外加剂分散效率研究方法论文

1、前言混凝土的外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的能显著改善砼的性能的物质。其掺量一般不大于水泥质量的5%。由于外加剂对混凝土性能的改善,它在工程中应用的比例越来越大,不少国家使用掺外加剂的混凝土已占混凝土总量的60%～90%,因此,外加剂逐渐成为混凝土占的第5种成分。2、工程概况荣乌高速公路第四合同段全长10.6km,其中桥涵构造物47个座,本项目经过的地区位于渤海莱洲弯滨海地区,属于冲洪积平原和滨海洼地,海拔高程都在3m～5m之间,地下水位非常高,软基、鱼塘、芦苇塘遍布全线。全线大部分为硫酸盐溃土或氯盐溃土,濒海地区淡水缺乏,空气湿度大,地下和空气水中Cl-离子含量较高,对砼具有结晶腐蚀,施工要求砼必须全部掺减水剂、阻锈剂、超细粉,提高砼耐久性和抗渗性。3、减水剂3.1减水剂的作用机理减水剂为表面活性物质,其分子由亲水基团和憎水基团2个部分组成。水泥加水拌和,水泥浆成絮凝结构,包裹一部分拌和水,降低了流动性。减水剂的作用机理表现在以下3个方面：(1)其疏水基团定向吸附于水泥颗粒表面,亲水基团指向水溶液,使水泥颗粒表面带有相同电荷,斥力作用使水泥颗粒分开,放出絮凝结构游离水,增加流动性。(2)亲水基吸附大量极性水分子,增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度,起润滑作用,改善工作性。(3)减水剂降低表面张力,水泥颗粒更易湿润,使水化比较充分,从而提高混凝土的强度。3.2减水剂的种类按化学成分分类主要有木质素系、萘系、水溶性树脂类、糖蜜类和复合型减水剂等。3.2.1木质素系减水剂包括木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)、木质素磺酸镁(木镁)等。其中木钙减水剂应用较多。木钙减水剂是以生产纸浆或纤维浆剩余下来的亚硫酸浆废液为原料,采用石灰乳中和,经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末。木钙减水剂的适宜掺量,一般为水泥质量的0.2%～0.3%。其减水率为10%～15%,混凝土28d抗压强度提高10%～20%;若不减水,混凝土坍落度可增大80mm～100mm;若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变,可节约水泥用量10%左右。木钙减水剂对混凝土有缓凝作用,掺量过多或在低温下,其缓凝作用更为显著,而且还可能使混凝土强度降低,使用时应注意。木钙减水剂可用于一般混凝土工程,尤其适用于大体积浇筑、滑模施工、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℃,应与早强剂或防冻剂复合使用。3.2.2萘磺酸盐系减水剂萘系减水剂,是用萘或萘的同系物经磺化与甲醇缩回而成。目前,我国生产的主要有NNO,NF,FDN,UNF,MF,建I型等减水剂,其中大部分品牌为非引气型减水剂。萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的0.5%～1.0%,减水率为10%～25%,混凝土28d强度提高20%以上。萘系减水剂的减水增强效果好,对不同品种水泥的适应性较强。适用于配制早强、高强、流态、蒸养混凝土。3.2.3水溶性树脂减水剂这类减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料制成的减水剂,如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等。该类减水剂增强效果显著,为高效减水剂,我国产品有SM树脂减水剂等。SM减水剂掺量为水泥质量的0.5%～2.0%,其减水率为15%～27%,混凝土3d强度提高30%～100%,28d强度可提高20%～30%。SM减水剂适于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土及蒸养混凝土等。