氨基磺酸盐减水剂的减水机理
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混凝土外加剂应用手册(精简版)2010年9月精品文档目录1 普通减水剂 (3)2 高效减水剂 (4)3 聚羧酸系高性能减水剂 (12)4 早强减水剂 (14)5 缓凝减水剂 (14)6 引气减水剂 (17)7 早强剂 (20)8 缓凝剂 (24)9 引气剂 (33)10 防水剂 (36)11 阻锈剂 (40)12 加气剂 (41)13 膨胀剂 (42)14 防冻剂 (44)15 速凝剂 (47)16 泵送剂 (48)17 保水剂 (50)18 絮凝剂 (50)19 增稠剂 (51)20 保塑剂 (51)21 复配计算 (52)精品文档1 普通减水剂(1)性能普通减水剂对水泥等胶凝材料在水中有良好分散作用,因此能提高水泥拌合物的流动性,而在保持流动性不变时可以降低用水量,一般减水率在10%以下,同时显著改善混凝土的性能如和易性。
有轻度或中度缓凝使混凝土延迟1-4小时凝固。
因此在施行蒸汽养护工艺的混凝土制品生产中要慎用。
因为能降低用水量,因此掺用普通减水剂可以使混凝土各龄期强度都比不掺的基准混凝土高,28d强度可提高5-10%。
当只要求混凝土保持原设计强度时,可以节约水泥10%或更多些。
掺用普通减水剂明显增强混凝土的抗渗、抗冻及耐腐蚀性,对钢筋不产生锈蚀作用,提高了混凝土的耐久性。
具体技术指标见表1。
(2)用途适用于各种现浇及预制(不经蒸养工艺)混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土;普通强度混凝土。
适用于大规模板施工、滑模施工及日最低气温5℃以上混凝土施工。
多用于大体积混凝土、热天施工混凝土、泵送混凝土以及有一般缓凝要求的混凝土。
做为复合减水剂和其他外加剂的原料或做为其中的牺牲剂使用。
精品文档(3)主要品种①木质素磺酸盐可以细分为木质素磺酸盐钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁三种成分,性能指标从钙盐到镁盐依次降低,但与硅酸盐水泥的相容性有所不同。
生产原料为木材、芦苇、竹子、麦草、稻草其中一种造纸的废液。
②多元醇可以细分为糖蜜、糖钙和低聚糖等几种。
减水剂的作用机理和掺入减水剂的技术经济效果
一、减水剂的作用机理
减水剂是一种常用的混凝土添加剂,能够有效降低混凝土的水灰比,改善混凝土的流动性和工作性,从而提高混凝土的强度和耐久性。
减水剂的作用机理主要包括以下几点:
1. 对水泥颗粒的分散作用
减水剂中的表面活性剂能够包裹水泥颗粒,减少颗粒之间的相互作用力,使水泥颗粒更好地分散在混凝土中,提高混凝土的强度和稳定性。
2. 对混凝土流变性能的调节作用
减水剂可以改善混凝土的流变性能,降低混凝土的内摩擦阻力,提高混凝土的流动性和可塑性,有利于混凝土的浇筑和成型。
3. 对水泥水化过程的促进作用
减水剂中的缓凝剂可以延缓水泥水化反应的速度,使混凝土具有更好的流动性和抗渗性,同时可以提高混凝土的初期和终期强度。
二、掺入减水剂的技术经济效果
1. 技术效果
掺入减水剂可以提高混凝土的流动性和工作性,减少混凝土内部的孔隙率,改善混凝土的密实性和外观质量,提高混凝土的抗压强度和抗折强度,延长混凝土的使用寿命。
2. 经济效果
掺入减水剂可以降低水灰比,减少水泥用量,降低混凝土的生产成本,节约材料和能源,提高施工效率,减少工期,降低人工成本和管理成本,提高工程的经济效益,增加企业的竞争力。
综上所述,了解减水剂的作用机理和合理掺入减水剂对混凝土的技术和经济效果具有重要意义,可以为混凝土生产和施工提供技术支持,促进工程的可持续发展和社会经济的繁荣。
减水剂的作用机理是怎样的?在混凝土中加减水剂有何技术经济意义?我国目前常用的有哪几种?减水剂:在混凝土坍落度基本相同的条件下,能减少拌合用水量的外加剂。
