聚羧酸减水剂相关知识-课件.ppt
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- 羧酸 水剂 相关 知识 课件
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1、聚羧酸减水剂聚羧酸减水剂 相关知识相关知识TS科:郑高工 福建钟山化工有限公司1ppt课件 聚羧酸减水剂相关知识一、相关术语和基础知识二、减水剂发展历程及减水机理三、聚羧酸减水剂的合成及检测五、销售部反馈的客户问题四、大单体各项指标对减水剂合成的影响2ppt课件 一、相关术语和基础知识胶凝材料(水泥)集料(骨料)粗集料(石子)细集料(砂子)水外加剂 化学外加剂 矿物外加剂混凝土集料:集料:要说明的是目前不少地区的集料已经面临资源枯竭,因此人们积极寻找替代品,如海砂及海卵石、工业废渣(冶金渣)、二次集料等。矿物外加剂:矿物外加剂:是指以氧化硅、氧化铝和其他有效矿物为主要成分,常用材料有:粉煤灰、
2、磨细矿渣、硅灰、磨细沸石粉、偏高岭土、硅藻土、烧页岩、沸腾炉渣等。粉煤灰:粉煤灰:是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料;减少了用水量;并改善了拌合物的工作性。3ppt课件 一、相关术语和基础知识通用水泥 (GB1752007规定分为六大类)硅酸盐水泥(P.、P.)普通硅酸盐水泥(P.O)矿渣硅酸盐水泥(P.S)火山灰质硅酸盐水泥(P.P)粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)复合硅酸盐水泥(P.C)水泥定义水泥定义:粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体,能在空气中硬化或者在水中更
3、好的硬化,并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。通常说的水泥指的是由硅酸盐水泥熟料、石灰石、矿渣、石膏等磨细而成的水硬性胶凝材料。4ppt课件水泥生料水泥生料煅烧煅烧水泥熟料主要矿物组成水泥熟料主要矿物组成3CaOSiO2(硅酸三钙C3S)2CaOSiO2(硅酸二钙C2S)3CaOAl2O3(铝酸三钙C3A)4CaOAl2O3Fe2O3(铁铝酸酸四钙C4AF)石灰石粘土CaO+CO2SiO2+Al2O3+Fe2O3+H2O+熟料中,C3S和C2S占75%左右,C3A和C4AF占22%左右。水泥熟料的生产过程示意图:水泥熟料的生产过程示意图:一、相关术语和基础知识5ppt课件主要矿物质3CaOSi
4、O22CaOSiO23CaOAl2O3 4CaOAl2O3Fe2O3名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙简式C3SC2SC3AC4AF含量(%)3760(约占一半)1537(约占1/4)7151018水化产物水化硅酸钙、氢氧化钙水硅钙石不稳定,受石膏及外加剂影响很大含铁和铝的氢氧化物水化速度稍慢最慢最快较快水化程度28d达70%,1年完全水化28d达39%,1年达90%3d达100%3d达100%对水泥浆体性能的影响决定了水泥水化后的早期强度。对混凝土早期强度贡献不大,但对28d强度贡献较大。对混凝土的早期流动性和水泥与外加剂的相容性的影响最大。对强度提高帮助不明显,但对增大水泥石的致密性有
5、帮助。水泥的水化:水泥的水化:一、相关术语和基础知识6ppt课件水泥水化水泥水化流变性能流变性能(流动性、凝结、硬化、蠕变)(流动性、凝结、硬化、蠕变)组成组成(化学和矿物组成)(化学和矿物组成)微观结构微观结构(孔隙率、形貌)(孔隙率、形貌)体积体积(化学收缩)(化学收缩)热焓热焓(水化热)(水化热)水泥水化过程引起的一系列变化:水泥水化过程引起的一系列变化:一、相关术语和基础知识7ppt课件混凝土外加剂定义:混凝土外加剂定义:是在拌制混凝土过程中掺入,用以改善混凝土性能的物质。通常情况下,外加剂掺量不大于水泥用量的5%(有时掺量也会超过5%,如膨胀剂、防冻剂等)化学外加剂减水剂在坍落度基本
