減水劑

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目錄

什麼是減水劑[1]

  減水劑是指在混凝土和易性及水泥用量不變條件下,能減少拌合用水量、提高混凝土強度;或在和易性及強度不變條件下,節約水泥用量的外加劑。

減水劑的種類[2]

  按化學成分主要有木質素系、萘系、水溶性樹脂類、糖蜜類和複合型減水劑等。

  1.木質素系減水劑

  包括木質素磺酸鈣(木鈣)、木質素磺酸鈉(木鈉)、木質素磺酸鎂(木鎂)等。其中木鈣減水劑應用較多。

  木鈣減水劑是以生產紙漿或纖維漿剩餘下來的亞硫酸漿廢液為原料,採用石灰乳中和,經生物發酵除糖、蒸發濃縮、噴霧乾燥而制得的棕黃色粉末。

  木鈣減水劑的適宜摻量,一般為水泥質量的0.2%~0.3%。其減水率為10%~15%,混凝土28d抗壓強度提高10%~20%;若不減水,混凝土坍落度可增大80~100mm;若保持混凝土的抗壓強度 和坍落度不變,可節約水泥用量10%左右。木鈣減水劑對混凝土有緩凝作用,摻量過多或在低溫下,其緩凝作用更為顯著,而且還可能使混凝土強度降低,使用時應註意。

  木鈣減水劑可用於一般混凝土工程,尤其適用於大體積澆築、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。木鈣減水劑不宜單獨用於冬季施工,在日最低氣溫低於5℃,應與早強劑或防凍劑複合使用。木鈣減水劑也不宜單獨用於蒸養混凝土及預應力混凝土,以免蒸養後混凝土錶面出現疏鬆現象。

  2.萘磺酸鹽系減水劑

  萘系減水劑,是用萘或萘的同系物經磺化與甲醇縮回而成。目前,我國生產的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建I型等減水劑,其中大部分品牌為非引氣型減水劑。

  萘系減水劑的適宜摻量為水泥質量的0.5%~1.0%,減水率為10%~25%,混凝土28d強度提高20%以上。萘系減水劑的減水增強效果好,對不同品種水泥的適應性較強。適用於配製早強、高強、流態、蒸養混凝土 。

  3.水溶性樹脂減水劑

  這類減水劑時以一些水溶性樹脂為主要原料製成的減水劑,如三聚氰胺樹脂、古瑪隆樹脂等。該類減水劑增強效果顯著,為高效減水劑,我國產品有SM樹脂減水劑等。

  SM減水劑摻量為水泥質量的0.5%~2.0%,其減水率為15%~27%,混凝土3d強度提高30%~100%,28d強度可提高20%~30%。SM減水劑適於配製高強混凝土、早強混凝土、流態混凝土及蒸養混凝土等。

減水劑的作用及作用機理[1]

  減水劑對新拌混凝土的作用主要表現在以下幾個方面:

  1.減水作用

  產生減水作用的機理主要是由於水泥粒子對減水劑的吸附和減水劑對水泥粒子的分散。減水劑加入混凝土後,將離散成大分子陰離子和金屬陽離子(如Na + Ca2 + )。呈現較強錶面活性的大分子陰離子吸附在水泥粒子的錶面上,使水泥粒子帶負電, 由於相同電荷相互排斥使水泥粒子分散。同時, 由於減水劑是親水性的,吸附層在水泥粒子周圍是溶劑化的膜,也能阻礙水泥凝聚(空間保護作用),因此使水泥粒子和二次凝聚粒子分散開來,釋放出絮凝狀凝聚體中所含的水和空氣,從而達到減水目的。

  2.塑化作用

  混凝土中摻入減水劑後,可在保持水灰比不變的情況下顯著增加流動性,稱之為混凝土的塑化。塑化作用除了吸附分散引起的效果外,還有潤濕和潤滑作用的效果。由於減水劑的這幾種作用,只要使用少量的水就能容易地將混凝土拌合均勻,使新拌混凝土的和易性得到明顯改善

  3.調凝作用

  減水劑在水泥一水體系中解離出的帶電離子能吸附在水泥顆粒錶面使其ζ電位增加,因此體系的穩定時間就較長。同時,這種陰離子吸附膜及由氫鍵締合作用所產生的水膜也會阻礙水泥顆粒與水之間的接觸,減緩水化作用,因而能起緩凝作用。

