脂肪族減水劑文獻(xiàn)檢索

1、脂肪族減水劑文獻(xiàn)檢索報告姓名：張琪 專業(yè)：土木二班 學(xué)號：201423250660脂肪族減水劑的制備與性能檢測摘要本文主要介紹了脂肪族減水劑的發(fā)展前景，作用原理。以及對正交化實驗設(shè)計作了簡要介紹，并通過正交化實驗方法設(shè)計出合成脂肪族減水劑的方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗。在合成階段主要介紹了正交化三因素三水平的分等對反應(yīng)的影響，以及選取四組實驗做簡要介紹。性能檢測方面，主要考察了坍落度，凈漿流動度，泌水率，減水率等四因素。混凝土的配合比，水泥凈漿的配合比也是實驗的關(guān)鍵。1.前言1.1脂肪族減水劑概況1.1.1混凝土減水劑的發(fā)展近代混凝土減水劑的發(fā)展已有60多年的歷史。20世紀(jì)30年代初，美國、英國、

2、日本等已經(jīng)在公路、隧道、地下工程中使用木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑。到60年代，混凝土減水劑得到了較快發(fā)展。外加劑尤其是高效減水劑作為混凝土的重要組分之一在混凝土材料中具有極為重要的作用。目前在國內(nèi)減水劑的應(yīng)用中存在著以萘系高效減水劑為主流以蜜胺樹脂、氨基磺酸鹽、脂肪族和改性木質(zhì)素等高效減水劑并同發(fā)展以聚羧酸高性能減水劑逐步深入研究和初步應(yīng)用為方向的趨勢，各類高效減水劑在應(yīng)用中尚存在不少問題萘系減水劑除了含堿量高和它的加入致使新拌混凝上易產(chǎn)生泌水和離析分層而影響硬化混凝土的耐久性問題外還對人類和野生生物具有潛在的毒性且其副產(chǎn)品短鏈的萘磺酸鹽和單體萘不能完并能向水中遷移而造成水資源污染還因其主要原材料萘

3、來源于石油產(chǎn)品、合成過程需要140以上的高溫等原因存在能源問題。蜜胺樹脂穩(wěn)定性不佳。改性木質(zhì)素過度緩凝且損失大。氨基磺酸鹽泌水量大對摻量敏感，而聚羧酸高性能減水劑的價格一直隨石油價格的上漲而猛漲。相比而言,脂肪族高效減水劑除了存在易滲色等少部分缺點外, 由于其具有原材料來源廣、價格低、摻量小、減水率高、與水泥適應(yīng)性好、無污染和性價比優(yōu)于萘系產(chǎn)品等優(yōu)點, 正正越來越受到社會的青賴。脂肪族減水劑是以羰基化合物為主要原料，在堿性條件下通過碳負(fù)離子的生產(chǎn)而縮合得到的一種脂肪族高分子鏈，并且通過亞硫酸鹽對羰基的加成從而在分子鏈上引進(jìn)親水的磺酸基團(tuán)，使得分子形成具有表面活性的一種高分子減水劑。1.1.2.

4、減水劑的分類按功能分類(1)按塑化效果分類：分為普通減水劑(減水率在5以上)和高效減水劑(減水率在12以上)。(2)按引氣量分類：分為引氣減水劑(含氣量3555)和非引氣減水劑(含氣量3，一般在2左右)。(3)按混凝土的凝結(jié)時間和早期強度分類：分為標(biāo)準(zhǔn)型、緩凝型和早強型減水劑。標(biāo)準(zhǔn)型可以使混凝土的初凝及終凝時間縮短不大于1h，延長不超過2h；早強型兼具減水和提高混凝土的早期強度的作用。緩凝型初凝時間延長至少1h，但不小于35h；終凝時間延長不超過35h。按化學(xué)成分分類：(1)木質(zhì)素磺酸鹽類：應(yīng)用較普遍的為木質(zhì)素磺酸鈣，它是陰離子表面活劑。其摻量為水泥質(zhì)量的0203，減水率為515，28d抗壓強

5、度提高1015，在水泥用量不變，強度相近條件下，可節(jié)約水泥51帆。適用于日最低氣溫十5Y以上的各種預(yù)制及現(xiàn)澆混凝土、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土、大體積混凝土、泵送混凝土、防水泥凝土、大模板施工用混凝土及滑模施工用混凝土，但不宜用于蒸養(yǎng)混凝土。(2)聚烷基芳族磺酸鹽類：為陰離子高效減水劑。國內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的有MF(荼磺酸甲醛縮合物的鈉鹽)、MF(甲基荼磺酸甲醛縮合物鈉鹽)及FDN、JN、UNF、SN一2等均屬此類。常用量為水泥質(zhì)量的051，減水率為1025；28d抗壓強度提高1550。(3)三聚氰胺甲樹脂磺酸鹽類：屬陰離子型，系早強、非引氣型的高效減水劑。如國產(chǎn)SM減水劑，磺化三聚氰胺樹脂(SM)。摻量

