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减水剂的作用机理介绍
日期:[2023-08-18 14:56:03]   共阅[253]次
  减水剂之所以能提高混凝土拌合物的流动性,具有减水效果,基于以下4个机理,下面针对这四个机理进行下,详细介绍。
  (1)吸附作用
  在水泥一水体系中,溶液中的水泥颗粒在某些边角棱处互相碰撞,相互吸引,使水泥颗粒不能充分、完全地分散在水中,而是一些颗粒在尖角处连接,形成絮凝结构,这些絮凝结构中包裹着一些拌和水,这部分游离水对于混凝土拌合物的流动性没有贡献。即絮凝结构减少了拌合物中的有效水分,降低了混凝土的流动性。因此,施工中为了获得所需的和易性,就加大用水量。如果能将这些被包裹的水释放出来,就可以大大减少拌和用水量。掺人减水剂就能起到这样的作用。
  减水剂属于表面活性物质,其分子由两个基团组成,一端为亲水基团〔极性基团),另一端为憎水基团(非极性基团)。将减水剂掺人水泥浆中,减水剂分子的憎水基团将定向地吸附于水泥颗粒表面,而亲水基团指向溶液,在水泥颗粒表面构成单分子或多分子吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附和亲水基的电离作用,使水泥颗粒表面上带有相同符号的电荷。在电性斥力的作用下,不但使水泥一水体系处于相对稳定的悬浮状态,而且促使水泥在加水初期形成的絮凝状结构分散解体,如图2-7b)所示,从而将絮凝结构中的游离水释放出来,达到减水的目的。
  (2)湿润作用
  水泥加水拌和后,其颗粒表面被水湿润,湿润程度对混凝土拌合物的性质影响很大。当这种湿润作用自然进行时,可以由式(2—11)吉布斯方程计算出表面自由能的减少。
  dG=σcwdS   (2—11)
  式中:dG——表面自由能的变量;
  σcw——水泥一水的界面张力(界面能);
  dS——扩散湿润的面积变化量。
  将式(2—11)积分,得表面自由能G=σcw S+C(式中S为水与水泥之间的界面面积,C为常数)。如整个体系在某一时刻的自由能为定值时,则σcw与S成反比。即界面张力σcw越小,界面面积S越大。减水剂属于界面活性物质,掺入水泥浆中能降低体系的界面张力,因此能增加水泥颗粒与水的接触面积,使水泥颗粒更好地分散。
  (3)润滑作用(水膜润滑、气泡润滑)
  减水剂分子的亲水基团极性很强,定向地吸附于水泥颗粒表面后,亲水基团指向水,并且与水分子以氢键形式结合,这种氢键缔合力远远大于该分子与水泥颗粒之间的分子引力(即范德华力),当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂分子后,借助于R-SO-3与水分子中氢键的缔合作用,再加上水分子之间的氢键缔合,使水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜,这层“空间壁障”阻止了水泥颗粒之间的直接接触,并在颗粒间起润滑作用。此外,减水剂的掺人一般伴随着引入一定量的微气泡。这些气泡被减水剂分子定向吸附的分子膜所包围,与水泥颗粒上的吸附所带的电荷符号相同。因而,气泡与气泡、气泡与水泥颗粒问也因具有电性斥力而使水泥颗粒分散,从而增加了水泥颗粒之间的滑动能力(如滚珠轴承的作用),这种润滑作用对掺人引气型减水剂的新拌混凝土更为明显。
  (4)空间位阻作用
  聚羧酸系减水剂成梳状吸附在水泥层上,一方面由于其空间作用使得水泥颗粒分散,减少凝聚。另一方面,其长的EO侧链在水化产物形成时仍然可以伸展开,因此聚羧酸减水剂受到水泥的水化反应影响小,可以长时间地保持减水分散效果,使坍落度损失减小。立体效应斥力取决于表面活性剂的结构和吸附形态或者吸附层厚度等。聚羧酸系减水剂分子中含有多个醚键,由于与水分子形成氢键作用,从而形成亲水性立体保护膜。其侧链长度越长分散性越高,形成的立体保护膜厚度就越厚。
  综上所述,由于减水剂在水泥-水体系中所起的吸附分散、湿润、润滑和空间位阻作用,所以只要使用较少量的水就可以较容易地将混凝土拌和均匀,使新拌混凝土的和易性得到显著改善,这就是在混凝土中掺加适量减水剂后可以降低用水量、增加塑化效能的基本原理。
  减水剂一般具有缓凝作用,其原理在于减水剂分子的亲水基团能解离出带电离子,并吸附在水泥胶粒表面使其ζ电位增加。同时,这层离子吸附膜及由于氢键缔合作用所产生的水膜,往往会阻碍水泥颗粒与水之间的接触,因而具有缓凝作用。这种缓凝作用在使用普通减水剂并且不减少拌和用水量的情况下尤为显著,例如使用木质素磺酸钙及糖蜜类减水剂,能抑制水泥矿物中C3A等矿物的水化速度,缓凝作用比较明显。
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