聚羧酸讲座王栋民

1、 聚羧酸高性能减水剂的分子结 构设计与工业化制备技术 王栋民 教授武增礼 Zengli Wu 中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所 China University of Mining and Technology(Beijing)Research Institute of Concrete & Eco-Materials北京 2008.10.29 联系方式王栋民 教授 博导电话机增礼 博士电话机志勇 工程师电话机1. 背景和意

2、义节约型社会建设对混凝土工业的要求 大幅度提高混凝土强度，减少混凝土用量 大幅度提高混凝土耐久性，延长使用寿命 节约水泥，降低水泥生产资源消耗、能耗 大量利用工业固体废渣 优化施工工艺，降低建造能耗 水泥产量水泥产量1.背景和意义 预拌混凝土产量预拌混凝土产量全全国国28%1.背景和意义 水泥散装率水泥散装率1.背景和意义 减水剂年产量减水剂年产量20072007年全国混凝土外加剂产量年全国混凝土外加剂产量 外外加加剂剂品品种种高效减水剂高效减水剂(225.6)高高性性能能减减水水剂剂木木质质素素磺磺酸酸盐盐引引气气剂剂膨膨胀胀剂剂速速凝凝剂剂葡葡萄萄糖糖酸酸盐盐萘萘系系蒽蒽系系洗洗油油系系氨

3、氨基基磺磺酸酸盐盐脂脂肪肪族族密密胺胺系系年产量(万吨)197.424.631.649.9411.560.41341.4317.510.3410035.414.5注：1. 表中高性能减水剂按照20%液体计算，其余外加剂均已折成固体 2. 不包括各类复合外加剂20072007年全国混凝土外加剂产量年全国混凝土外加剂产量合成减水剂合成减水剂284.54284.54万吨中，高效减水剂占万吨中，高效减水剂占79.3%79.3%，高性能，高性能减水剂占减水剂占14.6%14.6%，木质素磺酸盐减水剂占，木质素磺酸盐减水剂占6.2% 6.2% 高速铁路在我国的迅猛发展 从2005年到2020年十五年时间，

4、全国铁路建设资金投入将达到两万亿元，规划建设四纵四横铁路快速客运通道，以及三个城际快速客运系统，四纵分别是北京-上海客运专线、北京-武汉-广州-深圳客运专线、北京-沈阳-哈尔滨(大连)客运专线、杭州-宁波-福州-深圳客运专线。四横分别是徐州-郑州-兰州客运专线、杭州-南昌-长沙客运专线、青岛-石家庄-太原客运专线、南京-武汉-重庆-成都客运专线。而在环渤海地区、长江三角洲地区和珠江三角洲地区分别建设三个城际客运系统。 分子结构含羧基主链短侧链长梳型较高的空间位阻效应低掺量(0.15%-0.25%)高减水率(25%)坍落度损失小凝结时间影响小不受掺加顺序影响等某些性能还可以通过生产合成而达到，如

5、活用聚合方法可调整分散性能和引气性能不使用甲醛和其他有害原材料强度、耐久性、节约水泥Cl- C4AF C3S C2S。 铝酸盐（ C3A、 C4AF ）在水化初期其动电位呈正值，对外加剂分子吸附较强，而C3S、 C2S在水化初期其动电位呈负值，其吸附外加剂的能力较弱。因此，在混凝土外加剂掺量相同的情况下， C3A、 C4AF 含量高的水泥 浆体中，混凝土外加剂的分散效果就较差，混凝土单方用水量大幅增加，坍落度损失加快。 水泥中石膏形态和掺量的影响 石膏在水泥生产中用于调节水泥凝结时间，常采用天然的或合成CaSO4-2H2O,石膏掺量控制在1.32.5%(以SO3%计)。如果石膏掺量不够或细度不

6、够是石膏不能充分溶解，当溶解度含量小于1.3%时，则容易产生速凝的现象，但如果溶解度含量大于2.5%时，凝结时间的增长也很少。 在混凝土中， CaSO4-2H2O的调凝效果优于 CaSO4-0.5H2O，但水泥生产过程中，石膏与熟料的温度通常较高，从而使二水石膏脱水生成半水石膏再脱水生成硬石膏，影响了石膏的调凝效果，有些水泥厂为了节约成本，采用无水石膏代替CaSO4-2H2O，这种水泥在碰到以木钙和糖钙为主要成分的外加剂时会表现出严重的不适应性。 水泥碱含量的影响 水泥中碱含量主要来源于生产所用的原材料，是按Na20+0.658K20计算的重量百分率来表示。水泥中过量的碱会和集料中的活性Si0

7、2反应，生成膨胀性的碱硅酸盐凝胶，一方面会导致混凝土开裂，另一方面碱含量的增大降低了外加剂对水泥浆体的塑化作用，使水泥浆体流动性损失加快，凝结时间急剧缩短，减弱了高效外加剂的作用。 当可溶性碱的含量过低时，不仅当外加剂剂量不足时坍落度损失较快，而且当剂量稍高于饱和点时，会出现严重的离析和泌水。 大量的数据表明，碱含量在0.40.8%以内时对外加剂与水泥的适应性的影响较小，在国家标准中，低碱水泥的碱含量不得大于0.6%，因此为了使外加剂与水泥的适应性较好，碱含量宜控制在0.40.6%。 水泥细度的影响 试验表明：随着水泥细度的增加，外加剂的塑化效果下降。在水泥生产过程中，许多产家为了满足强度的要

8、求，一味的提高水泥的细度，细度越小比表面积越大，而水泥对外加剂的吸附性随比面积的增加而增加，在相同的外加剂的掺量下，水泥的需水量随比表面积的增大而增大，混凝土坍落度损失也随比面积的增大而加快，所以本来在一定掺量下表现为适应的外加剂在水泥细度的提高下会表现出不适应现象。 掺合料种类及掺量的影响 在水泥及混凝土的生产过程中，均掺有一定量的掺合料，如矿渣、粉煤灰、硅灰等，由于这些掺合料的品质及掺量的不同，对混凝土外加剂的作用效果也会产生一定的影响。 单掺一定量的粉煤灰，由于粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“滚珠轴承作用”，随着掺量的增加混凝土的流动性增加，外加剂的适应性表现较好。 由于粉煤灰中的碳会吸附较多的外加剂而使混凝土坍落度下降，因此，当粉煤灰掺量一定时， 级粉煤灰烧失量较小（含碳量低），对外加剂的适应性表现较好，而、 级粉煤灰烧失量大（含碳量高），对外加剂的适应性表现较差。 单掺矿粉对外加剂的适应性与粉煤灰相似但没有粉煤灰表现那么明显，由于“微集料效应”，矿粉的粒径比水泥小，填充了水泥颗粒间的空隙，使水泥颗粒间的水分得到释放，提高了混凝土的流动性，但掺量超过一定量时，随着比面积的增加会表现出坍落度损失加快等不适应现象。 水泥新鲜程度、温度的影响 由于粉磨时会产生电荷，新鲜的水泥出磨时间短，颗粒间相互吸附凝聚的能力强，正电性强，吸附阴离子表面活性剂多，因此表现