王玲教授-混凝土外加剂原理与应用技术

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1、混凝土外加剂原理与应用技术中国建筑材料科学研究总院教授级高工中国建材联合会混凝土外加剂分会秘书长王玲提纲一、水泥基本知识概述二、减水剂的作用机理三、混凝土外加剂的发展四、减水剂应用技术一、水泥基本知识概述水泥的性能主要取决于水泥熟料的质量，优质的水泥熟料应该具有合适的矿物组成和良好的岩相结构。水泥的矿物组成及其比例对减水剂能否发挥良好的作用，关系非常密切。（一）水泥的矿物组成及特征1．矿物组成矿物分子式矿物名称简写3CaO·SiO硅酸三钙CS232CaO·SiO硅酸二钙CS223CaO·AlO铝酸三钙CA2334CaO·AlO·FlO铁铝酸四钙CAF23234Ca

2、SO·2HO二水石膏CSH422CaSO无水石膏CS42．水泥矿物的主要特征1）CS：水泥熟料的主要矿物，其含量一般为50%左3右。水化较快，强度发展比较快，凝结时间正常，水化热较高。单矿物胶粒动电性质呈“阴性”。2）CS：水泥熟料中以β型存在，其含量一般为20%2左右。β-C2S水化较慢（28d仅水化20%左右），凝结硬化缓慢，早期强度较低，水化热较低。单矿物胶粒动电性质呈“阴性”。水泥矿物的主要特征3）CA：含量在7%-15%之间。水化迅速，放热量3大，凝结时间很快（若不加石膏，易使水泥急凝），硬化也很快，其强度在3d几乎大部分已发挥出来，早期强度高但绝对值不

3、高，干缩大，抗硫酸盐性能差。单矿物胶粒动电性质呈“阳性”（即带正电荷）。4）C4AF：含量为10%-18%。水化强度介于C3A与C3S之间，早期强度发挥较快，但后期还能不断增长，抗冲击和抗硫酸盐性能较好。单矿物胶粒动电性质呈“阳性”。水泥矿物的主要特征5）CSH（CS）：熟料粉磨成细粉时掺入5%2左右的石膏，不仅可调节凝结时间，同时还能提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等一系列性能。单矿物石膏（尤其是CS）胶粒动电性质呈很强的“阳性”。（二）水泥的水化硬化CS：2(3CaO.SiO)+6HO322→3CaO.2SiO.3HO+3Ca(OH)222(C-

4、S-H)(CH)CS：2(2CaO.SiO)+4HO222→3CaO.2SiO.3HO+Ca(OH)222水泥的水化硬化CA（在石膏存在的条件下）:33CaO.AlO+3(CaSO.2HO)+26HO23422→3CaO.AlO.3CaSO.32HO2342钙矾石（AFt）CAF：与CA水化硬化状况基本相似。43水泥的水化硬化总之，水泥的水化产物主要为:（C-S-H）约占70%左右;（CH）约占20%左右;（AFt）约占7%左右。减水剂能起到显著降低混凝土水灰比的作用振动抗人工捣实压完全密实的混凝土强度不完全密实的混凝土水灰比混凝土强度与水灰比之间的关系二、减水剂

5、的作用机理（一）减水剂分子结构模型减水剂属于表面活性剂并大多属阴离子表面活性剂。COOHCH3CH2······CH2或SO3NaCH2或OH亲油基团亲水基团表面活性剂分子结构阴离子表面活性剂离子型表面活性剂阳离子表面活性剂表面活性剂两性表面活性剂非离子型表面活性剂（二）水泥产生絮凝状结构体的原因1．水泥胶粒水化过程中产生异性电荷作用。2．水泥胶粒的热运动，边棱角处相互碰撞结合。3．水化反应生成新的水化产物。絮凝状结构体内部包裹着很多自由水。（三）减水剂作用机理1．吸附分散作用机理1）同性电荷的相斥作用2）浆体间的润滑作用氢键缔合（半刚性水膜）极性微气泡（泡沫

6、珠）水泥颗粒水泥絮凝状结构示意图减水剂作用示意图氢键缔合O表示氢键RSOeHHOeOHOeHOeHH减水剂极性亲水基团以氢键的形式与水分子缔合的作用极性微气泡所起润滑作用2．空间位阻效应主链、支链、侧链形成梳型状吸附网络。聚羧酸减水剂良好的分散性主要得益于以下两种机理：1）空间位阻效应2）由于本身所带电荷所引起的静电排斥作用聚羧酸减水剂分子结构示意图聚羧酸分子结构的多变性改变主链化学结构长侧链短侧链改变侧链化学结构及长度改变接枝密度主链极性/非极性基团增加共聚单体主链与侧链间桥接基团序列分布减水剂的作用原理示意图三、混凝土外加剂的发展（一）减水剂所起的

7、作用混凝土外加剂品种较多，功能各异。可以说混凝土外加剂已成为改善混凝土性能方面几乎无所不能的重要措施。其作用为：1．改善混凝土或砂浆拌和物施工时的和易性和可泵性；2．改善混凝土或砂浆的强度及其它物理力学性能；减水剂所起的作用3．节约水泥用量或代替特种水泥；4．加速混凝土或砂浆的早期强度发展；5．调节混凝土或砂浆的凝结硬化速度；6．调节混凝土或砂浆的含气量；7．降低水泥水化热或延缓水化放热速度；8．改善拌合物的泌水性能；减水剂所起的作用9．提高混凝土或砂浆耐各种侵蚀盐类的腐蚀性；10．减弱碱-集料反应；11．改善毛细孔结构；12．减少混凝土的收缩；13．提高钢筋的抗

8、锈蚀能力；