四混凝土外加剂(“混凝土”)共53张课件.pptx
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- 混凝土 外加 53 课件
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1、四混凝土外加剂四混凝土外加剂基本概念v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。v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。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为什么要使用外加剂?v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。v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;
2、v现在有7080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;加快或延缓凝结时间;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。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(一)化学外加剂种类:v按照组成有:有机质和无机质外加剂有机质表面活性物质无机质电解质盐类化合物v按照功能有:改善和易性:减水剂、泵送剂、引气剂等;调节凝结时间:速凝剂、缓凝剂、早强剂等;减少塑性收缩:减缩剂、膨胀剂等;提高耐久性:引气剂、阻锈剂、防水剂等;其它:防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。(一)化学外加剂
3、种类:混凝土外加剂的发展 1885 氯化钙(促凝剂)的专利 1925 水密性外加剂 1930 铝 粉(发泡剂)1932 萘磺酸甲醛缩合物(碱水剂)1938 引气剂 1938 早强剂与缓凝剂 1939 木质磺酸盐(碱水剂)1950 消泡剂 1955 冰点降低剂 1960 密胺树脂(碱水剂)1993 聚丙烯酸(碱水剂)1997 聚羧酸脂(碱水剂)混凝土外加剂的发展 1 8 8 5 1、减水剂 Water Reducersv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。v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。v
4、种类:减水效果l普通减水剂(也称塑化剂,Plasticiser);l高效减水剂(也称超塑化剂,Superplasticiser)。复合功能l早强减水剂;l缓凝减水剂;l引气减水剂。1、减水剂 Wa t e r R e d u c e r s 减水剂功能上1)减水剂的组成与分子结构特点 v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-、NH 3+等;碳氢分子链,带有羟基,如:烷烃基、芳香烃基等。v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2)减水剂的
5、物理化学特征v可溶于水,能显著降低水的表面张力;v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。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;3)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。坍落度坍落度(inch)(inch)减水剂掺量减水剂掺量(水泥质量的水泥质量的)
6、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水灰比减水剂掺量减水剂掺量(水泥质量的水泥质量的)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 3)减水剂的作用效果 通过湿润、润滑、分散4)减水剂的作用机理v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v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,
7、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;v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4)减水剂的作用机理当没有减水剂时,水泥加水后,不能获得均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剂分散水泥的机理 加减水剂前 问题:试从水泥浆的组成与分散体结构,分析减水剂的作用机理?解答:1)由于水泥颗粒之间和水泥颗粒与水之间的的相互吸力,导致水泥颗粒
8、在水中分散困难,水泥颗粒容易相互粘聚形成絮凝结构,有1030%的拌和水被包含在其中,从而降低了水泥浆的流动性。2)当减水剂加入水泥浆中,减水剂分子吸附在水泥颗粒表面,作定向排列,组成了单分子或多分子吸附层,使水泥浆结构发生了的变化:水泥颗粒表面带相同电荷,相互间的静电斥力使水泥颗粒易于分散;减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒表面溶剂化层增厚,产生空间位阻,增加了水泥颗粒间的滑动能力,减少了粘滞性,增加润滑性;水泥颗粒易于湿润,自动粘聚能力减弱,塑化能力增强。问题:试从水泥浆的组成与分散体结构,分析减水剂的作用机理?5)减水剂的品种及其应用v普通减水剂v高效减水剂5)减水剂的品种及其应用普通减水