3.3减水剂的技术经济效果增大流动性。在用水量及水灰比不变时,混凝土坍落度可增大100mm～200mm,且不影响混凝土的强度。提高混凝土的强度。在保持流动性及水泥用量不变的条件下,可减少拌和用水量10%～15%,从而降低水灰比,使混凝土强度提高15%～20%可减少拌和用水量10%～15%,从而降低水灰比,使混凝土强度提高15%～20%。节约水泥。在保持流动性及水灰比不变的条件下,可以在减少拌和水量的同时,相应减少水泥用量。改善混凝土的耐久性。4、钢筋阻锈剂钢筋阻锈剂即为抑制钢腐蚀的缓蚀剂,拌制混凝土时掺加阻锈剂是防止钢筋腐蚀的一种经济而有效的方法。最早开发的钢筋阻锈剂是亚硝酸盐,特别是亚硝酸钙对提高防腐蚀性能很有效,至今常作为复合阻锈剂的重要组分。亚硝酸钠用于防止混凝土中钢筋的点腐蚀,也曾被认为是良好的阻锈剂,但会使混凝土的强度损失,钠离子有促进碱集料反应的危险,而且它是阳极型阻锈剂,用量不足反而会促进钢筋局部腐蚀,加上亚硝酸钠有毒,因而,不能得到广泛的应用。除亚硝酸盐外,Na2PO3F,Na3PO4和Na2PO4等也可用于作为钢筋阻锈剂。近年来,有机阻锈剂的应用又发展成为抑制混凝土中钢筋腐蚀的有效方法,其主要是胺与酯组成的水基有机外加剂。目前,钢筋阻锈剂的研究仍在发展,不断有新的和多功能的复合型阻锈剂获得了开发和应用,其中迁移型阻锈剂是一种较为新颖的有机阻剂。这种阻锈剂一般是胺与链烯胺及有机酸或无机酸的盐,和单氟磷酸钠一样可以渗人混凝土使受侵蚀的钢筋再钝化,无损高效地修补被氯盐污染的钢筋混凝土,其前景见好。通过在混凝土中掺入钢筋阻锈剂,能够有效地减少混凝土中氯离子对钢筋腐蚀,保证了混凝土的耐久性。而且也是防止钢筋锈蚀较为经济有效的方法。5、超细矿粉掺有超细矿粉的水泥,其强度主要由水泥熟料的水化反应所产生的水化物、水泥熟料水化时产生的游离氢氧化钙和矿物掺料中的活性氧化硅与氧化铝之间的二次反应所产生的附加水化产物所组成。超细矿粉在混凝土中共同使用时表现出了十分明显的叠加效应,一方面大大减少了混凝土中CH晶体的生成数量,另一方面又影响了CH晶体的形貌,对混凝土的结构和性能的发展具有重要影响。随着龄期的延长,浆体结构日趋均匀和密实,这是浆体高强化的重要原因。而且超细矿粉掺入水泥—水系统后起分散作用,增加水泥粒子的水化空间;矿粉吸收由水泥熟料水化生成的Ca(OH)2,生成C-S-H相,并同时和CaSO4反应,生成Aft相,促进熟料继续水化。浆体自由水逐渐减少,而沸石粉逐渐释放出沸石内的水,对水泥水化进行自养护,使界面附近反应继续进行,反应产物不断填充界面微裂缝,界面附近浆体逐渐紧密,界面得到加强。通过掺入超细粉进行试验,混凝土在较早龄期时起到增强强度的作用,后期增强作用也得到充分的发挥。这种后期增强效应对混凝土的长期性能十分有利,可保证混凝土在长时期内维持很高的强度和耐久性能。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

摘要:主要综述了水泥聚合物外加剂的发展进程和分类，并对混凝土外加剂的发展方向作了展望。 关健词:水泥混凝土，聚合物外加剂 水泥混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌过程中掺人，用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%(特殊情况除外)[1]。它是现代高性能混凝土不可缺少的组分之一，是混凝土改性的一种重要技术和方法。掺少量外加剂既可显著改善新拌混凝土、砂浆、水泥浆的性能(不增加用水量提高和易性，调节凝结时间，减小泌水和离析，改善渗透性和可泵性，减小坍落度损失率等)，又可改善硬化混凝土、砂浆、水泥浆的性能(延缓或减小水化热，加速早期强度的增长，提高抗压、抗弯或抗拉强度，提高防冻性、防渗性和防锈性，增强抗干缩、抗碱集料反应的能力等)[2]。混凝土外加剂按其主要功能可分为四类:(1)调节或改善混凝土拌和物流变性能的外加剂；(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂；(3)改善混凝土耐久性的外加剂；(4)改善混凝土其它性能的外加剂。