减水剂的作用原理:加入适量的减水剂后,其憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面并使之带有相同电荷,在电性斥力作用下水泥颗粒彼此相互排斥,絮凝结构解体,关闭于其中的游离水被释放出来,从而在不增加拌和用水量的情况下,有效的增大了混凝土的流动性。
另一方面减水剂分子的亲水基团朝向水溶液作定向排列,其极性很强易于与水分子以氢键形式结合,在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜,有利于水泥颗粒的滑动,也更强化了水对水泥颗粒的润湿作用。
使用减水剂的技术经济意义:1)在保持用水量不变的情况下,可使混凝土拌合物的坍落度增大100~200mm。
2)在保持坍落度不变的情况下,可使混凝土的用水量减少10%~15%,高效减水剂可减水20%以上,抗压强度可提高15%~40%。
3)在保持坍落度和混凝土抗压强度不变的情况下,可节约水泥10%~15%。
4)由于混凝土的用水量减少,泌水和骨料离析现象得到改善,可大大提高混凝土的抗渗性,一般混凝土的渗水性可降低40%~80%。
5)可减慢水泥水化初期的水化放热速度,有利于减小大体积混凝土的温度应力,减少开裂现象。
我国常用的减水剂种类:普通减水剂:以木质磺酸盐类为主,有木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁及丹宁等。
高效减水剂:多环芳香族磺酸盐类:主要有萘和萘的同系磺化物与甲醛缩合的盐类、胺基磺酸盐等。
水溶性树脂磺酸盐类:主要成分为磺化三聚氰胺树脂、磺化古玛隆树脂等。
脂肪族类:主要有聚羧酸盐类、聚丙烯酸盐类、脂肪族羟甲基璜酸盐高缩聚物等。
其他:改性木质素磺酸钙、改性丹宁等。
混凝土的减水剂原理混凝土的减水剂是一种可以降低混凝土水泥用量,同时改善混凝土工作性能的特殊添加剂。
它的主要原理是通过改变水泥浆的物理和化学特性,控制水泥颗粒之间的相互作用力,从而减少混凝土的黏性和内聚力,提高混凝土的流动性。
下面将从减水剂的分类、作用机理以及使用注意事项等方面进行详细说明。
首先,减水剂可以分为两大类,即化学减水剂和物理减水剂。
化学减水剂是指通过化学反应改变水泥浆的物理状态,减少颗粒间的粘附力和内聚力的一种添加剂。
常见的有磺酸盐基减水剂和醚基减水剂。
磺酸盐基减水剂是通过磺化作用将硫酸钠或者磺酸与水泥浆中的Ca2+离子发生反应,形成可溶性的化合物,减少了水泥颗粒之间的静电吸引力和表面吸附力,从而降低了混凝土的粘性和黏度。
醚基减水剂则是通过高分子聚合物的化学结构调整,改变水泥浆中水的吸附行为,使水泥颗粒之间的表面电荷得以中和,从而降低了水泥浆的黏性和表面张力。
物理减水剂主要利用物理吸附和离子亲和力来改变水泥浆的性质,从而达到减水的效果。
常见的有纳米级减水剂和微米级减水剂。
纳米级减水剂是由纳米技术制备的一种物理性高分子添加剂,在混凝土中形成一种纳米级的空腔结构,减少了水泥颗粒间的相互作用力,提高了混凝土的流动性。
微米级减水剂则是利用微粒的大小和表面特性,通过吸附作用使水泥颗粒之间的相互作用力降低,改善了混凝土的黏性和流动性。
无论是化学减水剂还是物理减水剂,它们的作用机理都是通过改变水泥浆的力学特性来实现减水的效果。
具体来说,减水剂在混凝土中的作用主要有以下几方面:1. 减少黏性和内聚力:减水剂可以改变水泥浆的物理状态,分散水泥颗粒,减少粒间黏着力和内聚力,从而降低混凝土的黏性,使其流动性更好。
2. 降低水化热:减水剂可以延缓水泥的水化反应,降低水泥浆的水化热释放,减少温度升高带来的体积收缩和开裂的风险。
3. 提高流动性和可泵性:减水剂可以增加混凝土的流动度,使其更易于施工和加工,提高混凝土的可泵性,减少施工过程中的劳动强度。