6、為水泥質(zhì)量的0510，減水率為1027，28d抗壓強度提高3050。適用于蒸養(yǎng)混凝土、高強混凝土、早強混凝土及流態(tài)混凝土。常用的還有糖蜜類和腐殖酸類減水劑。 1.1.3.減水劑的作用機理由于水泥顆粒粒徑絕大部分在7m-80m范圍內(nèi)，屬于微細(xì)粒粉體顆粒范疇。對于水泥水體系，水泥顆粒及水泥水化顆粒表面為極性表面，具有較強的親水性。微細(xì)的水泥顆粒具有較大的比表面能(固液界面能)，為了降低固液界面總能量，微細(xì)的水泥顆粒具有自發(fā)凝聚成絮團(tuán)趨勢，以降低體系界面能，使體系在熱力學(xué)上保持穩(wěn)定性。同時.在水泥水化初期，C3A顆粒表面帶正電，而C3S和C2S顆粒表面帶負(fù)電，正負(fù)電荷的靜電引力作用也促使水泥顆粒凝聚

7、形成絮團(tuán)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。由于水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)會使10%-30%的自由水包裹其中，從而嚴(yán)重降低了混凝土拌合物的流動性。減水劑摻入的主要作用就是破壞水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，使其保持分散狀態(tài)，釋放出包裹于絮團(tuán)中的自由水，從而提高新拌混凝土的流動性。作為水泥顆粒分散劑的減水劑，大部分是相對分子量較低的聚合物電解質(zhì)，其相對分子量在1500一100000范圍內(nèi)。這些聚合物電解質(zhì)的碳?xì)滏溕隙紟в性S多極性基官能團(tuán)，極性基團(tuán)的種類通常有一SO3、一COO-及一OH等。這些極性基團(tuán)與水泥顆?；蛩囝w粒的極性表面具有較強的親合力。帶電荷的減水劑(具有一SO3、一COO一等極性基的陰離子表面活性物質(zhì))通過范德華

8、力或靜電引力或化學(xué)鍵力吸附在水泥顆粒表面;帶極性基(如一OH、一O-)的非離子減水劑也能通過范德華力和氫鍵的共同作用吸附在水泥顆粒表面。沒有與水泥顆粒表面作用的極性基則隨碳?xì)滏溕烊胍合?見圖1-1所示)。圖（1-1）減水劑作用機理示意圖水泥顆?；蛩嗨w粒作為固體吸附劑，由于本身性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使減水劑在其表面的吸附既有物理吸附，也有化學(xué)吸附。并且吸附作用可以發(fā)生在毛細(xì)孔、裂縫及氣孔的所有表面上。減水劑在水泥顆粒表面的吸附過程要比一般的溶液吸附過程復(fù)雜得多。并且在水泥水分散體系中，水泥粒子吸附減水劑的同時，還伴隨著水泥的水化過程。減水劑摻入新拌混凝土中，能夠破壞水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，起到分

9、散水泥順位及水泥水化顆粒的作用，從而釋放絮凝結(jié)構(gòu)中的自由水，增大混凝土拌合物的流動性。雖然，減水劑的種類不同，其對水泥顆粒的分散作用機理也不盡相同，但是，概括起來，減水劑分散減水機理基本上包括以下五個方面。（一）降低水泥顆粒固液界面能減水劑通常為表面活性劑(異極性分子)，性能優(yōu)良的減水劑在水泥水界面上具有很強的吸附能力。減水劑吸附在泥顆粒表面能夠降低水泥顆粒固液界面能，降低水泥水分散體系總能量，從而提高分散體系的熱力學(xué)穩(wěn)定性，這樣有利于水泥顆粒的分散。因此，不但減水劑的極性基種類、數(shù)量影響其減水作用效果，而且減水劑的非極性基的結(jié)構(gòu)特征，碳?xì)滏滈L度也顯著影響減水劑的性能。（二）靜電斥力作用新拌混

10、凝土中摻入減水劑后，減水劑分子定向吸附在水泥顆粒表面，部分極性基團(tuán)指向液相。由于親水極性基團(tuán)的電離作用，使得水泥顆粒表面帶上電性相同的電荷，并且電荷量隨減水劑濃度增大而增大直至飽和，從而使水泥顆粒之間產(chǎn)生靜電斥力，使水泥顆粒絮凝結(jié)構(gòu)解體，顆粒相互分散，釋放出包裹于絮團(tuán)中的自由水，從而有效地增大拌合物的流動性。帶磺酸根(一SO3)的離子型聚合物電解質(zhì)減水劑靜電斥力作用較強;帶羧酸根離子(一COO-)的聚合物電解質(zhì)減水劑，靜電斥力作用次之;帶羥基(一OH)和醚基(一O一)的非離子型表面活性減水劑，靜電斥力作用最小。以靜電斥力作用為主的減水劑(如萘磺酸鹽甲醛縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物等)對水泥

