《建筑化学品》PPT课件

中和
甲醛
过滤 CaSO4
缩合〔100－
105℃〕 硫酸
滤 液
磺化〔160－ → 水解
165℃〕
〔120℃〕
浓缩〔50％〕
液体产品
喷雾干燥
粉状产品
2.3.2 三聚氰胺系减水剂合成工艺 此类高效减水剂首先由德国研制成功,
称为Melment.是由三聚氰胺、甲醛、亚 硫酸氢钠〔或焦亚硫酸钠〕按摩尔比
1：3：1,在一定条件下缩聚而成,反应分 为以下几步：
2.1.2 分类：普通减水剂、高效减水剂、引 气减水剂、缓凝减水剂、早强减水剂等.
2.2 普通减水剂 木质素磺酸盐减水剂；羟基羧酸盐减水剂； 糖钙减水剂；腐植酸减水剂.
2.2.1 木质素磺酸盐减水剂 ⑴ 木质素的来源和结构
⑵ 木质素可以通过植物原料经一系列化学处 理得到
木质素磺酸盐是亚硫酸盐法生产化纤浆或纸 浆后被分离的木质素磺酸盐.
集料根据粒径可分为粗集料和细集料.
混凝土拌和用水
混凝土拌和用水应采用可引用的自来 水和清洁的天然水,不允许使用含有有机杂 质的沼泽水,含有酸、盐的污水和工业废水. 否则将影响水泥正常凝结与硬化.
第二节 减水剂
2.1 减水剂的定义和分类 减水剂定义：也称塑化剂,是指在不影响混凝 土工作性的条件下,能使单位用水量减少,或 在不改变单位用水量的条件下,可改善混凝 土的工作性或同时有以上两种效果的外加 剂.在保持混凝土拌合物有相同流动性及硬 化混凝土有相似强度时,加入减水剂可减少 水泥用量.
第三节 引气剂
加入引气剂的目的是提高混凝土的抗冻融性. 3.1 松香皂和松香热聚物类引气剂 3.1.1 松香的主要成分是松香酸,结构式 3.1.2 松香皂的制备工艺 松香与氢氧化钠经皂化反应即生成松香皂. 松香皂制备工艺简单,一般为现场自制.
3.1.3 松香热聚物的制备
松香热聚物是松香与苯酚在浓硫酸存在下 发生缩聚反应生成的大分子量化合物再经 氢氧化钠处理得到的产物.
其制备工艺是：
将松香粉、苯酚、浓硫酸顺序加入反应罐 中,保持80℃左右温度反应6小时进行缩合 聚合,其后加入氢氧化钠中和,最后将反应液 倒出即得产品.
3.2 合成洗涤剂类引气剂
用作引气剂使用的合成洗涤剂主要是 聚乙二醇型的非离子表面活性剂和烷基苯 磺酸类阴离子表面活性剂.聚乙二醇型非离 子表面活性剂可由含有活泼氢原子的憎水 原料如烷基酚,高级脂肪胺或脂肪酰胺等与 环氧乙烷进行加成反应制得.
1.1.3 使用历史有半个世纪之久.最早使用的是 氯化钙、石膏等,主要是提高早期强度和 满足冬季施工要求.
1.2 混凝土外加剂的分类
混凝土外加剂按功能主要分为5类
a.改善新拌混凝土、砂浆和易性的外加剂,包 括各种减水剂、引气剂和泵送剂.
b.调节混凝土、砂浆和易性的外加剂,包括各 种减水剂、引气剂和泵送剂.
烷基苯磺酸盐由苯环带有一个长链烷基苯 用浓硫酸、发烟硫酸或液体三氧化硫为磺 化剂磺化制得产品.
3.3 引气剂的作用原理
引气剂具有表面活性剂的结构,其界面 活性作用发生在气－液界面上.引气剂溶于 水中,在气－液界面上形成吸附,分子呈定向 排列,极性基朝向水中,非极性基朝向空气, 使溶液的表面张力下降.当引气剂形成吸附 层后,它们相当于形成了一个膜层,由于引气 剂分子间的引力使膜层具有一定的强度,再 加上引气剂分子的水化作用,使形成的膜层 加厚,气泡壁变厚,气泡更稳定,起到保护气 泡作用.