9、剂普通减水剂 Water-reducerv特点:一般含有杂质;减水率较小,约10%;有一些副作用;v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普通减水剂 Wa t e r-r e d u c e r 特点:高效减水剂 High-range Water-reducerv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。v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
10、,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;高效减水剂的应用,成为混凝土技术发展里程一个重要的里程碑,应用它可以配制出流动性满足施工需要且水灰比低,因此强度很高的高强混凝土、可以自行流动成型密实的自密实混凝土,以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土。高效减水剂 H i g h-r a n g e Wa t e r-r e d u c e r高效减水剂的作用机理v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;v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
11、;聚羧酸脂系高效减水剂的作用机理(空间位阻)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减水剂的技术经济效果v在保持用水量不变的情况下,使拌和物的坍落度增大100200mm;v在保持坍落度不变的情况下,使用水量减少10%15%,抗压强度增加15%40%;v在保持坍落度和强度不变的情况下,可节约水泥10%15%;v混凝土的渗水性可降低40%80%;v可减慢水泥水化初期的放热速度,减少开裂现象。不同减水剂的减水率木质磺酸盐 515%密胺树脂 525%萘磺酸盐甲醛缩合物 1525%聚丙烯酸盐 2030%聚羧酸脂 2540%减水剂的技术经济效果在保持用水量不变的情况下,使拌和物的坍落减
12、水剂使用中的几个注意的问题v减水剂水泥相容性问题v混凝土拌合物坍落度损失问题减水剂使用中的几个注意的问题减水剂水泥相容性问题减水剂水泥的相容性与坍落度损失v相容性,过去称“适应性”,是指减水剂与水泥之间是否有不利于减水剂效率发挥的相互作用。v相容性好表现为减水率大、坍落度损失小,拌合物和易性良好。v一般来说,C3A含量高的水泥与高效减水剂的相容性较差;此外,用含碱量大、放热量大的水泥时,通常相容性较差。v相容性好坏可以用净浆流动度测定方法评价减水剂水泥的相容性与坍落度损失相容性,过去称“适应性”,是水泥高效减水剂相容性及其检测研究 流动度(cm)流动度(cm)水泥与减水剂相容性好水泥与减水剂相
13、容性不好水泥与减水剂相容性好水泥与减水剂相容性不好水泥高效减水剂相容性及其检测研究 流动度(c m)流动度(c减水剂水泥的适应性 当水泥的C3A含量大于6%时,掺木质磺酸盐后反而会使混凝土的水灰比增大。70年代以后,萘系和密胺两个系列的高效减水剂开始在国内外逐步推广应用。但其中最大的障碍就是掺有这类外加剂后,混凝土坍落度损失迅速,无法满足长途运送与长距离泵送工艺的要求。减水剂水泥的适应性 当水泥的C 3 A 含量大于6%时,延缓坍落度损失的措施 后掺法与多次添加法;载体流化剂法;与缓凝剂复合使用;超剂量添加法;开发新系列高效减水剂。延缓坍落度损失的措施 后掺法与多次添加法;2、引气剂v什么是引
14、气剂?能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小气泡(孔径为0.012mm),并在硬化后仍能稳定存在的外加剂。v组成特点:带有憎水基和亲水基的表面活性剂v物理化学特性:可溶于水;降低水的表面张力;能吸附在气泡表面,使之稳定。2、引气剂什么是引气剂?改性木质素磺酸盐,较高分子量的纯木质素盐;1 1Fe2O3 9 8 1 0.比表面积(m2/kg)350 400 15000 350化学外加剂:掺加量在水泥质量5%以下的称为外加剂。Sfcu=(f2cu,in f2cu)/(n1)1/2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。改善混凝土拌合物的和易性;隧道内衬、水下
15、工程施工要求混凝土喷出后能迅速凝结;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;1 2.水泥与减水剂相容性不好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。(1)引气机理 v搅拌水可产生气泡,但很快消失,为什么?水的表面张力是气泡不稳定!v水中加入引气剂后水的表面张力降低,在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡;通过吸附于气泡表面形成单分子膜,减小液气界面能(表面张力),使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。亲水基团憎水基团气泡引气剂稳泡作用的机理改性木质素磺酸盐,较高分子量的纯木质素盐;(1)引气机理(2)引气剂的作用效果 v改善拌和物的和易性,减少用水量5%9%,改
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