减水剂的作用机理和应用效果减水剂是混凝土中常用的一种添加剂,它在混凝土配合比设计中起着至关重要的作用。
本文将详细介绍减水剂的作用机理和应用效果。
减水剂的作用机理减水剂是一种能够显著降低混凝土配合比,提高混凝土可流动性和减少内部摩擦阻力的化学添加剂。
减水剂通过以下机理实现对混凝土的改性作用:1.吸附作用:减水剂的分子结构中常含有亲水基团和疏水基团,这两类基团可在混凝土中与水泥颗粒表面及水泥胶体之间形成吸附层,从而降低水泥颗粒间的相互吸引力,减小颗粒团聚,提高混凝土的流动性。
2.分散作用:减水剂在混凝土中以分散态分散水泥颗粒,同时通过在水泥胶体表面吸附形成高分子薄膜,使水泥颗粒之间的摩擦力降低,进而提高混凝土的流动性。
3.徐变作用:减水剂可改变混凝土的流变性质,延长凝结时间,增加初凝后混凝土的可塑性和延展性。
减水剂的应用效果减水剂在混凝土中的应用效果主要体现在以下几个方面:1.提高混凝土工作性:减水剂能有效降低混凝土的粘稠度,提高混凝土的可塑性和可流动性,有利于混凝土的浇筑和施工。
2.减少混凝土水灰比:减水剂的使用可以显著降低混凝土的水灰比,降低混凝土的成本,在保证混凝土强度、耐久性的前提下,节约水泥用量。
3.改进混凝土性能:减水剂可以改善混凝土的抗渗性、抗裂性、抗冻融性等性能,使混凝土具有更好的工程性能和使用寿命。
4.提高混凝土强度:适量的减水剂能够提高混凝土的早期和后期强度,改善混凝土的力学性能,使混凝土更加坚固耐用。
总的来说,减水剂作为混凝土添加剂,在混凝土的配制中起着至关重要的作用。
它通过调节混凝土的物理性质和工作性能,提高混凝土的力学性能,从而保证混凝土的质量,并在工程实践中取得良好的应用效果。
混凝土减水剂种类及规格一、简介混凝土减水剂是一种化学添加剂,可以减少混凝土中的水含量,从而提高混凝土的强度和耐久性。
混凝土减水剂的种类繁多,具体规格也各不相同。
本文将对混凝土减水剂的种类及规格进行详细介绍。
二、常见种类1. 功能性减水剂功能性减水剂可以减少混凝土中的水含量,并且还可以改善混凝土的工作性能。
这种减水剂通常是一种高效的混凝土添加剂,可以大大提高混凝土的强度和耐久性。
常见的功能性减水剂有聚羧酸系列、磺酸盐系列、醇胺系列、醚羧酸系列等。
2. 氨基磺酸盐减水剂氨基磺酸盐减水剂是一种常见的减水剂,它可以在混凝土中起到减少水含量的作用,并且在混凝土的早期强度提高方面有良好的效果。
氨基磺酸盐减水剂的主要成分是氨基磺酸盐,它可以与混凝土中的水分子形成氢键,从而减少混凝土中的水含量。
3. 改性沥青酸盐减水剂改性沥青酸盐减水剂是一种基于改性沥青酸盐的混凝土减水剂。
它可以在混凝土中起到减少水含量的作用,并且还可以改善混凝土的流动性和工作性能。
改性沥青酸盐减水剂的主要成分是改性沥青酸盐,它可以与混凝土中的水分子形成氢键,从而减少混凝土中的水含量。
4. 硅酸盐减水剂硅酸盐减水剂是一种基于硅酸盐的混凝土减水剂。
它可以在混凝土中起到减少水含量的作用,并且还可以改善混凝土的流动性和工作性能。
硅酸盐减水剂的主要成分是硅酸盐,它可以与混凝土中的水分子形成氢键,从而减少混凝土中的水含量。
三、规格要求混凝土减水剂的规格要求主要包括以下几个方面:1. 化学成分混凝土减水剂的化学成分应符合国家标准或行业标准的要求。
化学成分应稳定,不得含有有害物质。
2. 减水率混凝土减水剂的减水率应符合国家标准或行业标准的要求。
减水率应稳定,不得出现波动。
3. 施工性能混凝土减水剂的施工性能应符合国家标准或行业标准的要求。
施工性能包括流动性、坍落度、凝结时间等指标。
4. 储存条件混凝土减水剂的储存条件应符合国家标准或行业标准的要求。
通常要求储存温度低于30℃,防止阳光直射和雨淋。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!综述与论坛!!高效减水剂又称超塑化剂,是一类显著减少新拌混凝土用水量、提高混凝土性能、延长混凝土使用寿命,或在保持混凝土性能和使用寿命基本不变的基础上较大幅度减少水泥用量的化学添加剂[1]。