⑴ 单体合成
⑵ 单体磺化
⑶ 单体缩聚
密胺树脂系减水剂对水泥的分散作用
强,因而减水效果显著,可使混凝土各龄期的 抗压强度有较大幅度的提高,如掺加1.5% 的SM剂,混凝土的减水率为24%,28天的抗 压强度可提高40%左右.SM剂对蒸养适应 性强,可配制早强,高强混凝土.由于密胺树 脂系减水剂的掺量交其他减水剂大,生产成 本也高,故在国内非特殊场合较少使用.
2.3.3 聚羧酸系减水剂
主要通过不饱和单体在引发剂作用下 共聚,将带活性基团的侧链接枝到聚合物的 主链上,使其同时具有高效减水,控制塌落度 损失和抗收缩,不影响水泥的凝结、硬化作 用等作用.
聚羧酸系减水剂即使在低掺量时也能使混凝 土具有高流动度,并且在低水灰比时也具有 低粘度和坍落度保持性能.它与不同水泥之 间有相对更好的相容性,是高强高流动性混 凝土所不可缺少的材料.
4.1.1 速凝剂的品种和作用机理
红星一型速凝剂
配方：铝氧熟料：20％
氧化钙： 20％
碳酸钠： 40％
其它成分〔硅酸二钙,硅酸钠,铁酸钠等〕
20％
2.3.1 萘系减水剂合成工艺
萘系减水剂包括以煤焦油、粗萘、精 萘为原料经磺化、水解、缩合、中和等工 序制备而得的化合物,主要成分为萘或萘的 同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物,属阴离子 表面活性剂.早强非引气型高效减水剂.
主要反应： ⑴ 磺化反应 ⑵ 水解反应 ⑶ 缩合反应 ⑷ 中和反应
萘 浓硫酸
碱液 石灰乳
调凝剂是调节水泥凝结时间的外加剂.根据 对混凝土凝结速度的影响不同,调凝剂可分 为速凝剂,早强剂和缓凝剂. 4.1 速凝剂
速凝剂是减少混凝土或砂浆凝结时间 的外加剂,它可以大大缩短混凝土的凝结时 间,甚至可使混凝土在几分钟之内凝结.
速凝剂的主要化学成分是铝氧熟料〔主要 是NaAlO2〕、石灰、碳酸铝、铝矾土等, 其生产工艺为将各组分按照一定比例混合 研细即得产品.根据产品的外形可分为粉状 和液体产品.
日本生产厂家：花王,竹本油脂,NMB株式会社,藤 泽药品等.
我国的羧酸系减水剂是在20##后才逐渐被人们认 识和开始试验研究的.
清华大学： 李崇智,李永德,聚乙二醇,丙烯酸,丙烯 基磺酸盐系列
复旦大学：胡建华 将聚乙二醇,马来酸酚,丙烯酸等 合成含有羧基,羟基,磺酸基多官能团的共聚物.
##省建筑科学研究院 郑国锋 乙烯基磺酸盐,丙烯 酸,甲基丙烯酸甲酯系列减水剂
222腐植酸减水剂草炭烘干粉碎碱煮分离清液浓缩naoh渣子磺化烘干磨细产品硫酸23高效减水剂萘系减水剂蒽系减水剂甲基萘系减水剂古马隆系减水剂三聚氰胺系减水剂氨基磺酸盐系减水剂磺化煤焦油减水剂脂肪酸系减水剂丙烯酸接枝共聚物减水剂聚羧酸系减水剂231萘系减水剂合成工艺萘系减水剂包括以煤焦油粗萘精萘为原料经磺化水解缩合中和等工序制备而得的化合物主要成分为萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物属阴离子表面活性剂
c.调节混凝土、砂浆或净浆空气含量的外加 剂.包括加气剂、消泡剂等.
d.改善混凝土耐久性的添加剂.如抗冻剂、防 水剂.
e.提高混凝土特殊性能的外加剂.包括防锈剂、 膨胀剂等.
