1、減水劑減水劑-水泥吸附作用水泥吸附作用關系關系 國務院2004年批準的中長期鐵路網規劃，到2020年，全國鐵路營業線達到10萬公里，建設高速鐵路(時速200km以上的客運專線 )1.2萬公里。其中包括:“四縱”:北京一天津一南京一上海 北京一武漢一廣州一深圳 北京一沈陽一哈爾濱 杭州一寧波一溫州一福州一深圳“四橫” :徐州一鄭州一蘭州 杭州一南昌一長沙 青島一石家莊一太原一銀川 南京一武漢一重慶一成都三個城際客運通道:環渤海地區，長江三角地區，珠江三角地區 中國正處于第二代減水劑向第三代減水劑過渡的時期，在一些重點、重大工程中(如三峽大壩工程、上海金茂大廈、上海磁懸浮列車、杭州灣跨海大橋等)使

2、用聚羧酸系減水劑，但幾乎完全依賴進口。國內聚羧酸減水劑的研究也取得了巨大的進展，生產型企業漸漸出現，產品性能上與國外產品相比，還存在著明顯的差異，母液產品單一，無法滿足目前高性能混凝土發展的需要。 隨著我國經濟的蓬勃發展，建筑向高層化、大型化發展，混凝土生產向集中攪拌的高品混凝土發展，在我國的大城市和沿海開放地區，外加劑使用率己達70%以上，從數量上講已相當可觀。減水劑要達到什么效果？為什么叫減水劑？減水劑要達到什么效果？為什么叫減水劑？大約有50個苯丙烷單元組成的近似于球狀三維網絡結構體，中心部位為未磺化的原木質素三維網絡分子結構，中心外圍分布著被水解且含有磺酸基的側鏈，最外層由磺酸基的反離

3、子形成雙電層。減水劑長什么樣？減水劑長什么樣？木質素磺酸鹽分木質素磺酸鹽分子大約有子大約有50個苯個苯丙烷單元組成的丙烷單元組成的近似于近似于球狀三維球狀三維網絡結構體網絡結構體，中，中心部位為未磺化心部位為未磺化的原木質素三維的原木質素三維網絡分子結構，網絡分子結構，中心外圍分布著中心外圍分布著被水解且含有磺被水解且含有磺酸基的側鏈，最酸基的側鏈，最外層由磺酸基的外層由磺酸基的反離子形成雙電反離子形成雙電層。層。木質素磺酸鹽三聚氰胺系減水劑的結構示意氨基磺酸鹽減水劑的結構示意萘系減水劑的結構示意圖丙酮減水劑的結構示意圖聚羧酸減水劑的結構示意圖 從減水劑的性能發展過程來看，減水劑的發展可以分成

4、四個階段:(1)以木質素磺酸鹽為代表的普通減水劑的開發與應用;(2)以-萘磺酸鹽甲醛縮合物(PNS)和磺化三聚氰胺甲醛縮合物(PMS)為代表的高效減水劑;(3)對PNS和PMS進行改性的具有坍落度保持能力的高效減水劑;(4)具有高減水能力和流動度保持能力新型高效減水劑，典型的如聚羧酸鹽高效減水劑(PC)。如何發揮作用？如何發揮作用？ 與木鈣、萘系減水劑相比，聚羧酸減水劑的優點在于:對顆粒的保護和水泥水化的抑制作用更具多元化;能更好的延緩、消弱第二放熱峰;延緩結構形成、減小水泥水化的化學減縮。 據現有的研究結果，高效減水劑在水泥顆粒上吸附后通過如下一個或幾個方面對水泥起到分散塑化作用。(1)水泥