按化学组成可分为三类:(1)无机化合物外加剂；(2)有机化合物外加剂包括小分子有机物和聚合物表面活性剂；(3)有机物和无机物复合外加剂[3]。本文仅就聚合物类混凝土外加剂进行分类综述。 1 水泥混凝土聚合物外加剂 水泥混凝土外加剂中，聚合物表面活性剂占有极其重要的作用。它们是有一定的相对分子质量范围的、可溶于水的、离子型或非离子型的碳链或杂链的聚合物，可明显分为亲水部分和疏水部分。它们中的绝大多数对水泥具有分散作用，因而常用作混凝土减水剂。 1.1 普通减水剂 普通减水剂是在混凝土水灰比不变的情况下能提高和易性；或相同和易性时可降低混凝土用水量并能提高水泥石强度的外加剂。普通减水刘基本效能是:减水率大于5%(一般小于10%)；3天、7天的抗压强度提高10%以上，28天抗压强度提高5%以上。 早在本世纪30年代初，美国就已使用亚硫酸盐纸浆废液制备木质素磺酸盐作为混凝土减水剂。40年代和50年代，与木质素系减水剂具有同等效果的各种普通减水剂的开发和研究工作已开始发展起来。根据文献资料检索，到目前为止，常见的用做普通减水剂的聚合物有:(1)木质素磺酸盐及其改性物[4～7]。(2)高级多元醉及其衍生物。该类减水剂主要包括磺化多糖[13]、纤维素及其衍生物如纤维素硫酸醋、纤维素醚[14～15]等。它们又具有较强的缓凝作用，故常归类为缓凝减水剂，其综合性能优于木质素磺酸盐。(3)腐殖酸及其衍生物[a:0腐殖酸是含有酚经基、狡基、簇基、甲氧基等多种活性基团的有机化合物，具有亲水性、阳离子交换性和高吸附能力等特点，是一种阴离子表面活性剂。腐殖酸减水剂一般以草炭、风化煤为原料制备，其主要品种有腐殖酸钠、磺化腐殖酸、硝酸氧解化腐殖酸等。(4)聚丙烯酸盐及其共聚物[9]。(5)聚氧烷烯醚及其衍生物[4～12]，如壬基酚聚氧乙烯醚、高级多元醇聚氧乙烯醚[16]等。 1.2 高效减水剂 高效减水剂是本世纪60年代开发出来的减水剂。1962年，日本的服部键一等人将蔡磺酸甲醛高缩合物(聚合度n≈10核体)用于混凝土分散剂；1964年已作为商品销售(日本花王石碱公司商品，商品名为玛依太— 以 -蔡磺酸甲醛缩合物钠盐为主成分的高效减水剂)。1963年，联邦德国研制成功三聚氛胺磺酸盐甲醛缩聚物；同时出现的还有多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物。由于这三种外加剂对水泥有强的分散能力，减水率高达20%一30%，而不同于普通的塑化剂(减水剂)，因而称为高效减水剂或超塑化剂。高效减水剂给混凝土带来了变革性的变化，促进了高强混凝土、流态混凝土和集中搅拌的商品混凝土的发展，已广泛用于制备自流平砂浆和混凝土、水下浇灌混凝土、宏观无缺陷混凝土和高性能混凝土等。近10年来，新型高效减水剂和超塑化剂的研究和开发进展很快。国内外高效减水剂已形成两大类:一是合成型单一组分高效减水剂，二是复合型多组分高效减水剂。合成型单一组分高效减水朴主要有以下一些类别: 1.2.1 聚烷基芳基磺酸盐A效减水PI(NS) (1 )聚次甲基烷基蔡磺酸钠，简称烷基蔡系减水剂。(2)蔡成酸甲醛缩合物盆，简称禁系高效减水剂。(3)聚次甲基葱磺酸钠，即葱系减水剂，亦称稠环芳烃磺酸盐甲醛缩合物。(4)芳香族氨基磺酸聚合物，即氨基成酸系，例如:氨基苯成酸一苯酚-甲醛共缩聚物、苯酚磺酸盐一经甲基化三聚氛胺一甲醛共缩聚物等。(5)苯及其衍生物磺酸盐甲醛缩聚物； (6)聚乙烯基苯磺酸盐 (7)苯乙烯和。一甲基苯乙烯共聚物磺酸盐 1.2.2 水溶性树脂系高效减水剂 (1) 磺化聚氛胺甲醛缩合物，亦称水溶性蜜胺树脂系(MS)；( 2)氧布树脂成酸钠，亦称古玛隆树脂系(GS)；(3)在脉醛树脂中引人狡基和(或)成酸基后获得的水溶性树脂；(4)在三聚氛胺与甲醛缩聚物中引人狡基后获得的水溶性树脂。 1.3 引气剂、引气减水剂和引气高效减水剂 早在本世纪30年代，美国、日本、英国等就已使用引气剂，而木松香精翻过程中的副产品— 文沙树脂成为最早获得专利权的混凝土引气剂，一直沿用到现在。