《混凝土外加劑》第3章 普通減水劑

第三章普通減水劑3.1普通減水劑的組成及化學(xué)性質(zhì)3.2普通減水劑對(duì)混凝土性能的影響3.3普通減水劑的制備工藝3.4普通減水劑的適應(yīng)范圍與工程應(yīng)用普通減水劑的特點(diǎn)：應(yīng)用面最廣、使用量最大、使用最早，最初為工業(yè)副產(chǎn)品。普通減水劑的主要作用：1.在不減少單位用水量情況下，改善新拌混凝土的和易性，提高流動(dòng)度和工作度。2.在保持相同流動(dòng)度下，減少用水量，提高混凝土的強(qiáng)度。3.在保持一定強(qiáng)度情況下，減少單位水泥用量，節(jié)約水泥。和易性——混凝土拌合物的和易性又稱(chēng)工作性，它是一項(xiàng)綜合的技術(shù)性質(zhì)，包括流動(dòng)性、粘聚性和保水性等三方面的含義。流動(dòng)性——指混凝土拌合物在自重力或機(jī)械振動(dòng)力作用下易于產(chǎn)生流動(dòng)、易于輸送和易于充滿(mǎn)混凝土模板地性質(zhì)。粘聚性——混凝土拌合物在施工過(guò)程中保持整體均勻一致的能力。粘聚性好可保證混凝土拌合物在輸送、澆灌、成型等過(guò)程中，不發(fā)生分層、離析，即保證硬化后混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻。保水性——混凝土拌合物在施工過(guò)程中保持水分的能力。保水性好可保證混凝土拌合物在輸送、成型及凝結(jié)過(guò)程中，不發(fā)生大的或嚴(yán)重的泌水，既可避免由于泌水產(chǎn)生的大量的連通毛細(xì)孔隙，又可避免由于泌水，使水在粗骨料和鋼筋下部聚積所造成的界面粘結(jié)缺陷。

3.1普通減水劑的組成及化學(xué)性質(zhì)普通減水劑種類(lèi)：木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi)減水劑、羥基羧酸鹽減水劑、糖鈣減水劑、腐殖酸減水劑。1.木質(zhì)素磺酸類(lèi)減水劑a.木質(zhì)素(Lignin)的來(lái)源與結(jié)構(gòu)木質(zhì)化植物中木質(zhì)素

的作用：粘結(jié)作用，

提高強(qiáng)度作用。在紙纖維生產(chǎn)中，木

質(zhì)素是多余有害的，

在木材蒸煮制漿過(guò)程

中與纖維通過(guò)過(guò)濾分

離后存在于濾液中，

提取濾液中的酒精（

乙醇）、香蘭素（食

物添加劑），最后剩

下木質(zhì)素（含量40%-60%）。b.木質(zhì)素磺酸鹽的性質(zhì)式中M為Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+等。分子量：20000—50000之間。性質(zhì)屬于陰離子表面活性劑。

木質(zhì)素磺酸鹽性質(zhì)原料造紙工藝軟木（針葉）硬木（闊葉）蘆葦、稻草（一年生）木質(zhì)素含量16%—19%，對(duì)混凝土作用良好。木質(zhì)素含量27%—37%，對(duì)混凝土作用優(yōu)良。木質(zhì)素含量更低，對(duì)混凝土作用最差。酸法堿法（大部分）木質(zhì)素磺酸鈣（木鈣）木質(zhì)素磺酸鈉（木鈉）2.其他類(lèi)減水劑a.腐殖酸類(lèi)減水劑（胡敏酸）：是一類(lèi)高分子羥基芳基羧酸。b.棉漿、半纖維素類(lèi)減水劑c.橡椀栲膠類(lèi)減水劑腐殖酸減水劑3.2普通減水劑對(duì)混凝土性能的影響（木質(zhì)素磺酸鹽）木質(zhì)素磺酸鹽特點(diǎn)及作用：屬于陰離子表面活性劑，能吸附在固液界面上形成界面吸附層，使界面層上分子與內(nèi)部分子具有不同能量，即木質(zhì)素磺酸鹽水溶液表面張力小于純水溶液，因而起分散和起泡作用。氣泡的滾動(dòng)和托浮作用會(huì)改進(jìn)固液分散體系的和易性。木質(zhì)素磺酸鹽在水中解離成有機(jī)大分子陰離子和金屬陽(yáng)離子，大分子陰離子吸附在水泥固體顆粒表面，使水泥粒子帶負(fù)電，電斥力使水泥粒子分開(kāi)，水膜還能減小粒子間摩擦力起潤(rùn)滑作用。木質(zhì)素磺酸鹽分子中存在著羥基（—OH）和醚鍵（—Ｏ—），因而有緩凝作用，使水泥水化初期可減少結(jié)合水消耗而增加和易性。

