聚羧酸系高性能减水剂在商品混凝土的应用

做好新一代减水剂全面应用工作的好资料

聚羧酸系高性能减水剂 在商品混凝土的应用

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国内聚羧酸系减水剂的发展历程 三类减水剂性能特点比较

水泥水化与减水剂应用基础 聚羧酸系减水剂的分子结构与作用基理。 聚羧酸系减水剂与其他外加剂的相容性。

聚羧酸系减水剂工程应用及商砼行业应用的技术经济分析。 聚羧酸系减水剂的有关标准。 膨胀剂的新标准。 膨胀剂应用的几个不全面或错误的观点。

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1、中国聚羧酸系减水剂的发展过程 1.1 20世纪80年代开始跟踪国外改善混凝土坍落度 损失的外加剂。 1.2 20世纪90年代末期开始直链聚羧酸系聚合物的

研究。 1.3 2001年，上海建筑科学研究院研制成功LEX-9型 聚羧酸系高性能减水剂。通过上海市级专家鉴

定，实现了工业化生产，并成功应用于上海宝嘉混凝土公司；上海外环线灌注桩和C50混凝土 梁；上海磁悬浮轨道梁C60高性能混凝土。

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1.4 2004年，中国建筑学会建材分会外加剂应用技术 专业委员会和中国土木工程学会混凝土外加剂专 业技术委员会在大连召开了第一届混凝土外加 技术交流会，全面总结了我国聚羧酸系减水剂的 研究、生产和应用的成果，使我国聚羧酸系减水 剂的生产和应用研究步入了快速发展轨道。 1.5 2005年，铁道部为大规模铁路建设出台了《客运 专线高性能混凝土暂行技术条例》。

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1.6 2006年，铁道部科技司下达了关于印发《客运线 高性能混凝土用外加剂检验细则》的通知。 1.7 2007年，发布实施了《聚羧酸系高性能减水剂》 JG/T 223-2007行业标准。 1.8 2008年，发布实施了《混凝土外加剂》GB 80762008国家标准。把以聚羧酸系减水剂为代表的高性 能减水剂正式列入我国混凝土外加剂国家标准。

从此，我国聚羧酸系减水剂以最新的一代减水剂的身 份，在我国步入全面应用阶段。

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2、三类减水剂性能特点比较性能 普通减水剂 高效减水剂 高性能减水剂

代表产品减水率 掺量

木钙、木钠、木镁等6~12% 0.20~0.30%

蓁系、三聚氰胺等15~25% 0.50~1.0%

聚羧酸系25~45% 0.20~0.40% 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。

性能特点

减水率低，有一定的缓凝 和引气作用，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。

混凝土强 度 混凝土体 积稳定性 混凝土含 气量

28d抗压强度比115%左右。 增加混凝土的收缩，收缩 率比约为120%。

28d抗压强度比在120~135%。28d抗压强度比在140~200%。 增加混凝土的收缩，收缩 率

比值为120~135%,三聚 氰胺略小。 大大减小混凝土的收缩，28d 收缩率比约为95~110%。 一般会增加混凝土的含 气量， 但可用消泡剂调整。

增加混凝土的含气量2~4%。 增加混凝土含气量1~2%。

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3、水泥水化与减水剂应用基础 3.1 水泥熟料的生产过程示意图

原材料

煅烧

水泥熟料主要矿物组成

石灰石

CaO+CO2 SiO2+ Al2O3+Fe2O3+H2O

3CaO·SiO2 2CaO·SiO2

+粘土

3CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3

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3.2

硅酸盐水泥的主要矿物组分及其性质。3CaO·SiO2 C3S 2CaO·SiO2 β -C2S 3CaO·Al2O3 C3A 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF

近似组成 简式

常用名含量(%) 含量平均值 早期强度(d)

阿利特35~65 50 良好

贝利特10~40 25 差

—0~15 8 良好

—5~15 8 良好

最终强度(年)水化热典型值(J/g)

良好500

非常好250

一般1340

一般420

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3.3

水泥水化引起的一系列变化流变性能 (流动性、凝结、硬化、蠕变)

