水化产物形貌的影响通常形成的钙矾石是细长的针状，而在高效减水剂存在时，形成的钙矾石尺寸小、接近立方体形状产物，这种小的立方体状的钙矾石肯定是有利于浆体的流动。水化产物晶体尺