聚羧酸高性能减水剂新标准.ppt

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1、聚羧酸高性能减水剂新标准 与相关知识学习,聚羧酸高性能减水剂新标准要点学习,标准编制背景,高效减水剂（萘磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂为主）的减水率尽管较高，但是大多数产品存在如下诸多问题：与不同水泥的相容性不好，特别是对早强型水泥所配制的混凝土拌合物粘度较大，坍落度损失快造成混凝土早期收缩显著增加,标准编制背景,日本、西欧等国相继研制出了新一代的高效减水剂聚羧酸系高性能减水剂。该类减水剂克服了传统高效减水剂的不足，不仅在掺量明显降低的前提下减水率反而大大提高，可以配制更高强度等级的混凝土，特别适合用于配制高性能混凝土；而且成功解决了与水泥适应性不好、混凝土拌合物粘度过大、坍落度损失过快等难题。,

2、标准编制背景,掺用聚羧酸系高性能减水剂混凝土的强度增长也十分明显；相比于传统高效减水剂，聚羧酸系高性能减水剂生产工艺简单，生产过程中不涉及甲醛、苯酚等有毒物质，也不涉及硫酸等强腐蚀性物质，对环境无污染。近年来，国外若干聚羧酸系高性能减水剂产品相继进入我国建筑市场，例如德固赛、LG、巴斯夫、马贝等，同时我国也研制开发了聚羧酸系高性能减水剂。比如上海建筑科学研究院、中国建筑科学研究院等已经有自己的产品，其产品技术性能指标与国外产品相当。,标准编制背景,但是在我国，混凝土工程界对聚羧酸系减水剂的认识尚不够深入、甚至还有不少误区；同时，由于我国目前尚无有关聚羧酸系高性能减水剂的国标或行业标准，十分不利

3、于聚羧酸系高性能减水剂的推广应用。,标准编制背景,JG/T223-2007聚羧酸高性能减水剂新标准要点说明包括聚羧酸系高性能减水剂的定义、技术要求、试验方法、检验规则、包装、出厂、贮存及退货等。,定义和标记,级别、形态和类型,化学性能指标,掺聚羧酸高性能减水剂混凝土性能指标,掺聚羧酸高性能减水剂匀质性指标,掺聚羧酸高性能减水剂混凝土性能,掺聚羧酸高性能减水剂混凝土性能,掺聚羧酸高性能减水剂混凝土性能,取样、留样、判定与复验,包装与出厂,相关知识学习纲要,高性能混凝土外加剂外加剂对混凝土微观结构的影响外加剂对耐久性的提升作用高性能混凝土外加剂的应用及展望,一、高性能混凝土外加剂,高性能混凝土外加

4、剂-减水剂的发展历程,普通减水剂（减水率8%)木质素磺酸盐糖蜜类高效减水剂（减水率12%)萘磺酸盐甲醛缩合物（1962年服部健一博士）多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物三聚氰胺（密胺）系减水剂（1964年德国SKW)氨基磺酸盐减水剂脂肪族羟基磺酸盐减水剂(丙酮类减水剂)高性能减水剂聚羧酸类接枝共聚物（1986年日本触媒）,萘系减水剂不能认为是高性能减水剂,接枝共聚物满足高性能混凝土外加剂的要求，世界性的研究热点,高性能外加剂要求大减水、高增强（混凝土强度持续增长）优异的坍落度保持性能良好的和易性（不泌水、不离析）气泡质量好（气泡间隔系数小,含气量损失小），且含气量可调不增大混凝土收缩对混凝土性能副作用小

5、材料组成和生产工艺对环境影响小对水泥、工业废渣、集料和气温具有广泛的适应性,高性能聚羧酸外加剂 由含有羧基的不饱和单体和大单体共聚而成，对混凝土具有高减水、高保坍、高增强、低收缩等优异性能的环保型系列减水剂。,Side chain,Main chain,.,.,.,.,.,.,.,.,.,水中的聚羧酸盐,7 nm,20 nm,Rh 15 nm,聚羧酸盐超塑化剂分子构象,高性能聚羧酸外加剂对水泥的作用机理,聚羧酸系减水剂的“吸附分散”机理,链的作用,主链和侧链决定分子量大小，影响静电斥力和位阻斥力。弱极性的-OH、-SH、-COR、-CONH2、-CN、-NH2以及短PEO链等，影响静电斥力和位

