[工学]新型建筑材料材08专用

[工学]新型建筑材料材08专用内容摘要：

可制备自密度，大流动性混凝土， 采用泵送溶流新工艺，可大大提高施工效率。 混凝土中掺加复合外加剂。 还能减少混凝土搅拌，成型过程中的能耗，消除震耳欲聋的噪 声危害。 混凝土中掺加着色剂。 可制成各种装饰混凝土。 外加剂的分类 17 混凝土外加剂的分类 (1)改善新拌混凝土流动性的外加剂。 主要包括各种减水剂、引气剂、灌浆剂、泵送剂等。 (2)调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂。 主要包括缓凝剂、促凝剂、早强剂等。 (3)调节混凝土含气量的外加剂。 主要包括引气剂、加气剂、发泡剂等。 (4)改善混凝土耐久性能的外加剂。 主要包括引气剂、防水剂、阻锈剂。 (5)为混凝土提供特殊性能的外加剂。 主要包括着色剂、膨胀剂、泵送剂、防冻剂等。 按化学成分分 减水剂 减水剂是指在混凝土和易性相同的条件下，能显著降低用水量的外加剂。 又称分散剂和塑化剂。 塑化剂、普通减水剂，减水率≥ 5% 超塑化剂、高效减水剂、流化剂，减水率≥ 10% 缓凝型的、早强型的、引气型的。 木质素系减水剂 、 萘磺酸盐甲醛缩合物 、 磺化三聚氰胺甲醛树脂 、 聚羧酸系。 减水剂的主要功能 ,显著提高流动性 . ，可减少用水量，降低水灰比，提高混凝土的强度 和耐久性。 （水灰比不变）和坍落度不变的条件下，可节约水泥用量。 减水剂的作用机理 水泥颗粒通过絮凝来降低界面能，达到体系稳定，因此把 许多水包裹在絮凝结构中。 加入减水剂后，水泥浆形成的絮 凝结构打开并释放出被絮凝结构包裹的水，增大了流动性。 其机理有三个方面： 液界面能 —润湿作用 图 31 表面吸附分子层 18 减水剂大都是表面活性物质， 可溶于水，能显著降低水的表面张力；能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水－固界面张力。 见图 31。 （ 1）静电斥力作用 静电斥力作用 见图 32 所示。 其中静电斥力大小顺序为：磺酸根 —SO 羧酸根 —COO—、 羟基（ —OH）和醚基（ —O—）。 （ 2）空间位阻斥力作用 聚合物减水剂吸附在水泥颗粒表面，则在水泥颗粒表面形成一层有一定厚度的聚合物分子吸附层。 当水泥颗粒相互靠近，吸附层开始重叠，即在颗粒之间产生斥力作用，重叠越多，斥力越大。 这种由于聚合物吸附层靠近重叠而产生的阻止水泥颗粒接近的 机械分离作用力，称之为空间位阻斥力。 以空间位阻斥力作用为主的典型接枝梳状共废物对水泥颗粒的分散减水机理如图 3． 3 所示。 线型离子聚合物减水剂以静电斥力为主分散水泥颗粒，其空间位阻斥力较小。 如：苯磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。 共聚物的减水剂以空间位阻斥力作用为主。 如： 交叉链聚丙烯酸、羧基丙烯酸与丙烯酸酯共聚物、含接枝聚环氧乙烷的聚丙烯酸共聚物等。 （ 1）水化膜润滑作用 减水剂含有大量极性基团，因其有较强的亲水性使颗粒表面形成具有一定机械强度的溶剂化膜。 如木质素磺酸盐含有磺酸 基 (—SO3ˉ )、羟基 (—OH)和醚基 (—O—)； 苯磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物含有磺酸基； 氨基磺酸盐甲醛缩合物含有磺酸基、胺基 (一 NH2)和羟基 (一 OH)； 聚羧酸盐减水剂含有羧基 (—COO—)和醚基等。 这些极性基团具有较强的亲水作用，特别是羟基、羧基和醚基等均可与水形成氢键，故其亲水性更强。 （ 2）引气隔离 ―滚珠 ‖作用 19 气泡的滚珠和浮托作用。 木质素磺酸盐、腐植酸盐、聚羧酸盐系及氨基磺酸盐系等减水剂，由于能降低液 — 气界面张力，故具有一定的引气作用。 减水剂的技术性质 推荐性指标：减水率、泌水率比、含气量、凝结时间之差、 1h 经时变化量。 强制性指标：抗压强度比、收缩率比、相对耐久性指标。 受检混凝土 性能指标见表 31。 a． 没加减水剂的水泥浆 b． 加减水剂后的水泥浆 图 34 减水剂对水泥浆作用效果对比 20 常用减水剂 （ 1） 木质素系减水剂（木钙、木钠、木镁） 木钙掺量一般为水泥质量的 0． 2％～ 0． 3％。 其减水率为 10％～ 15％， 混凝土 28d 抗压强度提高 8％～ 10 ％； 若不 减水即配合比不变，混凝土坍落度可增大 80％～ 100％； 若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变，可节约水泥用量 10％左右。 