!!采用高效减水剂技术,既可以制备高性能混凝土,广泛应用于高层建筑、大型堤坝、公路、桥梁、隧道、国防等建设工程中,在经济建设和社会发展中发挥重大作用;又可以在保证工程质量的前提下,较大幅度地减少水泥用量,从而减少水泥生产过程中的能耗、物耗和二氧化碳等污染物的排放量。
因此,开展高效减水剂研究不仅具有显著的经济意义,而且还具有重大的社会意义[2,3]。
!!减水剂的发展大致可以分为3个阶段[4]:第一个阶段:20世纪30年代到60年代,以松香酸钠、木质素磺酸钠、硬脂酸盐等有机化合物为代表的普通减水剂,其减水率在8%—10%范围。
第二个阶段:20世纪60年代到80年代末,以萘磺酸盐甲醛缩聚物(SNF)、对氨基苯磺酸/苯酚/甲醛缩聚物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物(SMF)为代表的高效减水剂,其减水率增大到15%—25%。
第三个阶段:20世纪90年代至今,以羧酸类聚合物为代表的高效减水剂,其减水率高达25%—35%,典型的分子结构式为:!!R′=H,CH3;n=9,23,35;a,b,c为大于1的整数。
1高效减水剂的种类!!高效减水剂的种类很多:(1)按功能分为引气型、早强型、缓凝型、保塑型高效减水剂等;(2)按主要原料分为萘系、蒽系、三聚氰胺系、古马隆系、氨基磺酸盐系、羧酸系高效减水剂等;(3)按减水作用基团的不同可分为磺酸盐系和羧酸盐系高效减水剂[5,6]。
本文采用(3)分类方法(亦国内外常用之分类方法)介绍高效混凝土减水剂[7,8]。
1.1磺酸盐系减水剂!!现在常用的磺酸盐系减水剂主要有煤焦油系、三聚氰胺系和氨基磺酸盐系3大类。
1.1.1煤焦油系减水剂!!煤焦油系减水剂因其生产原料来自煤焦油中的不同馏份而得名。
氨基磺酸系高效减水剂合成及应用研究氨基磺酸系高效减水剂是一种重要的建筑材料添加剂,广泛应用于混凝土生产中。
该类减水剂具有较好的减水效果,能够显著降低混凝土的水泥用量,提高混凝土的可塑性和流动性,提高混凝土的强度和耐久性。
为了满足建筑行业对高效减水剂的需求,研究人员对氨基磺酸系高效减水剂的合成和应用进行了深入的研究。
下面我将就此作一详细介绍。
氨基磺酸系高效减水剂的合成可分为两个步骤:一是氨基磺酸的合成,二是氨基磺酸与环氧丙烷的缩合反应。
以氨基磺酸和环氧丙烷为原料,通过适当的反应条件即可合成出高效减水剂。
氨基磺酸系高效减水剂的应用主要有以下几个方面:1.提高混凝土的可塑性和流动性。
减水剂可降低混凝土的黏着性和内摩擦力,改善流动性并提高可塑性。
2.减少混凝土的水泥用量。
减水剂可显著降低混凝土的水泥用量,降低生产成本。
3.提高混凝土的强度和耐久性。
减水剂可提高混凝土的密实性和耐久性,使混凝土更加坚固和耐用。
4.改善混凝土的抗裂性能。
减水剂可改善混凝土的抗裂性能,降低混凝土的收缩率和开裂倾向。
取得高效减水剂的最佳效果需要注意以下几点:1.将减水剂充分混合均匀。
应充分混合均匀减水剂和水泥等混凝土材料,确保减水剂能够充分发挥作用。
2.掌握减水剂的合理掺量。
减水剂的合理掺量应以保证混凝土流动性能的基础上尽可能减少混凝土的水泥用量。
3.按照正确的使用方法。
减水剂一般要在水泥和骨料混合之前添加,不能直接添加到水泥中。
在混凝土的生产过程中应恰当分段掺入。
综上所述,氨基磺酸系高效减水剂是一种功能强大的建筑材料添加剂,能够显著提高混凝土的可塑性和流动性,减少混凝土的水泥用量,提高混凝土的强度和耐久性,改善混凝土的抗裂性能。
合理使用减水剂可以提高混凝土的生产效率,降低生产成本,使混凝土更具有实用价值和经济价值。
第三章-_混凝土化学外加剂第三章混凝土化学外加剂外加剂的进展概况外加剂是混凝土材料中不可缺少的第五种组分,是二十世纪混凝土技术的一场革命。
