脂肪族减水剂文献检索

1、脂肪族减水剂文献检索报告姓名：张琪 专业：土木二班 学号：201423250660脂肪族减水剂的制备与性能检测摘要本文主要介绍了脂肪族减水剂的发展前景，作用原理。以及对正交化实验设计作了简要介绍，并通过正交化实验方法设计出合成脂肪族减水剂的方案，在此基础上进行实验。在合成阶段主要介绍了正交化三因素三水平的分等对反应的影响，以及选取四组实验做简要介绍。性能检测方面，主要考察了坍落度，净浆流动度，泌水率，减水率等四因素。混凝土的配合比，水泥净浆的配合比也是实验的关键。1.前言1.1脂肪族减水剂概况1.1.1混凝土减水剂的发展近代混凝土减水剂的发展已有60多年的历史。20世纪30年代初，美国、英国、

2、日本等已经在公路、隧道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。到60年代，混凝土减水剂得到了较快发展。外加剂尤其是高效减水剂作为混凝土的重要组分之一在混凝土材料中具有极为重要的作用。目前在国内减水剂的应用中存在着以萘系高效减水剂为主流以蜜胺树脂、氨基磺酸盐、脂肪族和改性木质素等高效减水剂并同发展以聚羧酸高性能减水剂逐步深入研究和初步应用为方向的趋势，各类高效减水剂在应用中尚存在不少问题萘系减水剂除了含碱量高和它的加入致使新拌混凝上易产生泌水和离析分层而影响硬化混凝土的耐久性问题外还对人类和野生生物具有潜在的毒性且其副产品短链的萘磺酸盐和单体萘不能完并能向水中迁移而造成水资源污染还因其主要原材料萘

3、来源于石油产品、合成过程需要140以上的高温等原因存在能源问题。蜜胺树脂稳定性不佳。改性木质素过度缓凝且损失大。氨基磺酸盐泌水量大对掺量敏感，而聚羧酸高性能减水剂的价格一直随石油价格的上涨而猛涨。相比而言,脂肪族高效减水剂除了存在易渗色等少部分缺点外, 由于其具有原材料来源广、价格低、掺量小、减水率高、与水泥适应性好、无污染和性价比优于萘系产品等优点, 正正越来越受到社会的青赖。脂肪族减水剂是以羰基化合物为主要原料，在碱性条件下通过碳负离子的生产而缩合得到的一种脂肪族高分子链，并且通过亚硫酸盐对羰基的加成从而在分子链上引进亲水的磺酸基团，使得分子形成具有表面活性的一种高分子减水剂。1.1.2.

4、减水剂的分类按功能分类(1)按塑化效果分类：分为普通减水剂(减水率在5以上)和高效减水剂(减水率在12以上)。(2)按引气量分类：分为引气减水剂(含气量3555)和非引气减水剂(含气量3，一般在2左右)。(3)按混凝土的凝结时间和早期强度分类：分为标准型、缓凝型和早强型减水剂。标准型可以使混凝土的初凝及终凝时间缩短不大于1h，延长不超过2h；早强型兼具减水和提高混凝土的早期强度的作用。缓凝型初凝时间延长至少1h，但不小于35h；终凝时间延长不超过35h。按化学成分分类：(1)木质素磺酸盐类：应用较普遍的为木质素磺酸钙，它是阴离子表面活剂。其掺量为水泥质量的0203，减水率为515，28d抗压强

5、度提高1015，在水泥用量不变，强度相近条件下，可节约水泥51帆。适用于日最低气温十5Y以上的各种预制及现浇混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土、防水泥凝土、大模板施工用混凝土及滑模施工用混凝土，但不宜用于蒸养混凝土。(2)聚烷基芳族磺酸盐类：为阴离子高效减水剂。国内现生产的有MF(荼磺酸甲醛缩合物的钠盐)、MF(甲基荼磺酸甲醛缩合物钠盐)及FDN、JN、UNF、SN一2等均属此类。常用量为水泥质量的051，减水率为1025；28d抗压强度提高1550。(3)三聚氰胺甲树脂磺酸盐类：属阴离子型，系早强、非引气型的高效减水剂。如国产SM减水剂，磺化三聚氰胺树脂(SM)。掺量

6、为水泥质量的0510，减水率为1027，28d抗压强度提高3050。适用于蒸养混凝土、高强混凝土、早强混凝土及流态混凝土。常用的还有糖蜜类和腐殖酸类减水剂。 1.1.3.减水剂的作用机理由于水泥颗粒粒径绝大部分在7m-80m范围内，属于微细粒粉体颗粒范畴。对于水泥水体系，水泥颗粒及水泥水化颗粒表面为极性表面，具有较强的亲水性。微细的水泥颗粒具有较大的比表面能(固液界面能)，为了降低固液界面总能量，微细的水泥颗粒具有自发凝聚成絮团趋势，以降低体系界面能，使体系在热力学上保持稳定性。同时.在水泥水化初期，C3A颗粒表面带正电，而C3S和C2S颗粒表面带负电，正负电荷的静电引力作用也促使水泥颗粒凝聚