由于引气刘使握握土工程的寿命特别是在冻融作用下的使用寿命显著延长，因而它们对混凝土作为一种耐久的建筑材料起着不可替代的作用。 1.3.1 引气剂和引气减水剂 引气剂和引气减水剂的主要功能是:(1)引人大量微小且独立、封闭的小气泡，通过这些气泡的滚动浮托作用，使混凝土的和易性大大提高。(2)增大水泥浆的塑性粘度、对水泥顺位的润湿分散和未硬化水泥浆中气泡的移动与再分布等因素可显著降低混凝土拌和物的泌水沉降与离析，从而提高抗渗性能以及与抗渗性能有关的棍凝土的抗化学侵蚀作用、抗中性化作用。(3)减水作用。(4)显著提高混凝土的抗冻触性。等等。 常见的引气剂和引气减水剂主要有：(1)阴离子系:木质素磺酸盐、松香热聚物、文沙树脂等。(2)阳离子系:烷基醉聚氧乙烯醚硫酸钠等。(3)非离子型:烷基苯酚聚氧乙始醚、烷基醉聚氧乙烯醚、聚乙二醇等。(4)两性型:蛋白质盐类。 1.3.2 高效引气减水剂 高效引气减水剂近几年来开发出来的减水率高、保坍性能好，并有一定的引气作用的高效减水剂。它不仅保持了高效减水剂减水率高的优点，而且还克服了高效减水剂保坍性差的缺点，从而使混凝土的各项性能(特别是耐久性)得到进一步改善。因此高效引气减水剂特别适用于长距离输送的商品混凝土、高强混凝土、泵送混凝土和高性能混凝土。日本在高效引气减水剂研制、开发和应用方面居于世界地位。 高效引气减水剂都是复合型外加剂，一般由三大部分组成；(1)高减水部分如改性木质素磺酸盐及其衍生物、改性蔡磺酸盐缩合物、烷基蔡磺酸盐缩合物、改性密胺树脂等。(2)保坍部分如氨基磺酸系减水剂、经基竣酸盐及聚梭酸盐系减水剂、徐放型反应性高分子及特殊高分子表面活性剂等。(3)引气部分如合成高分子引气剂(阴离子表面活性剂)、松香类引气剂等。其中徐放型反应性高分子是一种不溶于水的反应性微细粒子，在混凝土碱性介质中，在OH一离子的作用下分解，慢慢转化为水溶性高分子化合物，并吸附在水泥粒子表面，产生强电场斥力，使水泥粒子不断处于被分散状态，减少坍落度经时损失。特殊高分子表面活性剂(包括聚梭酸系分散剂)是分散作用很强的聚合物电解质，在水泥粒子表面呈环状、引线状和齿轮状吸附，使水泥粒子间的静电斥力呈立体的交错纵横式，立体的静电斥力的电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时损失小。同时，在水泥粒子之间形成一层立体障碍，以阻止粒子的碰撞凝聚，从而保持分散性。 1.4 琪建酸系[PC] 蔡系和密胶系等高效减水剂赋予新拌混凝土较好的流动性和强度，对于现场搅拌，基本上能浦足需要，但用于商品混凝土中，普遍存在着坍落度损失过大的问题。多年来，科研和生产部门采用把减水剂与缓凝剂的复合物掺入混凝土以使坍落度损失有所减缓，但仍未根本上解决问题。聚梭酸系减水剂的问世，使高流动、低坍落度损失混凝土的制备得以实现。近年来，通过“分子设计”合成聚梭酸系高性能减水剂并探讨其结构与性能之间关系的研究非常活跃。聚狡酸系物质由于其分子结构特性具有如下优点:低挤量发挥高效塑化效果、坍落度保持性好、水泥适应性广、减水效率高、分子构造上自由度大、合成技术多，因而高性能化的余地很大。 1.4.1 分类 聚梭酸系高性能减水剂主要是通过各种乙烯基类单体的共聚合反应获得，必须在聚合物分子链上引人对水泥颗粒具有分散作用的基团，即梭酸(及其盐)基(一COOM) ；磺酸(及其盐)基(一S03M)、一OH；聚氧烷烯基如(一CH2CH2O一)等。聚竣酸系高性能减水剂的应用性能与分子结构的关系密切:相对分子质量、各重复单元的比例、侧链的长短、极性基团的种类及数目(如一COOM/一S03M)等对其应用性能会产生很大的影响。综合文献报道，该类减水剂可分为以下两大体系: (1) 丙烯酸系: 不饱和丙烯酸及其衍生物(如醋、酞按等)的均聚物和它们与其它可共聚单体(主要是不饱和赦酸及其衍生物，烯烃及其衍生物如不饱和脂基磺酸盐、乙烯基苯磺酸盐、磺化共扼烯烃等)的二元或多元共聚物。 (2) 马来酸系:马来酸If或马来酸盐与其它可共聚单体(包括可共聚烯烃如苯乙烯，乙烯基苯磺酸盐，烯丙基磺酸盐，烯丙基聚氧烷烯基醚，不饱和梭酸及其衍生物等)的二元或多元共聚物。 