高效减水剂及其在水泥中的应用(4)

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

出来,使之用于水泥水化,因而可在不降低混凝土物理力学性能的条件下,减少拌合水用量.

混凝土中掺入减水剂后,可在保持水灰比不变的情况下增加流动性. 一般的减水剂在保持水泥用量不变的情况下,使新拌混凝土坍落度增大10 cm 以上,高效减水剂可配制出坍落度达到25 cm 的混凝土.

减水剂除了有吸附分散作用外,还有湿润和润滑作用.

水泥加水拌合后,水泥颗粒表面被水所湿润,而这种湿润状况对新拌混凝土的性能影响甚大.湿润作用不但能使水泥颗粒有效地分散,亦会增加水泥颗粒的水化面积,影响水泥的水化速率.

减水剂中的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面上,它们很容易和水分子以氢键形式缔合.这种氢键缔合作用的作用力远远大于水分子与水泥颗粒间的分子引力. 当水泥颗粒吸附足够的减水剂分子后,借助于磺酸基团负离子与水分子中氢键的缔合,再加上水分子间也缔合氢键,水泥颗粒表面便形成一层稳定的溶剂化水膜,而这层膜起到了立体保护作用,阻止了水泥颗粒间的直接接触,并在颗粒间起润滑作用. 减水剂的加入,伴随着引入一定量的微气泡(即使是非引气型的减水剂,也会引入少量气泡) . 这些微细气泡被因减水剂定向吸附而形成的分子膜所包围,并带有与水泥质点吸附膜相同符号的电荷,因而气泡与水泥颗粒间产生电性斥力,从而增加了水泥颗粒间的滑动能力. 由于减水剂的吸附分散作用、湿润作用和润滑作用,因而只要使用少量的水就能容易地将混凝土拌合均匀,从而改善了新拌混凝土的和易性. 图2 为减水剂的减水作用示意图.

在混凝土中加入高效减水剂会使混凝土的强度显著提高. 其机理主要有2 种:第1 种机理通常认为是因为高效减水剂的减水率大,可以明显降低混凝土的水灰比,所以能大幅度提高混凝土强度[18 ] . 第2 种机理则认为加入高效减水剂能改善水泥颗粒的分散程度,从而可以提高其水化程度、增进其微结构的密实性,

[19 ] 改善混凝土的力学性能.

5、高效减水剂的作用机理

现在为大家普遍接受的高效减水剂作用机理理论有3 种,即静电斥力理论、空间位阻效应理论和反应性高分子缓慢释放理论[20 ] . 这里仅介绍前两种常用的机理理论.

5. 1 静电斥力理论

高效减水剂大多属于阴离子型表面活性剂. 由于水泥粒子在水化初期时其表面带有正电荷

(Ca2 + ) ,减水剂分子中的负离子—SO -

3 , —COO - 就会吸附于水泥粒子上,形成

吸附双电层(ξ电位) ,使水泥粒子相互排斥,防止了凝聚的产生.ξ电位绝对值越大,减水效果越好,这就是静电斥力理论. 该理论[6 ]主要适用于萘系、三聚氰胺系及改性木钙系等目前常用的高效减水剂系统.

根据DLVO 理论[22 ] ,当水泥粒子因吸附减水剂而在其表面形成双电层后,相互接近的水泥颗粒会同时受到粒子间的静电斥力和范德华引力的作用.

Yoshioka 等人[23 ]认为,随着ξ电位绝对值的增大,粒子间逐渐以斥力为主,从而防止了粒子间的凝聚. 与此同时,静电斥力还可以把水泥颗粒内部包裹的水释放出来,使体系处于良好而稳定的分散状态. Daimon 等[24 ]通过研究水泥水化的过程发现,随着水化的进行,吸附在水泥颗粒表面的高效减水剂的量减少,ξ电位绝对值随之降低,体系不稳定,从而发生了凝聚.

5. 2 空间位阻效应理论