１.對(duì)新拌混凝土性能的影響a.改善混凝土和易性影響和易性的因素：水泥品種、用量、骨料用量、砂率大小、用水量、澆注環(huán)境溫度、濕度、工藝條件、靜停時(shí)間等。當(dāng)其他條件相同時(shí)和易性與減水劑的種類(lèi)、摻量及摻加方法有關(guān)。木鈣、木鈉對(duì)塌落度影響樣品摻量木鈉木鈣高效木鈉+高效木鈣+高效0.25%1401351691451450.5%2001952152152001.0%2312062382852651.5%240240250287270混凝土攪拌車(chē)混凝土攪拌機(jī)混凝土攪拌樓減水率：8%—15%

WR=(W0

—W1)/W0×100%

W0：基準(zhǔn)混凝土單位用水量；

W1：摻外加劑混凝土單位用水量b.減少單位用水量實(shí)際計(jì)算水泥水化硬化所需用水量25%（以水泥質(zhì)量為100%）。生產(chǎn)混凝土?xí)r為了保持流動(dòng)性，便于施工，用水量超過(guò)此值。這些水化過(guò)程中不需要的水稱(chēng)為游離水分。游離水分蒸發(fā)形成混凝土中的空隙。c.改變混凝土的凝結(jié)時(shí)間初凝：自加水時(shí)至水泥漿開(kāi)始失去塑性，流動(dòng)性降低所需的時(shí)間。終凝：自加水時(shí)至水泥漿完全失去塑性并開(kāi)始一定初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所需的間。不早于45min，不宜過(guò)快，以完成各種工序。不遲于6.5h，不宜過(guò)遲，盡早凝結(jié)硬化，產(chǎn)生強(qiáng)度。凝結(jié)時(shí)間測(cè)定方法：貫入阻力實(shí)驗(yàn)（貫入阻力儀）R=P/AR—貫入阻力，MPaP—貫入深度25mm時(shí)所需壓力NA—貫入儀試針的截面積，mm2

測(cè)初凝時(shí)間100mm2

測(cè)終凝時(shí)間20

mm2

A：普通硅酸鹽水泥混凝土；B：摻木質(zhì)素磺酸鈣后的普通硅酸鹽混凝土；C：摻木質(zhì)素磺酸鈣后的礦渣硅酸鹽混凝土d.水化熱混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程是放熱過(guò)程，摻入減水劑后，放熱量與不摻大致相同，不同的在于改變了水化熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間與高度。也就是說(shuō)減水劑推遲了水泥的放熱過(guò)程。木質(zhì)素?fù)搅繛?.25%，水化熱峰值推遲3—8h。e.泌水混凝土由水、膠凝材料、細(xì)骨料、粗骨料、外加劑等拌合硬化而成，它會(huì)產(chǎn)生不均勻的情況有三種：骨料沉底、漿體上浮漿體沉底、骨料上浮水分上浮逸出（泌水）混凝土離析混凝土的宏觀不均勻性混凝土宏觀上是均勻的，但是上表面不均勻，內(nèi)部局部不均勻泌水機(jī)理解決混凝土泌水的途徑(1)混凝土配合比方面，適當(dāng)增加膠凝材料用量，適當(dāng)提高混凝土的砂率。在保證施工性能的前提下，盡量減少單位用水量。