1.4.2 作用机理 聚效酸系高性能减水剂对水泥具有显著的塑化效果和具有良好的保坍性能，其作用机理表现在以下几个方面:(1)缓凝作用。(2)在水泥颗粒上吸附，极性亲水端朝向溶液，多以氢键与水分子缔合，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水膜，阻止水泥颗粒的直接接触，起到了润滑作用。(3)更为重要的是聚梭酸系减水剂分子在水泥颗粒表面的立体吸附层结构，聚梭酸系减水剂大分子在水泥颗粒表面的吸附状态呈环状、引线状和齿轮状吸附(多数呈现齿型)，使水泥粒子间的静电斥力呈立体的交错纵横式，立体的静电斥力的电位经时(随时间增长)变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时损失小。(4)聚梭酸系接枝共聚物电位绝对值比蔡系(NS)和三聚氛胺系(MS)减水剂的低，要达到相同的分散状态时所需要的电荷总量不如NS及MS多，即掺量相同时，接枝共聚物对水泥粒子的分散效果更好。 2 复合外加剂和外加剂复合技术 进入 90 年代后，几乎所有的外加剂商品都是复合外加剂，单一成分的外加剂已难以满足现代混凝土的各种需要。应用多种外加剂的优化，取长补短，可以调节和改善混凝土的综合性能，从而满足不同工程的需要。 2.1 外加剂复合以改善混凝土的工作度 减水机理研究表明，通过三种作用能够减少混凝土用水量，或保持相同的水灰比，增加其流动性，即:(1)分散作用(塑化剂)；(2)初期水化抑制作用(缓凝剂)；(3)引气作用(引气剂或引气减水剂)。通过外加剂的复合，可使不同减水作用“叠加”，可以进一步提高减水效果，减低坍落度。另外，无机电解质离子的正负水合现象，也可影响水泥浆的塑性。 2.2 外加剂复合以改善水 泥石的强度 要提高新生水泥石的强度，必须降低表面能，增加液相离子过饱和程度，降低液相粘度，增加温度和延长反应时间。采用复合外加剂，可综合起到上述作用，从而加速晶胚生成速度和结晶过程，调节结构之间键的生成类型，使水化晶体之间的作用以离子-离子键为主，从而以一定的方式影响水泥石强度增长的动力学。例如:掺具有促凝和早强作用的无机盐，可增加离子交换过程、增加液相离子过饱和程度，促进水化完善；渗具有分散减水作用的表面活性剂，可以降低表面能和液相粘度，减少结合水量和降低水灰比而增加成键比例，提高水泥石的密实性和强度。 2.3 外加剂复合以提商混凝土材料的耐久性 上述水泥石强度和密实性的提高是提高混凝土材料耐久性的重要方面。另外，孔结构也影响混凝土复合材料的强度、抗渗性、抗冻性等。故应调整混凝土的孔结构以提高其耐久性。其中最有效的芳法是应用复合外加剂调整混凝土的孔结构。例如:掺少量的引气剂，可使混凝土含气量达到4%一6%，产生大量直径为0.1一300 的气泡，气泡间隔系数在200pm以下，使混凝土具有较好的抗冻性。同时，掺人高效减水剂不仅可以起到减水增强作用，还可使水泥石的孔隙率保持在较低的范围，使无害孔明显增多。 3 展望 混凝土外加剂今后发展的方向主要表现在:(1)混凝土外加剂复合技术和复合理论的研究。研究各功能性外加剂的协同作用机理、结构与性能关系和相互优化配置等；研究如何将外加剂复合并用之于混凝土材料，提高混凝土材料的强度、工作性能和耐久性，其意义重大。(2)各种单一型功能性外加剂的基础性研究及其开发。混凝土外加剂的复合离不开各单一型功能型外加剂这一坚实的物质基础。单一型功能型外加剂研究主要朝着以下几个方向:($).从结构与性能的关系出发，采用“分子设计”手段，研制新型高效且具备一定综合性能的单一型外加剂；(b).从废物利用和环境保护角度出发，利用工农业副产品研制物美价廉的外加剂；(c).对现有常用的外加剂进行改性，改变其分子结构(包括分子量范围、功能基的数目和种类等)，以获得性能更优、使用范围更广的外加剂品种。 近十年多来，世界各国包括我国都在研制高性能混凝土[4]。高性能混凝土将成为跨世纪的新材料。而发展高性能混凝土的关键之一是高效多功能外加剂的研制和应用。因此，为了满足不同工程的需要，研制新型高效多功能的混凝土添加剂不仅具有重大的现实意义，而且还具有广阔的发展前景。