1.2.2 根据外加剂的化学成分不同,外加剂可 分为无机物和有机物类以及无机和有机复 合物类.
1.2.3 研究和使用外加剂,一般考虑以下几个 问题：
1.2.3.1 技术上符合实际需要 在混凝土中使用外加剂主要有以下作用：
⑴ 改善和易性；
⑵ 减少离析,降低泌水量,提高均质性； ⑶ 减少或避免骨料沉淀；
⑷ 调节初、终凝时间；
⑸ 改善泵送性；
⑾ 提高混凝土和钢筋
⑹ 延缓和减少泵化热； 的粘结力；
⑺ 提高早期或后期强
⑿ 阻止预埋金属的锈 蚀作用；
度；
⑵ 主要原料
甲基丙烯酸,丙烯酸,丙烯酸乙酯,丙烯酸羟 乙酯,烯丙基磺酸钠,甲基丙烯酸甲酯,2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙烯酸,甲氧基聚氧乙烯甲 基丙烯酸酯,乙氧基聚乙二醇丙烯酸酯,烯丙 基醚等.
引发剂：过硫酸盐水性引发剂,过氧化苯甲酰, 偶氮二异丁腈.
链转移剂：3-巯基丙酸,巯基乙酸,巯基乙醇, 异丙醇.
3.4 引气剂对混凝土性质的影响
3.4.1 改善混凝土的和易性；
3.4.2 引气剂的加入,减少了能够自由移动的 水量,改善了混凝土的保水性,泌水率显著下 降；
3.4.3 提高混凝土的抗冻性；
3.4.4 提高混凝土的抗渗性；
3.4.5 掺加引气剂的混凝土的弹性模量和抗 压强度比不掺入的会有下降.
第四节 调凝剂
⑶ 聚羧酸分子链的空间阻碍作用
⑷ Zeta电位变化小.
2.4 减水剂的作用机理 2.4.1 减水剂分子在水泥颗粒表面形成单分子
或多分子吸附膜
2.4.2 破坏絮凝结构 2.4.3 水泥石内部孔隙减少,水泥石致密,混凝
土抗压强度显著提高
2.4.3 提高抗渗性和抗冻性 2.4.5 延缓水泥水化,使水泥水化更加完全
其相对分子量范围在20000－50000 之间.由于磺化过程既有断链又有缩合,因此 生成的木质素磺酸盐分子是一些分子量范 围很宽的多聚物分散体.它的性质属于阴离 子表面活性剂.
用于混凝土减水剂产量最大的是木质 素磺酸钙,简称木钙或M剂.
M剂的生产可由纸浆废液,经生物发酵提取酒 精后的残渣〔酒糟〕以石灰乳中和,过滤,喷 雾干燥而得.若增加脱糖工序,即得脱糖木质 素磺酸钙.
第九章 建筑化学品
第一节 概述 第二节 减水剂 第三节 引气剂 第四节 调凝剂 第五节 混凝土其他添加剂 第六节 复合外加剂
第一节 概 述
1.1 混凝土外加剂概况
1.1.1 使用混凝土外加剂是一种技术和经济效 应都十分有效的方法.
1.1.2 混凝土外加剂：指在混凝土拌和时或拌 和前掺入的,掺量不大于水泥重量的5％ 〔特殊情况除外〕,并能对混凝土的正常 性能按要求改性的工业品.
硅酸盐水泥主要由各种钙的化合物所组成, 主要成分如下：
硅酸三钙 3CaO·SiO2, 简写为C3S,含量37-60%
硅酸二钙 2CaO·SiO2, 简写为C2S,含量15-37%
铝酸三钙 3CaO·Al2O3, 简写为C3A,含量7-15%
铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3, 简写为C4AF,含量10-18%
其中每种矿物成分单独与水作用时表现的特 性不同.