1935年美国的E1>. W. Scripture第一研制成功了木质素磺酸盐为要紧成份的减水剂,该外加剂的出此刻那时改善新拌混凝土的塑性,提高硬化混凝土的强度、工艺技术的改善等方面起到了重要的作用1962年日本花王石碱公司服部健一等人第一活着界上研制成功了主成份为萘磺酸甲醛缩合物钠盐的高效减水剂。
与木质素磺酸盐相较,这种高效减水剂具有减水率高,大体不阻碍混凝土的凝结时刻,不引气等特点1964年德国的Aignesberger等人研制成功了磺化三聚氰胺甲醛树脂的减水剂,该外加剂具有减水率高,大体不阻碍混凝土的凝结时刻,不引气,早强成效好,对蒸养混凝土制品的适应性好等优势,三聚氰胺系列的高效减水剂的诞生为德国泵送混凝土的全面崛起发挥了重要的作用。
有人把引气剂、减水剂所代表的年代称为混凝土外加剂的第一个黄金时期,而把现代百花争艳的各类外加剂的开发称作混凝土外加剂的第二个黄金时期自1982年成立混凝土外加剂专业委员会和外加剂协会以来,我国混凝土外加剂的研究开发、生产及应用已走上标准化、标准化的正确轨道,加速了我国混凝土外加剂科学化、产业化的进程。
外加剂的进展历程:国际:上个世纪30年代开始我国:上个世纪50年代开始70年代外加剂行业开始兴起1982年成立了中国混凝土外加剂学会1986年成立了中国混凝土外加剂协会通过近30年的尽力,我国的外加剂行业已经取得长足的进展。
混凝土化学外加剂:能有效改善混凝土某项或多项性能,其掺量一样在水泥量的5%以下,却能显著改善混凝土和易性、凝结时刻、强度、耐久性及节约水泥的一类材料。
概念减少泌水和离析大幅度提高可泵性减小坍落度损失新拌混凝土延缓或减少水化热阻止或减缓混凝土中钢筋的锈蚀操纵与减缓混凝土收缩或膨胀破坏硬化混凝土外加剂的分类按其要紧功能分为四类:(1)改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。
减水剂作用机理范文减水剂是一种常用的混凝土掺合剂,用于有效减少混凝土水灰比,提高混凝土设计强度、改善混凝土的工作性能以及减少混凝土收缩等问题。
减水剂的作用机理是通过调节混凝土水灰比、改善混凝土颗粒间的相互作用力以及水化反应过程中的固液界面性质等方面来实现的。
一、减水剂的化学作用机理减水剂的主要成分是有机界面活性剂,其分子结构中含有亲水基团和疏水基团。
在水化反应过程中,减水剂分子通过两个功能基团的活性竞争与水泥粒子表面反应,从而形成一层稀薄的吸附膜,该膜能够改变水泥颗粒间的静电作用力、分散水泥颗粒并控制水泥凝聚体的晶体形态,从而降低混凝土内的摩擦阻力和黏着力,使得混凝土的流动性能增加。
具体而言,减水剂分子中的疏水基团与水泥粒子表面的游离离子和水化产物相互吸附形成一个带正电荷的层,亲水基团与水中的水分分子相互作用形成水膜。
这种吸附膜的形成将降低水泥粒子间的静电排斥力,并抑制水泥颗粒的凝聚作用,进而使得混凝土的水泥消散化反应发生在颗粒间隙内,即水泥颗粒的表面积增加,形成更多的氢键和离子键,提高了水化反应速率,从而缩短了混凝土的凝结时间。
同时,减水剂还能通过抑制水泥浆液的黏性作用,降低流动度的损失。
此外,减水剂还能在混凝土中形成孔结构,将细小的气泡均匀分布在混凝土中,有效地降低了混凝土内部的水灰比。
这些孔结构既能够减轻混凝土收缩,又能够促进混凝土中自由水的挥发,以提高混凝土整体的抗渗透性和耐久性。
二、减水剂的物理作用机理除了化学作用机理,减水剂还具有一定的物理作用机理。
减水剂可以在混凝土中形成一层物理屏障,阻止水分进入混凝土的微观孔隙中,从而有效地减少了混凝土的孔隙率和渗透性,提高混凝土的密实性和耐久性。
减水剂还能通过形成非常稳定的微粒分散体系,使其持续存在于混凝土中,从而产生持续的减水效果。
减水剂在混凝土中的分散作用可以通过两种方式实现。