6、阻斥力；强极性短侧链的COO、SO3基团密度越高，在极性的水泥颗粒表面锚固作用增强，有助于阻止水分子通过紧密的绒化层，具有明显的缓凝作用，影响静电斥力。,采取交联措施,碱性条件下逐步降解,空间位阻,水泥水化不影响分散,优异的保坍性能,高性能聚羧酸外加剂的构效关系,引入两性聚电解质结构,改善吸附性提高饱和掺量,采用长聚醚侧链,空间位阻效应,高减水率,减少收缩,接枝化学减缩组份,降低混凝土孔隙内部界面张力,高性能聚羧酸外加剂的构效关系,高性能聚羧酸外加剂的性能特点,二.化学外加剂生产现状,表1 2007年我国各品种混凝土外加剂产量（万吨）,我国聚羧酸系减水剂年用量的统计,铁路PCA用量约占全国总量

7、的三分之一,二、外加剂对混凝土微观结构的影响,混凝土结构研究的不同尺度和对象,研究方法XRD-水化产物的组成SEM-水化产物的形貌MIP-水化产物的孔结构,不同外加剂对微观结构的影响,XRD,基准试样(3d),基准试样(28d),3d中存在Ca(OH)2和较多的未水化水泥颗粒,28d中仍存在未水化的水泥颗粒，但是其数量明显减少，尤其是C4AF、C3S含量明显减少,掺FDN(3d),掺FDN(28d),3d水化产物主要为Ca(OH)2、未水化水泥颗粒以及水化C-S-H凝胶。,28d无定形凝胶物质几乎消失，未水化的C4AF颗粒衍射峰也随着水化龄期的增长而消失，C-S-H凝胶谱峰强而尖锐，表明生成了

8、结晶良好的水化产物。,掺PCA(3d),掺PCA(28d),与掺FDN减水剂类似，但对3d水化的影响程度不同，无定形凝胶增多，水化28d后无定形凝胶物质几乎消失，试样中C-S-H凝胶谱峰强而尖锐。,XRD衍射结果表明:掺加PCA超塑化剂的水泥浆体和纯水泥浆体的水化产物是相同的，只是水化程度的差异，随龄期的增加掺PCA超塑化剂的水泥浆体水化程度加深，C3S和C2S峰明显降低，而Ca(OH)2和C-S-H凝胶峰不断增加。掺外加剂的水泥浆体水化28d 时Ca(OH)2比纯水泥浆减少，C-S-H凝胶峰增多，说明生成了更多的水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物。掺聚羧酸系外加剂和萘系减水剂的水泥浆体呈现出相

9、同的变化规律。,纯水泥浆水化 3d水化形貌,300,1000,3000,10000,纯水泥浆水化 28d水化形貌,300,1000,3000,10000,掺FDN 水化产物形貌,3d,28d,300,3000,300,3000,掺PCA 水化产物形貌,3d,28d,300,5000,10000,300,5000,10000,从SEM的照片分析中可以发现：纯水泥浆体在水化初期，有大量的钙矾石以及Ca(OH)2晶体，甚至到水化28d后仍可以见结晶颗粒较大的Ca(OH)2晶体。掺加了FDN减水剂或PCA减水剂，在水化初期就形成了均匀的C-S-H凝胶，且相互连接，紧密堆积，随水化的继续进行，这种紧密堆

10、积的结构发展更为广泛，Ca(OH)2晶体已基本不易发现，尤其是掺PCA超塑化剂形成的水化产物更为致密。,Ref.FDNPCA,3d样品的孔径分布图,28d样品的孔径分布图,Ref.FDNPCA,MIP,浆体 最可几孔径 纯水泥（Ref）58nm 掺萘系减水剂（FDN）40nm掺聚羧酸系减水剂（PCA）35nm,孔径分布比例/%,(a)3d样品的孔径分布比例图(b)28d样品的孔径分布比例图,孔径分布比例/%,MIP分析结果表明外加剂掺入水泥浆体后，改善了水泥浆体内部的孔结构。掺PCA水泥浆体孔径持续减小，28d后有害孔和多害孔基本没有。,三、外加剂对混凝土耐久性的提升作用,外加剂对混凝土氯离子