热焓 (水化热)

水泥水化

组成 (化学和矿物组成)

体积 (化学收缩)

微观结构 (孔隙率、形貌)

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3.4

硅酸盐水泥熟料主要矿物水化反应方程式、反应

速率大小。

(1)3CaO· 2 + nH2O SiO = xCaO· 2· 2O + (3-x) Ca(OH)2 SiO yH

(2)2CaO· 2 + mH2O SiO= xCaO· 2· 2O + (2-x) Ca(OH)2 SiO yH (3)2(3CaO· 2O3) + 27H2O Al = 4CaO· 2O3· 2O +2CaO· 2O3· 2O Al 19H Al 8H

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(4)4CaO· 2O3· 2O3 + 4Ca(OH)2 + 22H2O Al Fe = 2[4CaO (Al2O3· 2O3) · 2O] Fe 13H

反应速率为(3)>(4)>(1)>(2)28d水化程度(1)70% 1年100% (2)39% 1年100%

3d水化程度(3)100%

(4)100%

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3.5

硅酸盐水泥的水化过程

(1)硅酸盐水泥与水拌合后，水泥粒子遇水发生溶 解，水泥浆溶液中为多离子共存的溶液，主要 离子有： 硅酸钙→Ca2+、OH-、[SiO4]4铝酸钙→Ca2+、Al(OH)4硫酸钙→Ca2+、SO42-

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钾、钠与硫酸根离子→K+、Na+、SO42-

水泥浆液中的离子组成依赖于水泥矿物组成和其溶解度，而前者又反过来影响水泥熟料矿物的水化速率。 (2)C3A:在浆液中C3A与石膏形成钙矾石，钙矾石

包裹C3A,水化速率减慢。 (3)C3S水化：在溶液中，C3S水化形成C-S-H和CH 相。

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(4)钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转化：随着钙矾石包裹层形成→破裂→修复的持续进行。石膏 直至消耗完毕，已形成的钙矾石向单硫型水化 硫铝酸钙转化。 (5)C4AF和C2S少量、缓慢参与水化。 (6)结构形成与发展，随着水化产物的增多，相互 交织连生，浆体逐渐硬化。

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3.6

水泥水化过程中的水化热与体积收缩。

(1)水泥水化过程中通常有三次水化热放热峰 第一次放热峰：C3A与石膏结合成钙矾石，集 中放热。 第二次放热峰：C3S水化成C-S-H和CH相，集中放热。 第三次放热峰：钙

矾石向单硫型水化硫铝酸钙转化。

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(2)体积收缩 水泥矿物转变为水化产物，固相体积逐渐增加，水泥—

水体系的总体积都在不断减小，因其为水泥水化化学反应所致，这种体积收缩，叫化学减缩。每100克水泥的化学减 缩总量 为7-9ml,如果每立方米混凝土水泥用量为300kg, 则该砼的体积收缩达到(21-27)×103ml/m3。

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4、聚羧酸系减水剂的分子结构与作用基理 4.1 聚羧酸系减水剂的分子结构CH3 H2C C COONa CH2 CH3 C COO(CH2CH2O)nCH3 n

主链(约20nm)

侧链(约7nm)

聚羧酸减水剂梳状结构示意图

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4.2

聚羧酸系减水剂在水泥颗粒上的吸附

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COOCOO COO COO -

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，

水泥颗粒

水泥浆流动性越大。

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4.3

聚羧酸系减水剂分子结构与性能

影响聚羧酸系减水剂分散性能和保持性的分子结构因 素 分子结构因素 高分散性 高保持性 缓凝性小PEO侧链主链长度 羧基、磺酸基含量

较长较短 较高

较短较长 —

较长较长 —

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4.4

聚羧酸减水剂对水泥的分散机理②空间位阻有效吸附

①静电排斥

③有效吸附

OMP相

高活性水泥

聚合物在水泥颗粒表面吸附作用示意图

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OMP相

OMP相

高 活 性 水 泥 初始状态

高 活 性 水 泥 中间状态

高 活 性 水 泥 最终状态

有效吸附到无效吸附演变示意图