6、相同的条件下,能减少拌和用水量早强剂可加速混凝土早期强度发展缓凝剂可延长混凝土凝结时间引气剂在搅拌混凝土的过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡防水剂、泵送剂、膨胀剂、防水剂、防冻剂等 一、相关术语和基础知识8ppt课件减水剂:减水剂:是指在混凝土拌和物坍落度基本相同的条件下,用来减少拌合用水量和增强作用的外加剂。减少混凝土拌和物拌合用水量,提高混凝土强度。改善混凝土的孔结构,提高其密实度。减少混凝土拌和物泌水、离析现象,延缓拌和物凝结时间等。可节约水泥用量,降低工程成本提高建设工程中的混凝土质量,提高其使用年限。一、相关术语和基础知识9ppt课件性能第一代第二代第三代普通减水剂高效减
7、水剂高性能减水剂国外开始时期20世纪30年代20世纪60年代20世纪90年代国内开始时期20世纪50年代20世纪70年代2006年左右代表产品木钙、木钠、木镁等 (称为木质素类)萘系、三聚氰胺、脂肪族磺酸盐、氨基磺酸盐等聚羧酸系减水率612%1525%2545%掺量0.200.30%0.501.0%0.200.40%性能特点减水率低,有一定的缓凝和引气作用,水泥适应性差,超掺严重影响混凝土性能,后果严重减水率高、不引气、不缓凝,增强效果好,但混凝土坍落度的损失大,超掺对混凝土性能影响不大。掺量低、减水率高、流动性保持好,水泥适应性好,有害成分含量低、硬化混凝土性能好,适宜配制高性能混凝土。混凝
8、土强度28d抗压强度比115%左右28d抗压强度比在120135%28d抗压强度比在140200%混凝土体积稳定性增加混凝土的收缩,收缩率比值约120%。增加混凝土的收缩,收缩率比值为120135%,三聚氰胺略小大大减小混凝土的收缩,28d收缩率比约为95110%。混凝土含 气量增加混凝土的含气量24%增加混凝土含气量12%一般会增加混凝土的含气量,但可用消泡剂调整。二、减水剂发展历程及减水机理减水剂发展历程:减水剂发展历程:10ppt课件 水泥在加水搅拌过程中会产生一些絮凝状结构,大量的拌合水被包裹在内部,不能为浆体的流动性做贡献,因此需要的拌水量增加,导致混凝土的性能下降,如强度降低、抗渗
9、性变差等。减水机理:减水机理:掺入一定减水剂后,减水剂的憎水基团会定向吸附在水泥颗粒的表面,而亲水基团指向水溶液,构成单分子或多分子吸附膜,起到吸附分散、润湿、润滑作用,因此只要加入较少量的水就可以使混凝土的和易性得到明显的改善。二、减水剂发展历程及减水机理11ppt课件 不同系列的减水剂,作用机理不完全相同,新一代的聚羧酸减水剂由于分子结构的特殊性(梳形),空间位阻起到的作用更大。H2C C CH2 CCOONa COO(CH2CH2O)nCH3 nCH3 CH3侧链(约7nm)主链(约20nm)在疏水性的分子主链段上引入一定比例的阴离子基团(如羧基、磺酸基等)来提供电子斥力,侧链上引入亲水
10、性的聚氧乙烯长链段形成梳形聚合物。二、减水剂发展历程及减水机理12ppt课件水 泥 颗 粒C O O-C O O-C O O-C O O-一般认为,聚羧酸系减水剂通过主链吸附在水泥颗粒上,羧基等离子基团吸附在水泥颗粒上起锚固作用,聚氧乙烯基侧链悬挂于溶液中,并多少盘绕在一起。吸附量增大,其分散能力越大,水泥浆流动性越大。聚羧酸减水剂的减水机理:聚羧酸减水剂的减水机理:二、减水剂发展历程及减水机理13ppt课件 影响聚羧酸系减水剂分散性能和保持性的分子影响聚羧酸系减水剂分散性能和保持性的分子结构因素:结构因素:分子结构因素高分散性高保持性缓凝性小PEO侧链较长较短较长主链长度较短较长较长羧基、磺
11、酸基含量较高 二、减水剂发展历程及减水机理14ppt课件 三、聚羧酸减水剂的合成及检测 聚羧酸减水剂根据主链支链连接方式的不同一般分为酯类和醚类。酯类减水剂合成分两步:酯类减水剂合成分两步:(1)用不同分子量的甲氧基聚氧乙烯醚(MPEG,也叫聚乙二醇单甲醚)在浓硫酸或对甲苯磺酸等催化剂的作用下与含不饱和键的羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸、衣糠酸等)进行酯化,形成“酯化大单体”;(2)用“酯化大单体”和其他含有不饱和键的小分子单体(如:丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等)在酸性条件下进行开链共聚,生成聚羧酸酯类高性能减水剂。由于酯类减水剂合成工艺复杂,酯化率低,产品不稳定,且能耗高,成本高