11、渗透性能的影响,外加剂对混凝土混凝土抗冻性能的影响,含气量经时变化,外加剂对混凝土碳化性能及钢筋锈蚀能力的影响,掺聚羧酸减水剂混凝土具有更高的密实性更强的抗氯离子渗透能力更强的抗CO2渗透能力,用聚羧酸减水剂配制的混凝土具有更强的钢筋保护能力更好的减少或避免钢筋锈蚀提高混凝土结构的安全性,四、高性能混凝土外加剂的应用及展望,中央电视台央视大楼新址工程,使用聚羧酸系减水剂配制的大掺量粉煤灰和矿渣C40混凝土，混凝土厚13米，混凝土和易性好，无离析泌水，保证2小时内运输到现场，泵送前坍落度，出泵后混凝土坍落度，混凝土泵送顺利。,央视大楼新址工程使用PCA,客运专线掺高性能外加剂砼性能指标,Dewe

12、y&Almy 30 年代开发用于橡胶工业的专利技术，1962 年日本开发成用于混凝土高效减水剂。我国最早用于染料助剂（NNO,MF）有钠和钙盐两种类型（钙盐为低碱高浓型,成本较高）不同厂家工艺流程大致相同,差异在于工艺控制水平,如磺化、中和和缩合程度，造成氯离子、碱含量、硫酸盐含量、不溶物等的差别，以及减水率和与水泥相容性的差别,萘磺酸盐系高效减水剂(NSFC),萘磺酸盐系高效减水剂的优缺点,优点：减水率可达30，减水作用与水泥化学及添加方式有 关，后掺效果好。高掺量或超量时性能可预测性较好，有轻微缓凝和引气作用。生产和使用技术较成熟缺点：非线性掺量减水率关系，在低掺量时减水效果差。混凝土拌和

13、物较硬，触变性突出，坍落度小于160mm 时泵压较大。,至今为止，我国砼化学外加剂产品生产以高效减水剂为主，其中萘系占高效减水剂总量的80。萘系高效减水剂分两类：低浓型（占85）和高浓型（占15）。萘系高效减水剂的化学性能指标见下表：,低浓型萘系减水剂对砼次生耐久性的危害,低浓型萘系减水剂对砼次生耐久性的危害,低浓型萘系减水剂硫酸钠含量高，含碱量高，对混凝土抵抗钢筋锈蚀不利。高浓度和低浓度不是浓度差别，而是品位差别：低浓度低品位；高浓度高品位。,外加剂有害物测控项与质控模式,外加剂有害物质控未考虑掺量因素，给工程、生产方和监理部门带来困难。为此建议：质控模式应采用外加剂有害物质量控制和由外加剂

14、带入砼中有害物总量控制双控模式。日本已经考虑这个问题了，混凝土中由外加剂加入的碱含量0.3kg/m3，氯离子含量0.02kg/m3,聚羧酸系高效减水剂的优点,强力分散作用，减水率可高达40%。掺量-减水率关系接近于线 性，性能可预测性好。设计合成的产品，可通过分子结构设计和工艺 控制来获得不同要求的性 能碱和氯离子含量低,混凝土收缩较小有适量的引气性,对水泥品种其是水泥碱含量敏感,聚羧酸系高效减水剂的缺点,原来的认识有误：坍落度经时损失未必较小。混凝土配合比合适时，拌和物工作性好,动粘度低,抗离析泌水能力较好，但对掺量极为敏感。低强度等级混凝土泌水严重。复配技术难度大，使用技术不成熟。原料和工

15、艺不同时性能差别很大。成本较高。,减水剂的选择和使用,用产品“代”评价减水剂是不合适的，因为任何产品都有利必有弊。没有好与不好的，只有合适与不合适的外加剂不是灵丹妙药，必须配合混凝土材料其他组成及配合比。混凝土是非常复杂的系统,甚至不同性能之间是相互矛盾的.如何平衡是关键。,C20C25 混凝土：掺入粉煤灰，用普通减水剂时,坍落度12030mm即可很好地泵送，离析泌水可能性大为降低，混凝土单方成本也低.关键是减水剂质量的稳定性C30C60混凝土：使用普通减水剂+高效减水剂的组合，技术经济指标均较好C60以上高强、高性能、自密实混凝土、高流态：常规减水剂不能或很难达到要求(25%)的混凝土工程,或对混凝土表面质量有较高要求的混凝土,可使用聚羧酸减水剂,