高效减水剂的作用机理

关于高效减水剂的作用机理基本概念外加剂——在混凝土中加入除四种主要组分以外的其它外加材料。种类——化学外加剂和矿物外加剂：矿物外加剂：掺加量在水泥质量5%以上的称为掺和料；化学外加剂：掺加量在水泥质量5%以下的称为外加剂。学习要求掌握外加剂的重要种类；物理化学特征；作用机理；应用及其负作用。第2页,共25页，2024年2月25日，星期天为什么要使用外加剂？单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列技术问题用水量与良好和易性间的矛盾；施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求；耐久性对低连通孔隙率的要求。外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径；现在有70～80％以上的混凝土使用了外加剂；外加剂的作用改善混凝土拌合物的和易性；调整砼凝结时间；控制强度增长；提高抗冻融、热开裂、碱－骨料膨胀、硫酸盐侵蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性；节约水泥用量，降低成本；减少放热速度，控制温升。第3页,共25页，2024年2月25日，星期天

1、减水剂WaterReducers减水剂——功能上能在和易性不变时，减少单位用水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或二者都具备又不改变含气量的外加剂。组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性物质。种类：减水效果普通减水剂(也称塑化剂，Plasticiser)；高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser)。复合功能早强减水剂；缓凝减水剂；引气减水剂。第4页,共25页，2024年2月25日，星期天普通减水剂Water-reducer特点：一般含有杂质；减水率较小，约10%；有一些副作用；主要品种木质素磺酸盐(木钙，)

副作用：引进气泡多而大羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸钠等)

副作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合物含气量多元醇(如糖钙等)；

副作用：缓凝但不影响含气量第5页,共25页，2024年2月25日，星期天高效减水剂High-rangeWater-reducer特点：具有较高的分子量，纯度较高；减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效；副作用小。种类：改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素盐；磺化密胺缩合树脂，一般是钠盐；磺化萘－甲醛缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐；含有羧基和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧酸酯，聚醚等；定义：

高效减水剂是一种在砼坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌合水用量的外加剂，又称超塑化剂。第6页,共25页，2024年2月25日，星期天1)

减水剂的组成与分子结构特点

减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的离子基团和碳氢分子链，其中：离子基团是酸根离子或氨基，如：－SO3-、－COO-、－NH3+等；碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。其结构如下图所示：阴离子基团碳氢链木质素磺酸盐的重复结构单元第7页,共25页，2024年2月25日，星期天2)

减水剂的物理化学特征可溶于水，能显著降低水的表面张力；能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水－固界面张力。第8页,共25页，2024年2月25日，星期天3）高效减水剂的作用机理改性木质素磺酸盐、磺化密胺树脂和萘磺酸盐三种以静电排斥作用为主；含有羧基和/或醚基的聚合物以空间位阻最重要，因为在其分子链结构中，主链上含有高度密集的支链，形成“梳状”大分子链；第9页,共25页，2024年2月25日，星期天作

用

机

理静电斥力空间位阻润滑作用

减水剂的作用机理第10页,共25页，2024年2月25日，星期天3.1）静电斥力学说主要适用于→萘系、三聚氰胺系和改良的木质素磺酸盐。对水泥浆的分散作用→吸附、静电斥力（ξ电位）和分散。第11页,共25页，2024年2月25日，星期天水泥拌水后的絮凝结构减水剂作用简图减水剂的作用模式第12页,共25页，2024年2月25日，星期天3.2）空间位阻学说主要适用于→以聚羧酸系减水剂为代表的第三代高性能减水剂。特点→掺量低、减水率高、保坍性好、不离析和不泌水、收缩率低。一定的引气性和轻微的缓凝性，环境友好性。

第13页,共25页，2024年2月25日，星期天带有聚氧化乙烯侧链的梳状聚合物长久保持工作性能的机理示意图聚羧酸大分子在水泥及其水化产物上的吸附形态主要以主链吸附而侧链分散分布在液相中，呈梳状柔性吸附成网状结构，这种结构具有较高的空间位阻效应。同时，侧链上带有的众多亲水活性基团使水泥颗粒与水的亲和力增大，水泥颗粒表面溶剂化作用增强，水化膜增厚。其分散减水作用机理以空间位阻斥力为主，其次是水化膜润滑作用和静电斥力作用，同时还具有一定的引气隔离“滚珠”效应和降低固液界面能效应。第14页,共25页，2024年2月25日，星期天聚羧酸脂系高效减水剂的作用机理(空间位阻)第15页,共25页，2024年2月25日，星期天3.3）润滑作用高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，又以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。第16页,共25页，2024年2月25日，星期天极性微气泡及水膜所起润滑作用示意图第17页,共25页，2024年2月25日，星期天

减水剂的作用过程当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：水具有高表面张力(氢键分子结构)水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构，释放其包含的水，改善分散性——静电排斥作用；由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层包裹在水泥颗粒表面，产生空间位阻效应，阻碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。加减水剂前的絮凝结构减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附加入减水剂后，絮凝结构被打破第18页,共25页，2024年2月25日，星期天4）减水剂的作用效果通过湿润、润滑、分散、塑化等作用，能使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从而，取得下列效果：在保持用水量不变的条件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于浇注、成型密实；在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比(水胶比)，提高混凝土强度和抗渗性；在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少水泥用量。坍落度(inch)减水剂掺量(水泥质量的％)减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响当水灰比一定时，混凝土拌合物的坍落度随着减水剂掺量的增加而增大

水灰比减水剂掺量(水泥质量的％)减水剂掺量对水灰比的影响

当坍落度恒定时，新拌混凝土的水灰比随着减水剂掺量的增加而减小

第19页,共25页，2024年2月25日，星期天减水剂分散水泥的机理

加减水剂前加减水剂后絮凝分散没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆减水作用是通过改善水泥颗粒在水中的分散性而产生，颗粒的絮凝现象因而减少或防止，被束缚的水释放作为颗粒之间的流动水。第20页,共25页，2024年2月25日，星期天（3）立体的位阻作用（1）增加颗粒表面的ξ电位5）增强减水剂对水泥颗粒分散的途径：（2）增加液－固相的亲合力第21页,共25页，2024年2月25日，星期天6）减水剂与水泥的适用性1、水泥矿物成分2、水泥碱性和细度3、石膏4、减水剂自身因素

C3A含量越低，其适应性越好。反之亦然。掺量一样的同种减水剂，碱性越高，流动性越差。水泥颗粒越细，所需的减水剂量越多。二水、半水石膏和硬石膏的溶解度和溶解速度不同，在混合物中C3A和SO42-之间的平衡将影响减水剂的效果。掺量和形态，如掺量过高会推迟强度增长和降低强度。第22页,共25页，2024年2月25日，星期天7）减水剂使用中的几个注意的问题减水剂—水泥相容性问题混凝土拌合物坍落度损失问题第23页,共25页，2024年2月25日，星期天减水剂—水泥的相容性与坍落度损失相容性，过去称“适应性”，是指减水剂与水泥