7、形成絮团结构(如图1所示)。由于水泥颗粒的絮凝结构会使10%-30%的自由水包裹其中，从而严重降低了混凝土拌合物的流动性。减水剂掺入的主要作用就是破坏水泥颗粒的絮凝结构，使其保持分散状态，释放出包裹于絮团中的自由水，从而提高新拌混凝土的流动性。作为水泥颗粒分散剂的减水剂，大部分是相对分子量较低的聚合物电解质，其相对分子量在1500一100000范围内。这些聚合物电解质的碳氢链上都带有许多极性基官能团，极性基团的种类通常有一SO3、一COO-及一OH等。这些极性基团与水泥颗粒或水化水泥颗粒的极性表面具有较强的亲合力。带电荷的减水剂(具有一SO3、一COO一等极性基的阴离子表面活性物质)通过范德华

8、力或静电引力或化学键力吸附在水泥颗粒表面;带极性基(如一OH、一O-)的非离子减水剂也能通过范德华力和氢键的共同作用吸附在水泥颗粒表面。没有与水泥颗粒表面作用的极性基则随碳氢链伸入液相(见图1-1所示)。图（1-1）减水剂作用机理示意图水泥颗粒或水泥水化颗粒作为固体吸附剂，由于本身性质和结构的复杂性，使减水剂在其表面的吸附既有物理吸附，也有化学吸附。并且吸附作用可以发生在毛细孔、裂缝及气孔的所有表面上。减水剂在水泥颗粒表面的吸附过程要比一般的溶液吸附过程复杂得多。并且在水泥水分散体系中，水泥粒子吸附减水剂的同时，还伴随着水泥的水化过程。减水剂掺入新拌混凝土中，能够破坏水泥颗粒的絮凝结构，起到分

9、散水泥顺位及水泥水化颗粒的作用，从而释放絮凝结构中的自由水，增大混凝土拌合物的流动性。虽然，减水剂的种类不同，其对水泥颗粒的分散作用机理也不尽相同，但是，概括起来，减水剂分散减水机理基本上包括以下五个方面。（一）降低水泥颗粒固液界面能减水剂通常为表面活性剂(异极性分子)，性能优良的减水剂在水泥水界面上具有很强的吸附能力。减水剂吸附在泥颗粒表面能够降低水泥颗粒固液界面能，降低水泥水分散体系总能量，从而提高分散体系的热力学稳定性，这样有利于水泥颗粒的分散。因此，不但减水剂的极性基种类、数量影响其减水作用效果，而且减水剂的非极性基的结构特征，碳氢链长度也显著影响减水剂的性能。（二）静电斥力作用新拌混

10、凝土中掺入减水剂后，减水剂分子定向吸附在水泥颗粒表面，部分极性基团指向液相。由于亲水极性基团的电离作用，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，并且电荷量随减水剂浓度增大而增大直至饱和，从而使水泥颗粒之间产生静电斥力，使水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地增大拌合物的流动性。带磺酸根(一SO3)的离子型聚合物电解质减水剂静电斥力作用较强;带羧酸根离子(一COO-)的聚合物电解质减水剂，静电斥力作用次之;带羟基(一OH)和醚基(一O一)的非离子型表面活性减水剂，静电斥力作用最小。以静电斥力作用为主的减水剂(如萘磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物等)对水泥

11、颗粒的分散减水机理如图1-2所示。图（1-2）减水剂静电斥力分散机理示意图（三）空间位阻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。一般认为所有的离子聚合物都会引起静电斥力和空间位阻斥力两种作用力，它们的大小取决于溶液中离子的浓度，以及聚合物的分子结构和摩尔质量.线型离子聚合物减水剂(如萘磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物)吸附在水泥颗粒表面，能显著降低水泥颗粒的负电位(绝对

12、值增大)，因而其以静电斥力为主分散水泥颗粒，其空间位阻斥力较小。具有枝链的共聚物高效减水剂(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等)吸附在水泥颗粒表面，虽然其使水泥颗粒的负电位降低较小，因而静电斥力较小，但是由于其主链与水泥颗粒表面相连，枝链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力作用，所以，在掺量较小的情况下便对水泥颗粒具有显著的分散作用。以空间位阻作用为主的典型接枝梳状共聚物对水泥颗粒的分散减水机理如图1-3所示。图（1-3）减水剂空间位阻斥力分散机理示意图（四）水化膜润滑作用减水剂大分子含有大量极性基团，如木质素磺酸

13、盐含有磺酸基(一SO3),羟基(一0H)、和醚基(一O一)、萘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和胺基(一NH2):聚胺酸盐减水剂含有羟基(一CO一）和醚基。这些极性基因具有较强的亲水作用，特别是羟基、胺基和醚基等均可与水形成氢键，故其亲水性更强。因此，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面后，由于极性基的亲水作用，可使水泥颗粒表面形成一层具有一定机械强度的溶剂化水膜。水化膜的形成可破坏水泥颗粒的絮凝结构，释放包裹于其中的拌和水，使水泥颗粒充分分散，并提高了水泥颗粒表面的润湿性，同时对水泥颗粒及骨料颗粒拉的相对运动具有润滑作用，所以在宏观上表现为新拌混凝

