混凝土减水剂

2.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。CompanyLogo2.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。CompanyLogo2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。CompanyLogo2.1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%CompanyLogo2.1.1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CompanyLogo2.1.1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。

CompanyLogo2.1.1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。CompanyLogo2.1.1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%-15%，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80-100mmCompanyLogo2.1.1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。CompanyLogo2.1.1木质素磺酸盐系减水剂新拌混凝土性能：(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CompanyLogo2.1.1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。CompanyLogo2.1.1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。CompanyLogo2.2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。CompanyLogo2.2.1萘磺酸盐甲醛缩合物合成萘系高效减水剂的合成主要分为以下五个阶段：

1萘的磺化

2β-萘磺酸水解 3β-萘磺酸的缩聚 4中合 5石灰中合剩下的硫酸萘系高效减水剂的产品主要有日本的“Mighty-150”，我国有NF、FDN、UNF等产品。CompanyLogo2.2.1萘磺酸盐甲醛缩合物掺萘系高效减水剂的新拌混凝土性能减水作用：萘系高效减水剂掺量与减水率和含气量的关系高性能减水剂是高分子表面活性剂，并且有强的固-液界面活性作用。在水泥分散体系中，它们能吸附在水泥粒子表面上，并形成带负电的强电场，使水泥浆体的流动性大大提高。相反，它的气-液表面活性小，几乎不降低的表面张力，因此起泡作用很小，对混凝土无引气作用。CompanyLogo2.2.1萘磺酸盐甲醛缩合物掺萘系高效减水剂的新拌混凝土性能塌落度和塌落度损失：掺萘系高效减水剂混凝土塌落度随时间的损失掺萘系高效减水剂可以使基准混凝土的塌落度从6-8cm提高到18-22cm，但是在此情况下塌落度损失较快，经30-60min就失去了流动性。CompanyLogo2.2.1萘磺酸盐甲醛缩合物掺萘系高效减水剂的新拌混凝土性能凝结时间：掺萘系高效减水剂对水泥无缓凝作用泌水性：由于萘系高效减水剂对水泥混凝土有强的分散作用，提高了拌合物的稳定性和均匀性，因此能减少泌水。CompanyLogo2.2.2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。CompanyLogo2.2.2聚羧酸盐系高效减水剂新型高效减水剂：聚羧酸盐系高效减水剂以萘磺酸盐甲醛缩合物为代表的聚磺酸盐系高效减水剂20世纪60年代初问世。20年后，即20世纪80年代初出现了以聚丙烯酸盐为代表的聚羧酸盐系高效减水剂。前者为传统高效减水剂，后者为新型高效减水剂。自1986年日本的触媒公司首次将聚羧酸系高性能减水剂产品打入市场以来，国内外的研究有了很大的进步，现已由第一代聚羧酸盐系减水剂（甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物）第二代聚羧酸盐系减水剂（丙烯基醚共聚物）发展到第三代聚羧酸盐系减水剂（酸胺-酞亚胺型），并正在研发第四代聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链的新型高效减水剂CompanyLogo2.2.2聚羧酸盐系高效减水剂优点：（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；CompanyLogo2.2.2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。CompanyLogo2.2.2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,从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。CompanyLogo2.2.2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。CompanyLogo2.2.2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。CompanyLogo2.2.2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。CompanyLogo2.2.2聚羧酸盐系高效减水剂分子特点：其分子结构大多呈梳型结构,特点是主链上带有多个活性基团,主要含有许多的羟基(-OH)、醚基(-O-)、和羧基(-COO-)磺酸基等亲水性基；侧链上也带有亲水性的活性基团,并且数量多,疏水基的分子链较短、数量少,故具有一定的液-气界面活性作用,因此具有一定的引气性和轻微的缓凝性。CompanyLogo2.2.2聚羧酸盐系高效减水剂聚羧酸减水剂的分子结构及其特性CompanyLogo2.2.2聚羧酸盐系高效减水剂分子结构对产物性能的影响：1.主链长度主链长度主要取决于相对分子质量的大小。若聚合物的相对分子质量太小,主链过短,则所带负电基团过少,排斥力差,减水剂维持混凝土坍落度的能力不高；若聚合物的相对分子质量太大,主链过长,则不仅会发生一个减水剂分子与多个水泥颗粒吸附,产生凝聚导致流动性变差,还会屏蔽分子主链上发挥减水作用的功能基(如-COOH、-SO3H等),从而使其分散性降低。通常,减水剂相对分子质量控制在10000-100000,多集中于50000左右。另外,也需要控制分子质量分布。CompanyLogo2.2.2聚羧酸盐系高效减水剂分子结构对产物性能的影响：2.聚醚侧链长度聚醚侧链越短,水泥浆体流动性损失越快,在一定范围内,随着聚醚侧链长度的增加,减水剂的减水率和坍落度保持性都相应