  • 減水劑的作用機理

  減水劑是一種典型的錶面活性劑,對於任何一種減水劑,其分子結構包括兩部分:極性基和非極性基。極性基吸附在水泥顆粒錶面,主要決定減水劑分子對水泥顆粒礦物成分的親和能力。它表現在對整個減水劑分子或離子的化學性質和物理性質發生影響。減水劑分子(或離子)定向吸附於水泥礦物成分的錶面時, 非極性基朝外, 形成疏水膜層,故影響其疏水性的大小。同時,非極性基也對水泥粒子的親固力和極性基的吸附能力產生影響。

減水劑的進展[3]

  1.普通減水劑

  主要是木質素磺酸鹽及其衍生物,常用的有木質素磺酸鈣和木質素磺酸鈉,又稱為M減水劑,是20世紀50年代前後研究和開發成的。

  木質素磺酸鹽減水劑屬陰離子錶面活性劑.具親水性能,被水泥顆粒吸附可使其錶面的溶劑化水膜增厚,電動電位 提高,有助水泥顆粒分散,有一定的緩凝作用。另外,普通減水劑還包括檸檬酸鹽(鈉),也屬陰離子錶面活性劑,有一定的緩凝作用。

  2.高效減水劑

  主要是聚磺酸鹽類化合物,有萘磺酸鈉甲醛縮合物、多環芳烴磺酸鹽縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物。在20世紀60年代日本與西德開始在混凝土中使用此類化合物,我國20世紀70年代也開始研製和應用,80年代已推廣應用。此類高效減水劑的應用,給混凝土行業帶來變革性變化,它們可用於調配流態化可泵送混凝土.並可提高混凝土的性能。

  近一二十年來,新型高效減水劑的研究和開發也有較快進展,相繼開發成對胺基萘磺酸鹽甲醛縮合物、磺化聚苯乙烯、馬來酸磺酸鹽聚氧乙烯脂、多元醇磺酸鹽、環氧乙烷和環氧丙烷共聚物、磺化脂肪酸聚氧乙烯脂、磺化酮酸縮聚物等,並由此而派生出超塑化劑、流化劑、泵送劑等。高效減水劑的基本特點是:①對水泥有強的分散作用,能大大提高新拌混凝土的流動性;②無促凝或緩凝作用;③引氣作用小,有利降低製品氣孔率。

  3.特效減水劑

  主要是聚羧酸鹽系化合物,包括聚丙烯酸鹽及其共聚物、順丁烯二酸共聚物等。此類化合物是國外20世紀80年代初開發成功的。近一二十年來發展很快,通過改變合成單體的比例,制得了多種複雜的聚丙烯酸鹽接枝共聚物,具有不同的特性,並已獲得廣泛應用

  特效減水劑對水泥漿的分散作用是由於減水劑的分子吸附水泥微粒錶面上,其分散性能取決於帶同種電荷粒子間的靜電斥力和吸附層產生的空間位阻。特效減水劑聚丙烯酸鹽的接枝共聚物分子中具有長的聚乙烯支鏈,它們被粒子吸附後形成空間梳狀排列,其吸附量較小,但其吸附層較厚,能產生強的空間斥力,因此對水泥顆粒的分散作用優於傳統的高效減水劑,而且其摻量也較低。

  4.複合高效減水劑

  將兩種或兩種以上的高效減水劑按一定的比例複合在一起,彌補各組分自身某些性能的不足,同時又使其中的某一性能由於協同作用而產生疊加效應。這類減水劑就稱為複合高效減水劑。複合高效減水劑的組合形式多種多樣,有聚羧酸鹽與木質素磺酸鹽複合,有萘磺酸鹽甲醛縮合物與木質素磺酸鈣複合,有三聚氰胺甲醛縮合物與木質素磺酸鈣複合,有羥酸基烯烴,磺酸基烯烴共聚物等等。複合減水劑不僅能提高減水率,還有助剋服單一減水劑的某些缺點。如萘磺酸鹽系減水劑與木鈣系減水劑複合,可剋服萘磺酸鹽系減水劑的坍落度損失過快的缺點。因此,將兩種或兩種以上高效減水劑按一定比例進行複合是製備高性能高效減水劑的重要途徑之一。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 趙洪義,孫傳勝.混凝土減水劑的研究和應用[J].水泥助磨劑,2012(4)
  2. 第六章 混凝土及砂漿.建築材料.中國地質大學網路課程
  3. 李姿,李江華.淺談混凝土減水劑的進展[J].
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