强度发展
早期 后期
C3S 大
小
C2S 小
大
C3A 大
小
C4AF 小
大
水化热
耐化学 侵蚀
干缩
中
中
中
小
稍大 小
大
小
大
小
大
小
凝结：水泥加水拌和后,成为可塑的水泥浆,水 泥浆逐渐变稠失去塑性但尚不具有强度的 过程,称为水泥的"凝结".
硬化：随后产生的强度并逐渐变成为坚硬的 水泥石,这一过程称为"水泥的硬化".
根据水化反应速度的变化和组织结构的形 成特点,硅酸盐水泥的水化过程可分为四个 阶段：初始反应期,休止〔诱导〕期,凝结期 和硬化期.
集料
集料约占混凝土体积的70％,因此,集料的 性质对混凝土的性质有很大影响.集料在混 凝土中既有技术上的作用,又有经济上的意 义.在技术上,集料存在使混凝土比单纯的水 泥浆具有更高的体积稳定性和更高的耐久 性；在经济上,它比水泥便宜的多,作为水泥 浆廉价的填充材料,使混凝土材料成本低廉.
3.3.3.2 聚羧酸盐高效减水剂的优点
3.3.3.3 聚羧酸盐高性能减水剂的作用原理
⑴ 羧基充当缓凝成分
⑵ 羧基、羟基、胺基、聚氧烷基等与水亲和 力强的极性基团主要通过吸附、分散、润 湿、润滑等表面活性作用,对水泥颗粒提供 分散和流动性,并通过减少水泥颗粒间摩擦 阻力,降低水泥颗粒与水界面的自由能来增 加新拌混凝土的和易性
⒀ 提高抗冻融和防冻
⑻ 调节变形能力；
能力；
⑼ 补偿收缩或微膨胀； ⒁ 增强抗渗性和抗环
⑽ 减少干缩和徐变；
境水化学侵蚀；经济效益
⑴ 外加剂减少原材料〔水泥、骨料〕和能源 〔燃料、热能和电能〕消耗上的收益.
⑵ 以低值原料代替高值原料的收益. ⑶ 外加剂改善施工条件带来的效益. ⑷ 外加剂提高混凝土各项性能,如强度、耐久
酒糟＋石灰乳→碱性木质素磺酸钙→过滤→ 喷雾干燥→木质素磺酸钙减水剂
木质素磺酸盐生产的质量控制
水分：＜7 %
水不溶物： ＜2 %
pH值：
还原糖： ＜8 %
2.2.2 腐植酸减水剂 草炭烘干粉碎→碱煮→分离→清液浓缩→ <NaOH>〔渣子〕 磺化→烘干→磨细→产品
〔硫酸〕
2.3 高效减水剂
萘系减水剂、蒽系减水剂、甲基萘系 减水剂、古马隆系减水剂、三聚氰胺系减 水剂、氨基磺酸盐系减水剂、磺化煤焦油 减水剂、脂肪酸系减水剂、丙烯酸接枝共 聚物减水剂、聚羧酸系减水剂
##化工大学 赵石林 利用马来酸酐分别于甲基丙烯 酸,烯基磺酸盐进行了二元及三元共聚物的研制.
第一代：甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物 第二代：丙烯基醚共聚物
第三代：酰胺/酰亚胺型 第四代：聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链的新型高
效减水剂
制备原理及方法
⑴ 制备
聚羧酸盐高效减水剂是由带有磺酸根、羧 酸根、羟基、醚键以及含有聚氧乙烯侧链 的大分子化合物,在水溶液中通过自由基共 聚合原理合成具有梳型结构的高分子表面 活性剂.
性等方面的收益. 在使用上是否方便可行
3 混凝土材料的基本性质
混凝土：是由胶结材料〔无机的、有机的或 无机有机复合的〕、颗粒状集料及必要时 加入化学外加剂和矿物掺合料经合理调配 的混合料,加水拌和后形成具有堆聚结构的 复合材料.
3.1 混凝土材料的组成及硬化原理
组成：水泥、石、砂、水、外加剂.
3.1.1 水泥的凝结和硬化：