5、顆粒表面吸附外加劑后使水泥顆粒帶有相同的負表面電位，表面電位絕對值增加，因為水泥顆粒表面產生的靜電斥力使固體顆粒分散;(2)外加劑吸附層產生的立體空間位阻作用使水泥顆粒分散;(3)破壞水泥漿體中的絮凝結構，釋放出其中的水分使自由水量增加;(4)改變水化產物的形貌等有助于水泥混凝土流動性的改善；(5)攪拌水的表面張力減小引起水泥顆粒分散/引氣作用;(6)在水泥顆粒表面形成一層潤滑膜;(7)溶入到攪拌水的鈣粒子被捕捉后，降低了鈣離子的濃度，抑制了阿里特的水化。 減水劑分子與水泥顆粒的作用： 是怎樣靠近水泥的？ 是怎樣吸附到水泥顆粒上的？ 根據表面化學理論，表面活性劑在液固界面的吸附一般表現為下述幾

6、種方式:(1) 離子交換吸附:表面活性劑離子取代了固體表面吸附的帶有相同電荷的離子;(2)離子吸附:表面活性劑離子被吸附到有相反電荷的固體表面，形成離子對吸附;(3)氫鍵吸附:固體表面的極性基團與表面活性劑分子或離子之間形成氫鍵而吸附。(4)-極化吸附:對含電子的芳香族表面活性劑易于帶正電的固體表面吸附，此時表面活性劑傾向于平躺在固體表面;(5)色散力吸附:普遍存在于各種分子中，其作用力小但作用范圍大。 高效減水劑在水中溶解后發生離解作用，生成帶有負電荷的有機陰離子(R-SO3-)和金屬陽離子(Na+)。有機陰離子兩端性質不同，一端含有機烷鏈憎水基團，另一端則為親水基團-磺酸基，有較強的親水性

7、，帶有負電荷。磺酸根很容易和水分子以氫健形式結合起來。吸附后做哪些事情吸附后做哪些事情？ 而憎水基一端則與水泥顆粒通過分子間引力吸附在水泥顆粒的表面上。這種吸附力的大小與結構和分子鏈的大小有關。當水泥顆粒吸附有足夠的減水劑后，借助其和水分子氫健締合作用，加上水分子之間的氫健締合，使水泥顆粒表面形成了一層穩定的水膜，使水顆粒之間容易滑動;同時大大降低了水泥顆粒之間相互凝聚成大團的趨勢，釋放出封閉的水分，增加了水泥混凝土的流動性。 根據吸附前后的減水劑溶液的濃度差計算出減水劑在水泥顆粒表面的吸附量。 采用紫外-可見分光光度計測定高效減水劑在水泥顆粒上的吸附量。根據吸光度與樣品的濃度成正比，可以通過

8、測定吸光度得到減水劑溶液的濃度。式中I0入射光強度;I透射光強度;A吸光度;a吸光系數;b樣品池寬度;C樣品濃度 水泥的主要組成部分： 硅酸三鈣(C3S)，硅酸二鈣(一C2S)，鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)四種水泥單礦物。高效減水劑在水泥顆粒表面的不均勻吸附現象 四種單礦物吸附高效減水劑的能力基本體現出這樣的規律，即 C3AC4AFC3S-C2S（脂肪族）（萘 系）（氨基磺酸鹽） 通常把C3A對高效減水劑的高吸附量歸因為其在水中帶正電荷，因此吸附更多的陰離子型高效減水劑。硅酸鹽礦物(C3S、 -C2S)水化時表面帶負電，因此吸附較少的陰離子型高效減水劑。 但這種觀點不能解釋C3A

9、和C4AF對高效減水劑的吸附性能的差異，這是由于礦物水化特性對高效減水劑的吸附也有重要影響。 “吸附量”實際上是“表觀吸附量”，它包含了被水泥水化產物嵌入而消耗的那部分高效減水劑，這部分高效減水劑對水泥顆粒不起分散作用，是“無效吸附量”。 在試驗條件下，測定得到的“吸附量”越大，表明被消耗的減水劑越多，而留在溶液中的高效減水劑量越少，與水泥顆粒表面保持平衡的“有效減水劑量”越少，水泥顆粒表面起分散作用的有效高效減水劑的吸附層厚度越小，所以水泥凈漿流動度越小。 單礦物C3A不管對哪種高效減水劑都表現出強烈地吸附，而且最大吸附量都大于其它礦物對應吸附量一個數量級，說明不同高效減水劑與不同成分(特別