11、顆粒的分散減水機理如圖1-2所示。圖（1-2）減水劑靜電斥力分散機理示意圖（三）空間位阻作用聚合物減水劑吸附在水泥顆粒表面，則在水泥顆粒表面形成一層有一定厚度的聚合物分子吸附層。當(dāng)水泥顆?？拷綄娱_始重疊，即在顆粒之間產(chǎn)生斥力作用，重疊越多，斥力越大。這種由于聚合物吸附層靠近重疊而產(chǎn)生的阻止水泥顆粒接近的機械分離作用力，稱之為空間位阻斥力。一般認(rèn)為所有的離子聚合物都會引起靜電斥力和空間位阻斥力兩種作用力，它們的大小取決于溶液中離子的濃度，以及聚合物的分子結(jié)構(gòu)和摩爾質(zhì)量.線型離子聚合物減水劑(如萘磺酸鹽甲醛縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物)吸附在水泥顆粒表面，能顯著降低水泥顆粒的負(fù)電位(絕對

12、值增大)，因而其以靜電斥力為主分散水泥顆粒，其空間位阻斥力較小。具有枝鏈的共聚物高效減水劑(如交叉鏈聚丙烯酸、羧基丙烯酸與丙烯酸酯共聚物、含接枝聚環(huán)氧乙烷的聚丙烯酸共聚物等等)吸附在水泥顆粒表面，雖然其使水泥顆粒的負(fù)電位降低較小，因而靜電斥力較小，但是由于其主鏈與水泥顆粒表面相連，枝鏈則延伸進(jìn)入液相形成較厚的聚合物分子吸附層，從而具有較大的空間位阻斥力作用，所以，在摻量較小的情況下便對水泥顆粒具有顯著的分散作用。以空間位阻作用為主的典型接枝梳狀共聚物對水泥顆粒的分散減水機理如圖1-3所示。圖（1-3）減水劑空間位阻斥力分散機理示意圖（四）水化膜潤滑作用減水劑大分子含有大量極性基團(tuán)，如木質(zhì)素磺酸

13、鹽含有磺酸基(一SO3),羥基(一0H)、和醚基(一O一)、萘磺酸鹽甲醛縮合物和三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物含有磺酸基，氨基磺酸鹽甲醛縮合物含有磺酸基和胺基(一NH2):聚胺酸鹽減水劑含有羥基(一CO一）和醚基。這些極性基因具有較強的親水作用，特別是羥基、胺基和醚基等均可與水形成氫鍵，故其親水性更強。因此，減水劑分子吸附在水泥顆粒表面后，由于極性基的親水作用，可使水泥顆粒表面形成一層具有一定機械強度的溶劑化水膜。水化膜的形成可破壞水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，釋放包裹于其中的拌和水，使水泥顆粒充分分散，并提高了水泥顆粒表面的潤濕性，同時對水泥顆粒及骨料顆粒拉的相對運動具有潤滑作用，所以在宏觀上表現(xiàn)為新拌混凝

14、土流動性增大。（五）引氣隔離“滾珠”作用木質(zhì)素磺酸鹽、腐植酸鹽、聚羧酸系及氨基磺酸鹽系等減水劑，由于能降低液氣界面張力故具有一定的引氣作用。這些減水劑摻入混凝土拌合物中，不但能吸附在固液界面上，而且能吸附在液氣界面上，使混凝土拌合物中易于形成許多微小氣泡。減水劑分子定向排列在氣泡的液氣界面上，使氣泡表面形成一層水化膜，同時帶上與水泥顆粒相同的電荷。氣泡與氣泡之間，氣泡與水泥顆粒之間均產(chǎn)生靜電斥力，對水泥顆粒產(chǎn)生隔離作用，從而阻止水泥顆粒凝聚。而且氣泡的滾珠和浮托作用，也有助于新拌混凝土中水泥顆粒、骨料顆粒之間的相對滑動。因此，減水劑所具有的引氣隔離“滾珠”作用可以改善混凝土拌合物的和易性。1.