木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，一般缓凝 1～ 3h。 木钙减水剂可用于一般混凝土工程，尤其适用于： 大体积浇筑 、 滑模施工 、 泵送混凝土 、 夏季施工等。 木钙减水剂不宜单独用于： 冬季施工，在日最低气温低于 50C 时，应与早强剂或防冻剂复合使用； 不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土以免蒸养后混凝土表面出现酥松现象。 （ 2） 糖蜜系减水剂 棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。 糖蜜减水剂适宜掺量为０ .２％～０ .３％，减水率 10％左右，故属缓凝减水剂。 高效减水剂的应用，成为混凝土技术发展里程一个重要的里程碑，应用它可以配制出流动性满足施工需要且水灰比低，因此强度很高的高强混凝土、可以自行流动成型密实的自密实混凝土，以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土。 特点：具有较高的分子量，纯度较高；减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效；副作用小。 21 种类：萘系；密胺类；氨基磺酸盐类；脂肪族系 问题 :用它配制的砼坍落度损失影响十分明显，不可能有更高的减 水率；其生产的主要原料 ——萘是炼焦工业的副产品，来源受钢铁工业的制约，等等。 （ 1） 萘磺酸盐系减水剂 萘系减水剂为高效减水剂，其主要成分为β一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。 萘系减水剂适宜掺量为０ .５％～１ .０％；其减水率较大，为 １０％～２５ %；节约水泥 10%15%；增强效果显著， 28 天 10%以上；缓凝性很小；大多为非引气型。 适用于日最低气温０ ℃以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。 （ 2） 树脂类减水剂 此类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水 剂，简称密胺树脂减水剂。 它是阴离子表面活性剂。 我国产品有ＳＭ树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂。 ＳＭ适宜掺量为 0． 5％～２ .０％，减水率达２０％～２７％。 对混凝土早强与增强效果显著，能使混凝土 1d 强度提高一倍以上，７ｄ强度即可达空白混凝土２８ d 的强度，长期强度亦明显提高，并可提高混凝土的抗渗、抗冻性能及弹性模量。 可泵性差，经时损失也大。 —— 聚羧酸减水剂 聚羧酸减水剂是直接用有机化工原料通过接枝共聚反应合成的高分子表面活性剂。 它不仅具有传统减水剂吸附在水泥颗粒表面使其表 面带电而互斥作用，更具备支链的位阻作用，从而对水泥分散的作用更强，作用时间更持久。 (1)机理 ①聚羧酸类聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用，主要由于羧基充当了缓凝成分， R—COO—与 Ca2+离子作用形成络合物，降低溶液中的 Ca2+离子浓度，延缓 Ca(OH)2 形成结晶，减少 C—H—S 凝胶的形成，延缓了水泥水化。 ②聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，使水泥充分水化。 ③聚羧酸分子链的空间阻碍作用 (即立体排斥 ) 聚 羧酸类物质分子吸附在水泥颗粒表面呈 ―栉型 ‖，在凝胶材料的表面形成吸附层，聚合物分子吸附层相互接近交叉时，聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒的凝聚，这是羧酸类减水剂具有比其他体系更强的分散能力的一个重要原因。 ④聚羧酸类高效减水剂的保持分散机理可以从水泥浆拌和后的经过时间和 Zeta 电位的关系来了解。 一般来说，使用萘系及三聚氰胺系高性能减水剂的混凝土经 60min 后坍落度损失明显高于含聚羧酸系高性能减水剂的混凝土。 这主要是后者与水泥粒子的吸附模型不同，水泥粒子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力 ，Zeta 电位变化小。 （ 2）聚羧酸系高效减水剂的主要技术特征 22 聚羧酸系高效减水剂掺量占胶凝材料的 %%。 减水率可达（ 2535） %；具有一定的引气性；轻微的缓凝性。 适应配制中、高强度的 高性能混凝土。 （ 3）聚羧酸系减水剂优缺点 ① 保坍性好， 90min 内坍落度基本不损失或损失较小； ② 在相同流动性情况下，对水泥凝结时间影响较小； ③ 通过调节分子结构，制备具有特殊性能和用途的超减水剂，如：低温高早期强度型、零坍落度损失型、抗收缩型等。 ④ 使用聚羧酸类减水剂，可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥， 从而使成本降低； ⑤ 合成高分子主链的原料来源较广； ⑥ 分子结构上自由度大，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大； ⑦ 聚合途径多样化，如共聚、接枝、嵌段等。 合成工艺比较简单，由于不使用甲醛、萘等有害物质，不会对环境造成污染。 聚羧酸系减水剂缺点 (1)产品性能的稳定性较差。 在一定程度上，这一缺陷是由于我国的水泥品种太多、掺合料复杂、聚羧酸制备工艺不成熟造成的。 (2)在复配过程中，对引气剂、消泡剂的选择性较强。 (3)在配置高强高性能混凝土、自密实混凝土过程中，存在着混凝土黏性太多、 泵压太高的问题。 随着工程建设和混凝土技术进步的需要，各种新型多功能复合减水剂正在不断研制生产中，如 2—3h 内无坍落度损失的保塑高效减水剂等，这一类外加剂主要有：聚羧酸盐与改性木质素的复合物、带磺酸端基的聚羧酸多元聚合物、芳香族氨基磺酸系高分子化合物、改性经基衍生物与烷基芳香磺酸盐的复合物、苯磺酸甲醛缩合物与木钙等的复合物、三聚氰胺甲醛缩合物与木钙等的复合物、脂肪族系高分子聚合物与糖钙等的复合物等等。 减水剂 —水泥相容性问题 混凝土拌合物坍落度损失问题 减水剂的掺入方法 引气剂 引气剂是指在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。 能够改善和易性 ， 提高抗渗、抗冻性和耐久性的外加剂。 组成特点：带有憎水基和亲水基的表面活性剂。 物理化学特性：可溶于水；降低水的表面张力；能吸附在气泡表面，使之稳定。 搅拌水可产生气泡，但很快消失，为什么。 水的表面张力使气泡不稳定。 水中加入引气剂后水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡；通过吸附于气泡表面形成单分子膜，减小液－气界面能 (表 23 面张力 )，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。 适宜掺加量 ：为水泥用量的 %～ %,混凝土中含气量为 3%～ 5%。 常用种类 松香树脂类 、 烷基和烷基芳烃磺酸盐类 、 脂肪醇磺酸盐类 、 皂甙类 松香热聚物、松香皂类等； （ 1）配方 石炭酸 35 克，硫酸 2 毫升，氢氧化钠， 4 克松香 70 克 （ 2）性能和使用 松香热聚物加气剂为微透明的胶状体，使用引气剂时，要严格控制掺量，使混凝土含气量控制在 3—5%以内，过多会使混凝土强度降低。 一般情况下，松香热聚物加气剂的掺量约为水泥用量的 —%。 ：十二 烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基苯酚聚氧乙烯醚等； 十二烷基苯磺酸钠化学式： RC6H4SO3Na（ R=C10C13） ， 为高含量阴离子表面活性剂，具有去污、润湿、发泡、乳化、分散等性能， 皂化的吐尔油；起泡能力较差，泡沫小，稳定性好。 ：三萜皂甙等 （ 1） 原料及生产工艺 该类引气剂以我国南方分布的天然野生植物皂甙为主要原料 ,从植物果实中提炼的三萜皂甙类精制而成。 能引入混凝土中的气泡达 10 亿个之多，孔径范围为 ～ mm，为不连续的封闭球形，分布均匀，稳定性好。 当含气量≥ 5%时，气泡间 距系数 L100μ m，当含气量为 6%时，气泡间距系数 L 约为 80μ m。 （ 2）特点 水溶性极强 , 在外加剂复合上，有良好配伍的适应性，能充分体现 ―协同效应 ‖，复合效果优于单剂。 可以提高混凝土的流动性和可塑性，减少泌水和离析，提高抗折强度 10%20%，可降低新拌混凝土塌落度损失。 对混凝土抗冻性和抗盐冻性具有显著的改善效果外。 引气引入的微小气泡可作为体积膨胀的缓冲空间 ,降低和延缓其他物理膨胀 (如盐晶体结晶压等 )和化学反应膨胀 (如碱骨料反应和硫酸盐反应等 )引起的混凝土破坏。 还可改善混凝土的抗渗性能 ,仅从这一点 ,引气剂就可提高混凝土的综合耐久性。 在泵送剂生产过程中若按泵送剂重量计，加入 35‰ （最大不大于 2%）；若按水泥计，加入万分之零点五到万分之零点八（最大不大于万分之三），即能起到以下显著的作用：提高减水率；减少坍落度损失；减少泌水和离析，保水性能好；有较好的缓凝作用；能有效地减少摩擦力，增加。