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1、砼外加剂1一f砼外加剂蒋亚清李继峰江苏省建材工业息公司(210008)王洪波江茹省建材研究设计院(210009)丁儿t.摘要车文对砼外加剂发展史,国内井生产应用撬况,分类与定义,生产,掺井加剂砼的性能特点,砼册加剂基了近年来,我国砼外加剂生产与应用得到了长足的发展.尤其在商品砼和高性能砼中掺用外加剂,已经引起业内人士的高度重视.然而,对醴外加剂基本知识的科普工作,对技术人员和质检人员的培训工作尚待全面,系统地进行.本文综合国内外有关醴外加剂方面的资料,结合作者的科研成果.对砼外加剂进行综述,供有关工程技术人员参考.2砼外加剂发展史砼外加剂的发展已有约100年的历史,最早出现的砼外加剂是琉水剂和
2、塑化剂.并于1910年成为工业产品.三十年代.砼外加剂开始了较大规模的发展,代表产品是美国以橙香树脂Vinsoresin为原料生产的一种引气剂.五十年代,国外又以亚硫酸纸浆废液经发酵脱糖工艺等途径生产阴离子表面活性剂,用于提高砼塑性,从而开辟了现代砼减水剂的历史纪元.六十年代,日本研制成功萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂,德国研制成功密胺磺酸甲醛缩合物高效减水剂,使砼技术得到了划时代的发展.到了八十年代末九十年代初,由于商品砼的普及应用.日本又率先研制成功了反应性高分子化合物,较好地题.我国的砼外加剂发展起始于五十年代,当时的主要产品有松香皂类引气剂,以亚硫酸纸浆废液为原料生产的减水剂,氧盐防冻剂和
3、早强剂等,七十年代和八十年代是我国砼外加剂科研,生产,应用比较活跃的时期:以煤焦油中各馏分,尤其是萘及其同系物为主要原料生产减承剂得到迅速发展;用亚硫酸纸浆废液提取酒精后.生产木质紊磺酸钙,并在土木工程中推广应用;密胺磺酸甲醛缩合物高效减水剂有了一定的发展;其它各类外加剂(包括复合外加剂)在建筑工程中得到应用,到了九十年代,我国的砼外加剂科研,生产,应用有了突飞猛进的发展,并研制成功了徐放型反应性高分子外加剂;高效减水剂,缓凝高效减承剂,膨胀剂的生产应用呈现了前所未有的太好局面,这得益于商品砼,高性能砼,特种砼在土木工程中的应用.3砼外加剂国内外生产应用概况砼外加荆在一些发达国家已经得到普遍使
4、用,尤以利用纸浆废液,煤焦油等工业副产品生产的木质紊磺酸盐系减水剂和磺化煤焦油系减水剂复合调凝剂,引气剂等最为常见,它们被广泛应用于各类土木工程.我国的砼外加剂经过近二十年的生产应用实践,已经发展了300多个品种,并在商品砼,高性能砼以及道路,桥粱,水工,预制构件等砼工程中得到了一定的应用,取得了较好的技术经挤效益.然而.我国砼外加剂的发展还存在着许多同题.主要是:掺用外加剂的砼占砼总量的比饲与国外先进水平相距甚远.砼外加剂仅仅在大中城市和一些经济发达地区得到应用;结构性矛盾比较突出,砼外加荆生产企业平均规模较小,工艺设备落后,技术水平低下,品种结构有待调整,以工业萘为原料生产的减水剂仍占有相