14、土流动性增大。（五）引气隔离“滚珠”作用木质素磺酸盐、腐植酸盐、聚羧酸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。这些减水剂掺入混凝土拌合物中，不但能吸附在固液界面上，而且能吸附在液气界面上，使混凝土拌合物中易于形成许多微小气泡。减水剂分子定向排列在气泡的液气界面上，使气泡表面形成一层水化膜，同时带上与水泥颗粒相同的电荷。气泡与气泡之间，气泡与水泥颗粒之间均产生静电斥力，对水泥颗粒产生隔离作用，从而阻止水泥颗粒凝聚。而且气泡的滚珠和浮托作用，也有助于新拌混凝土中水泥颗粒、骨料颗粒之间的相对滑动。因此，减水剂所具有的引气隔离“滚珠”作用可以改善混凝土拌合物的和易性。1.

15、2.混凝土外加剂性能指标1.2.1性能指标类型. 我国现有14种混凝土外加剂产品有相应的国家标准（GB/T8077-2000）。另外，还有几种建材系统的产品标准，同时也制定了相应的试验方法。常用的5项性能试验方法如下。坍落度坍落度是表示混凝土和易性的一项指标，按照普通混凝土拌合物性能试验方法（GBJ80）测定，主要仪器是坍落度桶。坍落度和坍落度示意图见图（1-4）图（1-4）坍落度及其损失示意图图中A为坍落度桶的高度，即混凝土拌合物刚拌好时的高度，B为立即提桶坍落后拌合物的最高点与桶的高度差；C为拌合物在桶内停放不同时间后提桶时拌合物最高点与桶的高度差；（一般取20min.30min.60mi

16、n.90min;D为不同时间间隔坍落度值的绝对变化量，即坍落度损失，其相对变化量，称为坍落度损失率。（2）减水率。减水率是指在坍落度基本相同的条件下，掺外加剂的与不掺外加剂的（基准混凝土）混凝土单方用水量之差与基准混凝土单方用水量的比率为减水率（）。1.2.2性能实验的一般规定（1）试验次数与要求每项测定的试验次数规定为两次。 用两次试验平均值表示测定结果。本标准所用的水为蒸馏水或同等纯度的水（水泥净浆流动度，水泥砂浆工作性除外）。本标准所用的化学试剂除特别注明外，均为分析纯化学试剂。（2）允许差本标准所列允许差为绝对偏差。室内允许差：同一分析实验室同一分析人员（或两个分析人员），采用本标准方

17、法分析同一试样时，两次分析结果应符合允许差规定。如超出允许范围，应在短时间内进行第三次测定（或第三者的测定），测定结果与前两次或任意一次分析结果之差符合允许差规定时，取其平均值，否则，应查找原因，重新按上述规定进行分析。室外允许差：两个实验室采用本标准方法对同一试样各自进行分析时，所得分析结果的平均值之差应符合允许差规定，如有争议应商定另一单位按本标准进行仲裁决定。以仲裁单位报出的结果为准，余元分析结果比较，若两个分析结果差值符合允许差规定，则认为原分析结果无误。2.实验步骤2.1 实验试剂表2-1实验主要原料及其规格名称 规格 生产单位甲醛（CH2O） 工业级 市售丙酮（DFMA） 化学纯

18、铁塔（莱阳经济开发区） 焦亚硫酸钠（Na2s2o5) 工 市售亚硫酸钠 工业级 市售氢氧化钠 工业级 市售水 饮用水泥 32.5p 市售石子 市售沙子 市售2.2 实验仪器表2-2 主要仪器及其型号名称 型号 制造单位电子天平 FA1004N 上海精密科学仪器有限公司 电热恒温鼓风干燥箱 DHG-9245A 上海一恒科技有限公司增力无级恒速搅拌器 DW-1 巩义市矛华仪器有限责任公司调温电热套 KDM 山东省鄄城永兴仪器厂电热恒温水浴锅 北京长风仪器仪表公司涂-4粘度计 QND-4 中国天津材料试验机厂 截锥圆模 上海虞达实验仪器厂落度桶 上海虞达实验仪器厂泌水率筒 上海虞达实验仪器厂2.3实

19、验过程2.3.1反应机理脂肪族高效减水剂的合成, 主要是利用醛酮在碱催化下的缩合反应和对其羧基的位进行磺甲基化反应引入磺酸基来控制其分子量和水溶性, 并通过调整醛酮和磺化剂的比例来控制其缩合度和磺化度,从而得到同时具有高减水效果和良好保坍性能的分子结构。分子结构如下图目前合成脂肪族高效减水剂的原料主要是丙酮、甲醛、Na2SO3 Na2SO5 催化剂等。2.3.2正交化实验设计方案当析因设计要求的实验次数太多时，一个非常自然的想法就是从析因设计的水平组合中，选择一部分有代表性水平组合进行试验。因此就出现了分式析因设计(fractional factorial designs)，但是对于试验设计知识较少的实际工作者来说，选择适当的分式析因设计还是比较困难的。正交试验设计 (Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