15、2.混凝土外加劑性能指標(biāo)1.2.1性能指標(biāo)類型. 我國現(xiàn)有14種混凝土外加劑產(chǎn)品有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8077-2000）。另外，還有幾種建材系統(tǒng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，同時也制定了相應(yīng)的試驗方法。常用的5項性能試驗方法如下。坍落度坍落度是表示混凝土和易性的一項指標(biāo)，按照普通混凝土拌合物性能試驗方法（GBJ80）測定，主要儀器是坍落度桶。坍落度和坍落度示意圖見圖（1-4）圖（1-4）坍落度及其損失示意圖圖中A為坍落度桶的高度，即混凝土拌合物剛拌好時的高度，B為立即提桶坍落后拌合物的最高點與桶的高度差；C為拌合物在桶內(nèi)停放不同時間后提桶時拌合物最高點與桶的高度差；（一般取20min.30min.60mi

16、n.90min;D為不同時間間隔坍落度值的絕對變化量，即坍落度損失，其相對變化量，稱為坍落度損失率。（2）減水率。減水率是指在坍落度基本相同的條件下，摻外加劑的與不摻外加劑的（基準(zhǔn)混凝土）混凝土單方用水量之差與基準(zhǔn)混凝土單方用水量的比率為減水率（）。1.2.2性能實驗的一般規(guī)定（1）試驗次數(shù)與要求每項測定的試驗次數(shù)規(guī)定為兩次。 用兩次試驗平均值表示測定結(jié)果。本標(biāo)準(zhǔn)所用的水為蒸餾水或同等純度的水（水泥凈漿流動度，水泥砂漿工作性除外）。本標(biāo)準(zhǔn)所用的化學(xué)試劑除特別注明外，均為分析純化學(xué)試劑。（2）允許差本標(biāo)準(zhǔn)所列允許差為絕對偏差。室內(nèi)允許差：同一分析實驗室同一分析人員（或兩個分析人員），采用本標(biāo)準(zhǔn)方

17、法分析同一試樣時，兩次分析結(jié)果應(yīng)符合允許差規(guī)定。如超出允許范圍，應(yīng)在短時間內(nèi)進(jìn)行第三次測定（或第三者的測定），測定結(jié)果與前兩次或任意一次分析結(jié)果之差符合允許差規(guī)定時，取其平均值，否則，應(yīng)查找原因，重新按上述規(guī)定進(jìn)行分析。室外允許差：兩個實驗室采用本標(biāo)準(zhǔn)方法對同一試樣各自進(jìn)行分析時，所得分析結(jié)果的平均值之差應(yīng)符合允許差規(guī)定，如有爭議應(yīng)商定另一單位按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仲裁決定。以仲裁單位報出的結(jié)果為準(zhǔn)，余元分析結(jié)果比較，若兩個分析結(jié)果差值符合允許差規(guī)定，則認(rèn)為原分析結(jié)果無誤。2.實驗步驟2.1 實驗試劑表2-1實驗主要原料及其規(guī)格名稱 規(guī)格 生產(chǎn)單位甲醛（CH2O） 工業(yè)級 市售丙酮（DFMA） 化學(xué)純

18、鐵塔（萊陽經(jīng)濟開發(fā)區(qū)） 焦亞硫酸鈉（Na2s2o5) 工 市售亞硫酸鈉 工業(yè)級 市售氫氧化鈉 工業(yè)級 市售水 飲用水泥 32.5p 市售石子 市售沙子 市售2.2 實驗儀器表2-2 主要儀器及其型號名稱 型號 制造單位電子天平 FA1004N 上海精密科學(xué)儀器有限公司 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 DHG-9245A 上海一恒科技有限公司增力無級恒速攪拌器 DW-1 鞏義市矛華儀器有限責(zé)任公司調(diào)溫電熱套 KDM 山東省鄄城永興儀器廠電熱恒溫水浴鍋 北京長風(fēng)儀器儀表公司涂-4粘度計 QND-4 中國天津材料試驗機廠 截錐圓模 上海虞達(dá)實驗儀器廠落度桶 上海虞達(dá)實驗儀器廠泌水率筒 上海虞達(dá)實驗儀器廠2.3實

19、驗過程2.3.1反應(yīng)機理脂肪族高效減水劑的合成, 主要是利用醛酮在堿催化下的縮合反應(yīng)和對其羧基的位進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)引入磺酸基來控制其分子量和水溶性, 并通過調(diào)整醛酮和磺化劑的比例來控制其縮合度和磺化度,從而得到同時具有高減水效果和良好保坍性能的分子結(jié)構(gòu)。分子結(jié)構(gòu)如下圖目前合成脂肪族高效減水劑的原料主要是丙酮、甲醛、Na2SO3 Na2SO5 催化劑等。2.3.2正交化實驗設(shè)計方案當(dāng)析因設(shè)計要求的實驗次數(shù)太多時，一個非常自然的想法就是從析因設(shè)計的水平組合中，選擇一部分有代表性水平組合進(jìn)行試驗。因此就出現(xiàn)了分式析因設(shè)計(fractional factorial designs)，但是對于試驗設(shè)計知識較少的實際工作者來說，選擇適當(dāng)?shù)姆质轿鲆蛟O(shè)計還是比較困難的。正交試驗設(shè)計 (Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一種設(shè)計方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進(jìn)行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