5、当大的比例,用工业尉产品生产外加剂的企业极少;砼外加剂的质量认证工作尚待加强,还没有实行生产许可证制度,更谈不上将生产许可证和使用认可工作结合起来;砼外加剂技术水平有待提高,复合外加剂和特种外加剂还不能完全满足各类工程的要求;砼外加荆科普工作还没有得到有关方面的足够重视.但值得欣慰的是,在中国砼外加剂学会和协会的共同努力下,我国砼外加剂科研,生产,应用工作正瓠着健康有序的方向发展.4砼外加剂定义与分类4.1砼外加剂定义砼外加剂是在拌制砼过程中掺人,用以改善砼性能的物质.通常情况下.砼外加剂掺量不大于水泥质量的5%.常用外加荆定义如下:普通减水剂:在砼坍藩度基本相同的条件下,能减少拌和用水量的外
6、加荆.高效减水剂:在砼坍落度基本相同的条件下,能大幅度减少拌和用水量的外加剂.缓凝剂:可延长砼凝结时间的外加剂.早强荆:可加速砼早期强度发展的外加剂.速凝荆:能使砼迅速凝结硬化的外加荆.,一8一,引气剂:在搅拌砼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.防水荆:能降低砼在静水压力下的透水性的外加荆.膨胀剂:能使砼产生一定体积膨胀的外加荆.防冻剂:能使砼在负温下硬化,并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂.泵送剂:能改善砼拌和物泵送性能的外加剂.早强减水荆:兼有早强和减水功能的外加荆.缓凝减水剂:兼有缓凝和减水功能的外加剂.缓凝高效减水剂:兼有缓凝和大幅度减少拌和用水量的外加荆.引
7、气减水剂:兼有引气和减水功能的外加剂.4.2砼外加剂的分类4.2.1砼外加荆按其主要功能分为四类:改善砼拌和物流变性能的外加剂;调节砼凝结时间,硬化性能的外加剂;改善砼耐久性的外加剂;改善砼其它性能的外加剂.4.2.2砼外加剂按化学成分分为有机外加剂,无机外加剂和有机无机复合外加剂.其中,减水捌是用途最广的外加剂品种,按其化学成分可分为以下六类:术质紊磺酸盐系,磺化煤焦油系,密胺磺酸甲醛缩合物系,糖蜜系,腐殖酸系,复合减水荆及其它.4.2.3砼外加荆按使用效果分为减水荆(普通减水荆,高效减水剂);词凝剂(缓凝荆,早强剂或促凝剂,速凝剂);引气荆,加气荆;防水荆;阻锈荆;膨胀剂;防冻剂;着色荆;
8、泵送剂以及复合外加荆(如早强减水荆,缓凝减水剂,缓凝高效减水剂等)5常用砼外挑剂的生产工艺简介5.1木质素磺酸盐系减水剂的生产工艺木质素磺酸盐系减水剂是利用化学纤维或纸浆和下脚料,提取酒精后的废渡,通过化石灰乳学方法处理后喷雾干燥而成.其合成工艺流程如图5.1所示5.1木质素磺酸盐系减水剂合成工艺藏程图5.2磺化煤焦油减水剂的制备5.2.1原材料配比脱水煤焦油:浓硫酸:30%液碱:石灰浆:80以上热水:1:1.271.33:0.53:适量:34重量比5.2.2基本工艺过程5.2.2,1磺化:温度130140,总磺化时间6070分钟.5.2.2.2水解:加入80以上热水.并继续加热使磺化物在沸腾
9、状态下溶解.5.2.2.3中和:加碱中和.将PH值调至911.中和后的物料.经过滤,浓缩,喷雾干燥即成.5.3糖钙藏水剂的制备5.3.1计算将废蜜词至比重为1.2左右时所需的用水量:mt(kg)簧警嚣.废蜜量(kg)5.3.2计算石灰用量将有效氧化钙含量70%以上的生石灰.经磨细通过0.3mm筛.用量为:0.112(废蜜量+用水量)/有效氧化钙含量.5.3.3将生石灰粉按比例加入15以上已称量好的水中,边加边搅拌.此时,温度可升至7080,待温度降至40时,将石灰乳加入已称好的废蜜中,连续搅拌15分钟,静置15天以上可即使用.使用前滤去沉淀物或搅拌均匀,也可经浓缩后喷雾干燥,制成粉剂使用.5.