10、是C3A含量不同)的水泥使用時都存在著高效減水劑與水泥的適應性問題。 不難看出在水泥與高效減水劑適應性問題中，水泥組分中C3A是影響適應性的關鍵因素。 根據不同水泥礦物對高效減水劑的吸附結果，如果在水泥生產中降低C3A的含量而相應提高C4AF的含量，可以得到與外加劑適應性良好的水泥。 吸附對水泥顆粒有什么樣的影響？ “水泥一水一高效減水劑”系統與其它工業懸浮系統最大的不同是其性能和結構隨時間的變化性。 自加水之時起水泥的水化反應就持續不斷地進行，“水泥一水一高效減水劑”系統發生一系列復雜的物理化學發應，產生不同尺寸的晶體和膠體水化產物。 高效減水劑對水泥單礦物的電位的影響C3A、C4AF、C3

11、S、 -C2S在純水中的電位分別是在純水中的電位分別是+26.sllmV、+15.82lmV、-6.8679mV、-11.679mV+轉變為-減水劑對水泥單礦物水化產物形貌的影響 通常形成的鈣礬石是細長的針狀，而在高效減水劑存在時，形成的鈣礬石尺寸小、接近立方體形狀產物，這種小的立方體狀的鈣礬石肯定是有利于漿體的流動。 水化產物晶體尺寸的變小說明其吸附外加劑后生長速率減慢，形貌變化說明外加劑選擇性吸附。未加減水劑未加減水劑-團聚團聚添加了添加了PC減水劑減水劑未加減水劑未加減水劑-空隙較大空隙較大添加了添加了PC減水劑減水劑-微孔微孔主要科研單位W高等院校: : 清華大學、北京工業大學、武漢理

12、工大學W國內企業： 江蘇博特、浙江五龍、深圳五山、廣東瑞安W國外企業： 巴斯夫、花王、觸媒、LG化學、格雷斯謝謝！謝謝！ 中國正處于第二代減水劑向第三代減水劑過渡的時期，在一些重點、重大工程中(如三峽大壩工程、上海金茂大廈、上海磁懸浮列車、杭州灣跨海大橋等)使用聚羧酸系減水劑，但幾乎完全依賴進口。國內聚羧酸減水劑的研究也取得了巨大的進展，生產型企業漸漸出現，產品性能上與國外產品相比，還存在著明顯的差異，母液產品單一，無法滿足目前高性能混凝土發展的需要。 隨著我國經濟的蓬勃發展，建筑向高層化、大型化發展，混凝土生產向集中攪拌的高品混凝土發展，在我國的大城市和沿海開放地區，外加劑使用率己達70%以

13、上，從數量上講已相當可觀。聚羧酸減水劑的結構示意圖 減水劑分子與水泥顆粒的作用： 是怎樣靠近水泥的？ 是怎樣吸附到水泥顆粒上的？ 根據表面化學理論，表面活性劑在液固界面的吸附一般表現為下述幾種方式:(1) 離子交換吸附:表面活性劑離子取代了固體表面吸附的帶有相同電荷的離子;(2)離子吸附:表面活性劑離子被吸附到有相反電荷的固體表面，形成離子對吸附;(3)氫鍵吸附:固體表面的極性基團與表面活性劑分子或離子之間形成氫鍵而吸附。(4)-極化吸附:對含電子的芳香族表面活性劑易于帶正電的固體表面吸附，此時表面活性劑傾向于平躺在固體表面;(5)色散力吸附:普遍存在于各種分子中，其作用力小但作用范圍大。 而憎水基一端則與水泥顆粒通過分子間引力吸附在水泥顆粒的表面上。這種吸附力的大小與結構和分子鏈的大小有關。當水泥顆粒吸附有足夠的減水劑后，借助其和水分子氫健締合作用，加上水分子之間的氫健締合，使水泥顆粒表面形成了一層穩定的水膜，使水顆粒之間容易滑動;同時大大降