(2)原材料方面，選用較細(xì)的膠凝材料和高品質(zhì)的引氣劑。

(3)減水劑方面，選用混凝土泌水較小、流動(dòng)度大的高效減水劑。

(4)施工方面，嚴(yán)格控制混凝土振搗時(shí)問(wèn)，避免過(guò)振。

(5)通過(guò)外加劑改善混凝土的泌水。

如果減水劑的分子量較大、分子鏈較長(zhǎng)，會(huì)使混凝土的泌水減少，但是同時(shí)減水劑的減水率較低。如果分子量較小、分子鏈較短，則使減水率增加，同時(shí)使混凝土的泌水率增大。有些減水劑在主分子鏈上存在支鏈，無(wú)論主鏈支鏈，較長(zhǎng)時(shí)會(huì)使混凝土泌水減水，但減水率也相應(yīng)降低?；旌辖M成（復(fù)合型外加劑）2.對(duì)硬化混凝土性能的影響（1）強(qiáng)度強(qiáng)度理論：鮑羅米公式R=AR0(C/W－B)A、B——常數(shù)R——混凝土強(qiáng)度

R0——水泥標(biāo)號(hào)C/W——水灰比孔隙率R=3100（1－Vp）2.7

Vp——混凝土孔隙率木質(zhì)素磺酸鹽：a.減水劑的減水作用降低水灰比，孔隙體積

減小，砼更為致密，強(qiáng)度提高。b.引氣作用,用量大時(shí)含氣量增加，強(qiáng)度反

而下降。減水劑對(duì)抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯影響。（2）收縮與徐變收縮：砼在干燥過(guò)程中，發(fā)生氣孔水和毛細(xì)水的蒸發(fā)，毛細(xì)水的蒸發(fā)使毛細(xì)孔中形成負(fù)壓，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致砼收縮。殘余收縮為收縮量的30%—60%。砼的極限收縮值（50—90）×10-5mm/mm(1m收縮0.5—0.9mm)。

摻減水劑：前兩個(gè)月收縮大，三個(gè)月后收縮小——成型后早期加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，較小收縮。徐變：砼在恒定載荷的長(zhǎng)期作用下，沿著作用力的方向的變形隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)，一般要延續(xù)2—3年才逐漸趨于穩(wěn)定，這種在長(zhǎng)期載荷作用下產(chǎn)生的變形稱(chēng)為徐變。徐變應(yīng)變瞬時(shí)應(yīng)變瞬時(shí)恢復(fù)殘余形變徐變恢復(fù)（3）抗?jié)B性減水劑→水灰比下降→砼密實(shí)性提高→引氣性→少量氣泡→阻斷了毛細(xì)管的通道→開(kāi)放孔成為封閉孔→抗?jié)B性提高（4）抗凍融性在某一凍結(jié)溫度下存在結(jié)冰水和過(guò)冷水，結(jié)冰水產(chǎn)生體積膨脹（9%）及過(guò)冷水發(fā)生遷移，引起壓力的結(jié)果。砼在摻入減水劑后，由于減水劑的增強(qiáng)作用及引入一定數(shù)量獨(dú)立微小氣泡，使砼抗凍融性有較大提高。（5）鋼筋銹蝕與碳化鋼筋銹蝕→電化學(xué)腐蝕：由于氯離子的存在，發(fā)生原電池反應(yīng)。減水劑生產(chǎn)時(shí)原料含氯，當(dāng)氯離子含量小于1%，銹蝕程度不增加。耐久性與碳化相關(guān)：硬化砼長(zhǎng)期暴露在空氣中，與空氣中二氧化碳反應(yīng)：Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O，逐漸失去堿性（鋼筋處于強(qiáng)堿性中不銹蝕），碳化由表面向內(nèi)部→碳化不影響強(qiáng)度，但不能保護(hù)鋼筋（原PH值12.5，碳化后PH小于11.5，有氧時(shí)鋼筋表面鈍化膜被破壞。）Fe(OH)3比Fe的體積大2—2.5倍，且疏松，形不成保護(hù)膜，并且使鋼筋體積增大，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，保護(hù)層開(kāi)裂、脫落，加速鋼筋銹蝕，使承載能力下降至破壞。減水劑具有減水作用，可使水灰比下降，抑制碳化。3.3普通減水劑的制備工藝1.木質(zhì)素磺酸鹽減水劑（木鈣、木鈉）制漿木質(zhì)素磺酸鹽（副產(chǎn)品）纖維漿，生產(chǎn)化纖織物或造紙分離木鈣的生產(chǎn)過(guò)程（亞硫酸鹽制漿法）把木片與亞硫酸鹽蒸煮，木質(zhì)素發(fā)生磺化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為水溶性。

