减水剂发展及其应用

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1、...绪论混凝土是一类量大面广、历史悠久的传统材料，广泛应用于土木、建筑、水利等工程。建筑业的迅速发展，对混凝土的性能提出了新的要求，如提高混凝土的强度、耐久性，改善新拌混凝土的流动性，减少混凝土在运输中的塌落度损失等。普通混凝土已经不能满足现行的施工工艺要求。国内外的生产实践证明，应用外加剂是混凝土技术进步的主要途径，能使混凝土满足各种不同的施工要求，具有投资少、见效快、推广应用较容易、技术经济效益显著等优点。混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，赋予新拌混泥土和硬化混泥土以优良性能的

2、化学外加剂，掺量通常不大于水泥（或胶凝材料）质量的5%，它是混泥土的第五组分。混泥土外加剂是生产各种高性能混泥土和特种混泥土不可缺少的部分。混泥土外加剂可以改进混泥土内部结构和工艺过程，应用混泥土外加剂的目的在于改善混泥土的和易性和硬化混泥土的性能，同时获得节省水泥、节省能源、提高强度、缩短工期、加快模板周转等多种经济技术效果。以减水剂的发展为核心，矿物外加剂的应用离不开化学外加剂，各种复合外加剂一般都包括减水剂成分。在混泥土中掺入外加剂后，许多性能如微观结构、孔隙率、吸附性、硬化速度、强度等将发生改变，水泥矿物

3、水化和水泥本身的一些性能也会受到影响[1]。在混凝土外加剂中，减水剂是目前应用最广的一种外加剂。减水剂又称为分散剂或塑化剂。减水剂对混泥土的影响主要表现为：一是：......保持混泥土用水量不变，提高拌合物流动性；二是：保持流动性和水泥用量不变，可减少用水量，降低水灰比，提高混泥土的强度；三是：保证强度和流动性不变，在减水的同时减少水泥用量，可节约水泥[2]。......一、减水剂的发展历史20世纪30年代，日本、德国和英国等国家的科研人员为了解决混泥土存在的缺点，对混泥土外加剂进行了探索，将香酸钠、木质素磺酸钠

4、、硬脂酸皂等有机物外加剂加入混泥土中，应用于公路、隧道等工程，收到了一定的效果。1936年由Kennedy首先发现了萘磺酸甲醛聚合物。1938年，一种由萘磺酸盐组成的水泥分散剂在美国获得了专利[3]。1962年，日本的服部成功研制出以萘磺酸甲醛缩合物为主要成分的高效减水剂，并实现了工业化生产。联邦德国在1964年研制出三聚氰胺磺酸盐甲醛聚合物高效减水剂。到80年代初，这两种减水剂在好多国家得到了应用和发展。90年代初，日本针对高强超高强混泥土的需求而研究开发出聚羧酸系高效减水剂，1995年后，这种减水剂在日本国内

5、的使用超过了萘磺酸甲醛聚合物[4]。我国研究减水剂的工作始于20世纪50年代，当时研究应用的是一些普通减水剂，如糖蜜，腐植酸及盐类减水剂以及纸浆脚料木质素磺酸盐类等。70年代初，将印染业使用的NN0扩散剂引入混凝土用作减水剂，其性能明显优于木质素磺酸钙，这一突破性的进展标志着我国混凝土外加剂的应用和研究进入了更高阶段。l981年初，苏州混凝土制品研究设计院研制成功聚三聚氰胺甲醛磺酸盐。80年代初，我国许多造纸企业与高等院校，研究院所又联手开发纸浆下脚料。330工程局曾研究豆腐水的减水性能并投入到工程中应用。在掺量

6、为0．1％的情况下，可节约水泥0.8%，混凝土强度增加10％，同时具有保塑，增塑和缓凝等作用。与此同时，积极报道国外有关研究进展情况，以及国外驰名商标的外加剂。l986年初，我国常州，北京首次引进了奥地利和英国的系列高性能外加剂有关技术，进一步促进了我国外加剂的发展，研究与应用[5]。从20世纪80年代初至今，高效减水剂的品种和质量水平都有了飞速的发展，改性木质素磺酸盐系和三聚氰胺系的高效减水剂等都得到了很好的开发应用。但高效减水剂中绝大多数是萘系减水剂，约占高效减水剂总量的90％以上。如何选择其他原料，研究开发

7、出具有更大减水率及更高缓凝和保坍性能的减水剂成为外加剂研究的一个重要方向，由苯及其同系物为原料合成这类聚合物的电解质即单环芳烃型高性能减水剂的研究就符合这个研究方向，而这两类减水剂在我国的研究只是刚起步，应该成为我国高效减水剂今后发展的方向。......二、减水剂的作用机理简介......由于水泥颗粒粒径绝大部分在7μm-80μm范围内，属于微细粒粉体颗粒范畴。对于水泥-水体系，水泥颗粒及水泥水化颗粒表面为极性表面，具有较强的亲水性。微细的水泥颗粒具有较大的比表面能(固液界面能)，为了降低固液界面总能量，微细的水

8、泥颗粒具有自发凝聚成絮团趋势，以降低体系界面能，使体系在热力学上保持稳定性。同时。在水泥水化初期，C3A颗粒表面带正电荷，而C3S和C2S颗粒表面带负电荷，正负电荷的静电引力作用也促使水泥颗粒凝聚形成絮团结构。由于水泥颗粒的絮凝结构会使10%-30%的自由水包裹其中，从而严重降低了混凝土拌合物的流动性。减水剂掺入的主要作用就是破坏水泥颗粒的絮凝结构，使其保持分散状态，释放