12、,因此近年来逐渐被淘汰。15ppt课件醚类聚羧酸减水剂的合成:醚类聚羧酸减水剂的合成:直接用一定分子量的含有不饱和键封端的聚氧乙烯醚“大单体”,和含有不饱和键的小分子单体“小单体”,在酸性条件下共聚而成。大单体大单体(由聚醚大单体厂家直接提供):APEG:烯丙醇封端聚氧乙烯醚,如:APEG1200、APEG2400(F54、540)HPEG:异丁烯醇封端聚氧乙烯醚(有的叫国产封端改性聚醚),如:HPEG2400(GPEG、SPEG、VPEG、HM004)TPEG:异戊烯醇封端聚氧乙烯醚(有的叫国外封端改性聚醚),如:TPEG2400(F-108、OXAB501)注:异丁烯醇2-甲基-2-丙烯-
13、1醇(也有叫2-甲基烯丙醇);异戊烯醇3-甲基-2-丁烯-1醇(也有叫二甲基烯丙醇)。三、聚羧酸减水剂的合成及检测16ppt课件小单体:小单体:马来酸酐MA、富马酸、丙烯酸AA、丙烯磺酸钠AS、甲基丙烯磺酸钠MAS、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、醋酸乙烯酯等。引发剂:引发剂:过硫酸盐:过硫酸钾、过硫酸铵 氧化还原体系:双氧水-抗坏血酸 偶氮二异丁腈(AIBN)分子量调节剂:分子量调节剂:巯基乙酸、巯基丙酸 三、聚羧酸减水剂的合成及检测17ppt课件投料方式:投料方式:将活性较低的大单体放入釜底,活性较高的小单体和引发剂分别同时滴加加入。(必要时也可考虑后期补加一些引发剂)反应开始温度:反应开始温度:
14、前些年反应开始温度通常控制在8090(这是因为过硫酸盐在该温度下的半衰期是2h1h,如果在PH较低的体系中,过硫酸盐的分解速度更快,半衰期更短)。近年来流行常温合成减水剂,其决定因素在于采用氧化-还原引发体系,如采用双氧水-抗坏血酸来引发。该引发体系在常温下就可大量放热,促使聚合反应进行。注:添加双氧水和抗坏血酸时,可将双氧水和大单体一同放入釜底,抗坏血酸采用滴加的方式,避免两种大量掺合在一起引起反应剧烈,甚至爆炸。三、聚羧酸减水剂的合成及检测18ppt课件大致合成步骤:大致合成步骤:(一)一般法合成(一)一般法合成(70707575)1、将大单体和大部分水放入釜底,加热搅拌到7075。2、开
15、始滴加小单体,同时滴加过硫酸铵和分子量调节剂,反应维持34h,反应温度大致为8090。3、检查合成样品的净浆流动度,合格后用30%NaOH中和至PH为67.5,并添加小部分的水控制体系固含量为40%。(二)常温法合成(二)常温法合成(202030 30)1、将大单体、双氧水和大部分水放入釜底。2、开始滴加小单体,同时滴加抗坏血酸和分子量调节剂。体系开始自放热,使反应温度升至40以上。3、22.5h后,检测合成样品的净浆流动度,合格后用30%NaOH中和至PH为67.5,并添加小部分的水控制体系固含量为40%。注:反应过程中一般需多次检测净浆流动度,流动度合格了就可停止反应,进行中和,据说反应过
16、头反而可能会引起流动度下降,待考证。三、聚羧酸减水剂的合成及检测19ppt课件 三、聚羧酸减水剂的合成及检测 混凝土外加剂匀质性试验方法混凝土外加剂匀质性试验方法GB/T8077-2012GB/T8077-2012规定了11个测试项目,具体如下:1 含固量(烘箱,100105烘30min)2 含水率(烘箱,100105烘30min)3 密度(比重瓶法/液体比重天平/波美比重计)4 细度(孔径为0.315mm的铜丝网筛布)5 PH值(酸度计)6 表面张力(自动界面张力仪)7 氯离子含量(电位滴定法/离子色谱法)8 硫酸钠含量(重量法/离子交换重量法)9 水泥净浆流动度(净浆搅拌机、截锥圆模)10
17、 水泥胶砂减水率(胶砂搅拌机、跳桌、截锥圆模)11 总碱量(火焰光度法/原子吸收光谱法)20ppt课件(一)净浆流动度(一)净浆流动度 在水泥净浆搅拌机中,加入一定量的水泥、外加剂和水进行搅拌。将搅拌好的净浆注入截锥圆模内,提起截锥圆模,测定水泥净浆在玻璃平面上自由流淌的最大直径。对于减水剂来说最重要的两个匀质性指标是:水泥净对于减水剂来说最重要的两个匀质性指标是:水泥净浆流动度、水泥胶砂减水率。浆流动度、水泥胶砂减水率。三、聚羧酸减水剂的合成及检测21ppt课件净浆流动度的影响因素:净浆流动度的影响因素:水泥 生产厂家 产品品种 生产批次 存放时间 外加剂 生产厂家 产品品种 生产批次用水量
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