堿法分子量最小亞硫酸制漿蒸中性法 煮液酸堿度（PH）酸性法 分子量高，木鈣質(zhì)量最好（一般方法）

生產(chǎn)流程：b.木鈉的生產(chǎn)工藝（木質(zhì)素磺酸鈉）分子結(jié)構(gòu)與木鈣相同，只是大分子中的磺酸基團(tuán)形成的不是鈣鹽而是鈉鹽，因此生產(chǎn)過(guò)程中用NaOH取代Ca(OH)2來(lái)中和廢液。廢液→中和（置換）→發(fā)酵→超精濾→濃縮→噴粉c.木質(zhì)素磺酸鹽生產(chǎn)的質(zhì)量控制水分：＜7%影響有效成分含量，吸潮水不溶物：＜2%雜質(zhì)，非有效成分PH值：4.5~5.5還原糖：＜8%影響砼緩凝，降低有效成分。2.腐殖酸減水劑腐殖酸中大部分不溶于水和酸，在有堿存在的條件下生成鹽而溶解。草炭烘干干燥分離堿煮去渣烘干磺化清液濃縮磨細(xì)成品NaOHNa2SO43.棉漿減水劑廢液棉短絨蒸煮烘干氯化球磨沉淀過(guò)濾成品NaOH過(guò)濾氯氣濾液Na2CO34.栲膠及其廢渣提取物3.4普通減水劑的適應(yīng)范圍與工程應(yīng)用1.普通減水劑應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

①應(yīng)用廣泛：普通混凝土、大體積砼、水工、泵送、防水、現(xiàn)澆砼、預(yù)制砼、鋼筋砼、預(yù)應(yīng)力砼

現(xiàn)場(chǎng)攪拌砼，然后澆注商品砼：建筑場(chǎng)外攪拌后，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸入現(xiàn)場(chǎng)直接澆注：混凝土現(xiàn)澆

預(yù)制砼 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制預(yù)制砼：場(chǎng)外預(yù)制（定做的、買(mǎi)現(xiàn)成的砼構(gòu)件）不宜使用：蒸養(yǎng)砼

②有緩凝作用，日最高氣溫高于5℃時(shí)使用。③適宜摻量（0.25%，不超過(guò)3%），宜于濕摻④砼拌合物從出機(jī)運(yùn)輸?shù)綕沧⒌臅r(shí)間（夏季：小于1h，冬季：小于2h）⑤減水劑與膠結(jié)料及其他外加劑的相容性⑥加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)2.普通減水劑容易出現(xiàn)的工程質(zhì)量問(wèn)題①流動(dòng)性不好摻量不夠②長(zhǎng)時(shí)間不凝結(jié)摻量過(guò)大

③強(qiáng)度不夠④假凝（急凝）水泥、外加劑相容性3普通減水劑的工程應(yīng)用葛洲壩水利工程1974年到1985年施工，澆注砼1250萬(wàn)立