10、4聚烷基芳基磺酸盐系减水剂的生产工艺5.4.1这类减水剂主要有蓁系,蒽系,甲基一9一萘系等磺酸盐甲醛缩合物,合成工艺流程如图5.2所示煤焦油某种馏分掖硫酸水甲眭碱液Ill一圈一圉一图5.2聚烷基芳基磺酸盐系减水剂合成工艺流程图5.4.2合成工艺要点5.4.2.1磺化:温度160165,酸度29%,磺化时间2.53.5小时.5.4.2.2水解:加水量应适当.太大将对缩合反应不利.5.4.2.3缩聚在酸性条件下进行.甲醛与萘的摩尔比宜控制在0.81之间.5.4.2.4中和:可用N8OH或石灰乳一NaOH中和,PH值控饲在78之间,所得减水剂分别称为低浓减水剂和高浓减水剂.5.4.2.5中和后的减水
11、剂经浓缩(其中高浓减水剂事先须过滤),喷雾干燥即成.也可制成水剂直接使用.5,5蜜胺磺酸甲醛缩合物高效减水剂的制备这类高教减水剂是以1:3:1摩尔的三聚氰胺,甲醛,焦亚硫酸钠,在碱性介质中.经羟甲基化,缩聚,磺化而饲成的水溶性材料,PH值为78.5.5.6复合外加剂的制备产品复合外加剂分为粉剂和水剂,生产方式是混合.其中粉剂的混合设备主要有:锥型混合机,犁刃型混合机,球磨机;水荆的混合可在搅拌釜中进行.复合外加剂的生产要点是:严格计量;确保均匀混合.6掺外加剂砼的性能特点6.1在砼中掺用减水剂,引气剂以及具有减水功能的复合外加剂,可显着改善其流变性能.砼坍落度提高幅度一般可达815ma.但如果
12、掺用上述外加荆是为了减少砼单位用水量,进而达到在保持砼坍落度不变的情况下提高砼强度或节省水泥用量的目的.则掺外加剂不会明显改变砼流变特性.6.2掺用具有塑化作用外加剂的砼.泌水率降低,工作性明显改善.6.3掺用具有表面活性作用外加荆的砼,将被引入适量的空气.系统的古气量将有所提高,掺用引气剂或引气减水剂,可根据需要调整砼古气量.6.4掺外加剂的砼凝结时间因所用外加剂一一品种不同而不同,其中调凝剂对砼凝结时间影响最大.6.5掺外加剂的砼各龄期强度有所变化:掺减水荆,早强减水剂,缓凝高效减水剂,引气减水剂的砼,早期强度和砼标号均高于基准砼;掺缓凝剂,缓凝减水剂的砼早强降低,后期强度有所提高;掺用引
13、气荆,泵送剂,防水荆,防冻剂的砼强度允许略低于基准砼:喷射砼早期强度提高,后期强度下降.6.6掺外加剂(膨胀捐除外)的砼收缩值大于基准砼;但28天收缩率比不得大于135%.6.7掺特种外加荆(如防水剂,防冻剂,膨胀剂,泵送剂等)的砼的特定性能将按预定目标得以改善和提高.7砼外加帮应用7.1砼外加荆基础简述7.1.1表面活性捐有关知识简介表面活性剂是能显着改变(一般为降低)液体表面张力或二相间界面张力的物质,其分子结构由极性基团(亲水基团)和非极性基团(憎水基团)组成,分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性荆,其中离子型表面活性剂又分为阴离子型表面活性荆,阳离子型表面活性捐,两性表面活性剂.表面
14、活性剂具有表面吸附作用,分散作用,湿润作用起泡与消泡作用.不同的表面活性荆因其分子结构不同.对水泥水化所产生的影响也不同.例如:羟基类化合物中的醇类同系物.随着羟基数的增多.它们对水泥的缓凝作用越来越强;羟酸在水泥浆体系中,随着生成不溶性的盐类(如钙盐).使水泥水化速度减慢,而某些羟酸盐则对水泥水化硬化具有促进作用(如甲酸钙等),同时随着烷基的增大,羟酸及羟酸盐的表面活性作用,憎水作用增强;羟基段酸,氨基羧酸及其盐类能显着抑制水泥的初期水化.有效地提高新拌砼的塑性和砼后期强度;磺酸盐类的阴离子表面活性荆.易被水泥颗粒吸附,可对水泥产生分散,缓凝作用.若将两种以上表面活性荆复合使用.剜对水泥的作
15、用效果会更好.7.1.2流变学有关知识简介流变学是研究流动和变形的科学.研究材料流变特性时,要研究材料在某一瞬间的应力与应变之间的定量关系.常用流变方程来表示.一般情况下,流变方程的建立,都基于以下三种理想材料的基本模型:I-Y.(x)ke体模型(H一模型),表示具有完全弹性的理想材料.St.Vellant体模型(SlV一模型),表示超过屈服点后只具有塑性变形的理想材料.Newton体模型(N一模型).表示只具有粘性的理想材料.弹性,塑性,粘性和强度是四个基本流变性质,并可以据此导出其它性质.实际材科具有四个基本流变性质,但在程度上有所差异,因为上述三种理想材料并不存在,大量物体是介于弹,塑,牯性体之间,因此,实际材料的流变性质可用不同的弹性模量,牯性系数,屈服应力作为流变基元以不同的形式组合成流变模型加以研究.新拌砼的流变性质可用Bingham模型(为N一模型并联StY一模型)来研究:流态砼接近于非Newton液体,通常的新拌砼接近于一般Bingham体.7.1.3砼学关于砼学的参考文献较多,本文不再赘述.(未完,持续)(收稿日期:1998年3月3曰)