一种是通过表面活性剂中亲水基团与水分子形成水膜,从而阻止水泥颗粒间的聚集;另一种是通过吸附剂与水化产物之间的物理吸附作用,将水化产物分散均匀地吸附在减水剂分子的表面,从而防止其团聚。
减水作用机理
减水作用是指通过添加化学物质来降低混凝土或水泥浆液中的水含量的过程。
减水剂是一种常用的化学添加剂,它可以改变水泥浆液的流动性和凝结时间,从而提高混凝土的可操作性和性能。
减水剂的作用机理主要有以下几个方面:
1. 吸附作用:减水剂中的活性成分可以与水泥颗粒表面的氢键结合,形成吸附层。
这一吸附层可以阻止水泥颗粒之间的互相吸引力,减少水泥颗粒间的摩擦力,从而提高混凝土的流动性。
2. 分散作用:减水剂中的分散剂能够与水泥颗粒表面的氢键结合,使水泥颗粒表面带有同性电荷,从而使颗粒间的静电斥力增加。
这种静电斥力可以有效地分散水泥颗粒,防止颗粒之间的聚集,提高混凝土的流动性。
3. 润湿作用:减水剂中的润湿剂能够降低水泥颗粒表面的表面张力,使水泥颗粒更容易被水湿润。
这样,水泥颗粒与水之间的接触面积增加,水分更容易进入水泥颗粒内部,从而提高混凝土的流动性。
4. 凝结调节作用:减水剂中的凝结调节剂可以改变水泥浆液的凝结时间。
凝结调节剂可以延缓水泥浆液的凝结时间,使混凝土在搅拌、运输和浇筑过程中保持流动性。
这样,施工人员有足够的时间来完成混凝土的施工工作。
减水剂的作用机理使得混凝土的施工更加方便快捷,提高了混凝土的可操作性和性能。
利用减水剂可以实现混凝土的节水施工,减少水泥的用量,降低施工成本。
同时,减水剂还可以提高混凝土的耐久性,减少混凝土的收缩和裂缝,延长混凝土的使用寿命。
减水剂的作用机理是通过吸附、分散、润湿和凝结调节等多种方式来改善混凝土的流动性和性能。
减水剂的使用可以提高混凝土的可操作性、耐久性和使用寿命,为工程施工提供便利。
氨基磺酸盐高效减水剂研究现状与发展趋势目前国内研制生产且被广泛使用的高效减水剂,按照其化学成分分类主要有:改性木质素磺酸盐高效减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、氨基磺酸盐系高效减水剂、聚羧酸盐系高效减水剂]1 , 2 ]。
高效减水剂的作用主要有:(1)在保持拌和物水灰比不变的情况下,改善其工作性;(2)在保持和易性不变的前提下,掺入减水剂可以使混凝土单位用水量减少,提高混凝土强度。
(3)在保持混凝土强度不变的前提下,使用减水剂可以降低单位水泥用量]1, 2]。
最新统计资料表明我国高效减水剂年产量已有93.7万t,非萘系高效减水剂占17.4%,氨基磺酸系高效减水剂产品在全国18个省、市生产,年产量达9.5万t :3]o氨基磺酸系高效减水剂由于生产工艺简单,是当前国内外最具有发展前途的高效减水剂之一[4]o1氨基磺酸系高效减水剂的分子结构及性能特点氨基磺酸系高效减水剂是由单环芳烃衍生物苯酚类化合物、对氨基苯磺酸和甲醛在一定温热含水条件下缩合而成。
其中苯酚类化合物可以是一元酚、多元酚或烷基酚、双酚,也可以是以上化合物的亲核取代衍生物。
甲醛也可以用乙醛、糠醛、三聚甲醛等代替:5, 6 ]。
到目前为止,氨基磺酸系高效减水剂确切的分子结构不是很清楚,但是普遍认同得基本的分子单元如图1 [5 ]所示。
W I訊坯議醜系高效耳水剂的通式R 为一£ --阳4乩-戍-CH恣0H由图1可知,氨基磺酸盐高效减水剂属于芳香烃环状结构。
线性结构主链上含有大量的磺酸基(—SO3H)、氨基(-NH2)、烃基(-0H)等亲水性官能团,其中主导官能团是磺酸基(-SO3H)。
憎水主链由苯基和亚甲基交替链接而成,因其分子结构特点是长支链,短主链,其分子的极性很强。
独特的分子结构赋予氨基磺酸系高效减水剂许多不同于萘、蒽等磺酸盐减水剂的优良性能。
亲水性官能团朝向水溶液,容易以氢键的形式与水分子缔合,在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜,阻止水泥颗粒之间的直接接触,起到了润滑作用,因此氨基磺酸盐高效减水剂具有极强的分散作用和防止坍落度损失的能力。
在水泥浆中,高效减水剂的有机分子长链在水泥微粒表面呈现各种吸附状态,不同的吸附态影响混凝土的坍落度经时变化。
研究表明,由于氨基磺酸类高效减水剂是二元缩合形成,减水剂分子在水泥颗粒表面呈环状、引线状和齿轮状吸附,而且Z电位随着时间降低得也少,可以使水泥粒子之间的静电斥力呈现立体交错纵横式,对水泥粒子之间的凝聚作用阻碍较大,分散系统的稳定性能好,因此掺量小,减水率高,坍落度经时损失小,最适合用于水灰比小的高性能 混凝土 [ 7]。
2氨基磺酸系高效减水剂的合成工艺 2. 1合成机理氨基磺酸系高效减水剂的合成反应过程分两个步骤: 第一步是羟甲基化反应。
首先苯酚 等活性单体与甲醛在一定 pH 值和温度条件下发生加成反应, 产生多种羟甲基衍生物[8,9 ] 甲醛的碳氧双键(羰基)包含一个n 键和一个b 键,由于氧原子的电负性大于碳原子,所以 碳氧之间的电子云偏向氧, 羰基氧带部分负电, 羰基碳带部分正电。
带负电的氧比带正电的碳稳定,因此在双键处容易发生加成反应。
甲醛分子中的羰基直接与两个氢原子相连, 这一 结构上的特点决定它的化学性质比其他醛活泼。
反应分两步进行,首先是带负电荷的原子或原子团加成到带正电荷的羰基碳上,后带正 电荷的原子或原子团加成到碳基氧原子上, 生成一羟甲基苯酚。
决定反应速度的是第一步反 应。
如果甲醛量足够多,甲醛会继续进攻一羟甲基苯酚的另一个邻位,生成二羟甲基苯酚。
甲醛与对氨基苯磺酸钠的加成反应是由于甲醛对对氨基苯磺酸钠的亲电进攻而引起的。
对于对氨基苯磺酸钠而言,其苯环上已经有两个定位基:—NH2与—S03Na ,其中—NH2 是给出电子的定位基,使得苯环电子云密度增加, 还发生超共轭现象, 这使其邻、对位碳原 子活泼;而-S03Na 是吸电子取代基,使苯环上电子云密度下降,诱导效应使其邻、对位 上电子云密度下降程度大于间位。
综合作用下,-NH2的邻、对位的碳原子最为活泼,易 发生化学反应,甲醛上带正电的羰基碳借助- NH2的邻位上碳原子提供的电子对形成碳-碳键,发生羟甲基化反应生成一羟甲基对氨基苯磺酸钠。
如果甲醛量足够多,甲醛会继续进攻一羟甲基对氨基苯磺酸钠的另一个邻位,生成二羟甲基对氨基苯磺酸钠] 14]。
在氨基磺酸盐高效减水剂合成过程中影响其分散性能的主要因素包括减水剂分子量、磺 酸基含量和pH 值等]15]。
因此合成反应第二步是在控制好反应条件包括酸碱度、反应 温度和反应时间的前提下, 使多种羟甲基衍生物按照分子设计的目标发生缩合反应,达到理想的分子聚合度,缩合反应生成的减水剂可能的分子 结构如图2所示。
图2编介反应生成的减水列分r 结构用2. 2合成工艺氨基磺酸系高效减水剂的合成工艺路线分为酸性和碱性两种] 本工艺路线如图3、图4 所示。
10,16],合成反应的基* z >静i Jiilt.ri' H | _!畀阳3 酸性反应的施世图3氨基磺酸系高效减水剂的的研发现状3. 1国外研发现状氨基磺酸系高效减水剂在国外的研发及应用经历了几个阶段。
最初国外有人发现含有羟基化合物与含有芳环的化合物反应的产物能够作为水泥分散剂使用。
Tucker用芳香族磺酸与甲醛的缩合物作为水泥分散剂使用。
Ritez等介绍了用苯酚、苯酚磺酸和双羟基苯亚酚与甲醛、亚硫酸氢盐的缩合物用作水泥分散剂]15]。
后来国外的研究重点是运用苯酚等酚类物质和对氨基苯磺酸(钠)、甲醛等在水溶液中缩聚,通过控制反应条件,开发出具有较高减水作用和能够有效控制混凝土坍落度损失的高效减水剂。
据资料报道,在日本,氨基磺酸盐系减水剂于20世纪80年代末得到开发和广泛应用,目前占日本外加剂用量的7%。
安部太郎等用对氨基苯磺酸、双酚S、苯甲酚与甲醛的缩合物作为高效减水剂。
因幡芳树等用双酚A(或双酚S)、对氨基苯磺酸、甲醛的缩合物与硝酸盐或亚硝酸盐复配,掺入混凝土后改善了混凝土抗冻融性,提高了混凝土的早期强度]15]。
3. 2国内研发现状国内到了1990年以后才开始对氨基磺酸盐高效减水剂进行研究,目前在工程上的应用主要是作为主要减水成分,与其他外加剂复合,配制各种高性能、多功能复合外加剂,如缓凝高效减水剂、高效防冻剂、高效泵送剂等。
国内进行的研究主要在以下几个方面:(1)优化工艺、提高性能清华大学的冯乃谦等在实验室采用碱性合成路线合成了氨基磺酸盐高效减水剂并进行了中试生产。
这类高效减水剂除具有很高的分散性(减水率达30%)外,还具有控制坍落度损失的功能(2 h内坍落度基本不变)[17];蒋新元、邱学青等在碱性条件下合成了氨基磺酸系高效减水剂ASP,减水率高、坍落度损失小,但价格较高、混凝土保水性差,限制了其应用。
陈国新、祝烨然等根据分子设计的原则,采用酸性合成反应路线,进行了氨基磺酸系高效减水剂的实验室合成实验。
主要反应过程是酚的羟甲基化、酸性条件下的缩合反应和碱性条件下的分子重排反应。
产物的化学结构特点是分支多、疏水基分子段较短、极性较强]16]。
(2)改性研究改性的目的是在保持优良性能的前提下,降低其生产成本,克服其易离析泌水等缺点。
主要改性方法之一是进行化学反应改性:通过对原材料的深入研究,选择比较满意的反应单体,依据官能团理论,通过分子结构设计,在氨基磺酸盐高效减水剂的分子结构上引入表面活性基团,最终合成产物获得理想的性能。
哈尔滨工业大学的鲍立楠、西安建筑科技大学的何娟等以部分活性单体尿素取代苯酚研究了合成了改性氨基磺酸系高效减水剂]14,21]。
北京建筑研究院的李宁、杨国武针对氨基磺酸盐高效减水剂与引气剂复配性能差、消泡等缺点,通过改进分子结构,设计了一种新型的氨基磺酸盐高效减水剂,混凝土含气量大大提高,与引气剂复配性能好,解决了氨基磺酸盐高效减水剂在高寒地区应用抗冻融差的问题[20];氨基磺酸系减水剂的另一种改性方法是与聚氧烯烃类化合物缩聚,合成全称为聚苯乙烯磺酸盐聚合物树脂的减水剂。
这种减水剂综合聚羧酸系和氨基磺酸系两类优良高效减水剂的优点,最终得到更加优秀的工作性和早期强度。
石油科学研究院曾系统研究了聚苯乙烯的合成方法及磺化方法,合成了分子质量在15 000- 20 000范围的聚苯乙烯磺酸钙盐。
在掺量为0.5%时,其净浆流动度可达227 mm。
另外一种生产方法为利用回收的废聚苯乙烯泡沫塑料来生产这种减水剂。
因受到原料纯度的影响,减水率要低一些,并有一定的引气性]6];还有一种改性方法就是物理改性,不同的外加剂组分按剂量合理搭配,以体现互补关系和叠代效应,从而使混凝土外加剂各组分取长补短,协同发挥作用。
蒋新元、邱学青等通过将ASP与改性木钙GCL 1-3 A及保水剂按一定比例配伍,制成了改性氨基磺酸系高性能减水剂ASG。
ASG起泡性能和泡沫稳定性好,可提高混凝土的分散性能和保水性能,也使混凝土和易性及强度得到改善[18]。
4存在问题与发展趋势[5]目前影响氨基磺酸盐高效减水剂推广应用的主要问题:(1)原料价格偏贵,生产成本偏高;(2)应用过程中对掺量比较敏感,若掺量过低,混凝土坍落度较小,若掺量过大,则容易使水泥离析泌水现象严重,在施工中很难掌握;(3)原料中苯酚、甲醛等均为易挥发的有毒物质,对环境和工作人员不利。
发展趋势为以下几点:(1)进行化学反应改性,或者是与价格比较便宜的减水剂如木质磺酸盐系,进行化学反应改性或物理复配。
在保持原有高减水率、大_坍落度、坍落度经时损失小的基础上,降低生产成本,同时克服对掺量敏感、泌水率高、混凝土易离析的缺点。
(2)深入优化合成反应的工艺参数,以降低苯酚或甲醛在产品中的残余含量,同时用无毒或低毒的物质取代或部分取代苯酚或甲醛来生产绿色氨基磺酸盐高效减水剂,以减少或消除生产和使用过程中对环境所造成的污染。
(3)加强对氨基磺酸盐等高性能减水剂的减水作用机理及掺加高性能减水剂后对土性混凝能的影响等方面的理论研究。