高效减水剂作用机理研究
作者：偏硅酸钠
来源：偏硅酸钠
发布时间：2013-07-14
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高效减水剂有效地减少了混凝土的的塌落度损失，改善混凝土的工作度，提高流动性，在高性能混凝土中发挥重要的作用，只是至今为止仍旧没有一个完美的理论来解释高效减水剂的作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。
1)静电斥力理论
水泥水化后，由于离子间的范德华力作用以及水泥水化矿物、水泥主要矿物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，导致了混凝土产生絮凝结构。高效减水剂大多属阴离子型表面活性剂，掺入到混凝土中后，减水剂中的负离子-SO—、-COO—就会在水泥粒子的正电荷Ca2+矿的作用下而吸附于水泥粒子上，形成扩散双电层(Zel。a电位)的离子分布，在表面形成
扩散双电层的离子分布，使水泥粒子在静电斥力作用下分散，把水泥水化过程中形成的空间网架结构中的束缚水释放出来，使混凝土流动化。Zeta电位的绝对值越大，减水效果就越好。随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，范德华力的作用变成主导，对于萘系、三聚氰胺系高效减水剂的混凝土，水泥浆又开始凝聚，塌落度经时损失比较大，所以掺入这两类减水剂的混凝土所形成的分散是不稳定的。而对于氨基磺酸、多羧酸系高效减水剂，由于其与水泥的吸附模型不同，粒子间吸附层的作用力不用于前两类，其发挥分散作用的主导因素不是Zeta电位，而是一种稳定的分散。
2)立体位阻效应
掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子长链实际上在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态的。不同的吸附态是因为高效减水剂分子链结构的不同所致，它直接影响到掺有该类减水剂混凝土的坍落度的经时变化。有研究表明萘系和三聚氰胺系减水剂的吸附状态是棒状链，因而是平直的吸附，静电排斥作用较弱。其结果是Zeta电位降低很快，静电衡容易随着水泥水化进程的发展受到破坏，使范德华引力占主导，坍落度经时变化大。而氨基磺酸类高效减水剂分子在水泥微粒表面呈环状、引线状和齿轮状吸附，它使水泥颗粒之问的静电斥力呈现立体的交错纵横式，立体的静电斥力的Zeta电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时变化小。而多羧酸系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥颗粒表面的吸附状态多呈齿形。这种减水剂不但具有对水泥微粒极好的分散性而且能保持坍落度经时变化很小。原因有三：其一是由于接枝共聚物有大量羧基存在．具有一定的螫合能力，加之链的立体静电斥力构成对粒子问凝聚作用的阻碍；其二是因为在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一个效应不断得以重视；其三是接枝共聚物Zeta电位绝对值比萘系和三聚氰胺系减水剂的低，因此要达到相同的分散状态时，所需要的电荷总量也不如萘系和三聚氰胺系减水剂那样多。对于有侧链的聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐系高效减水剂，通过这种立体排斥力，能保持分散系统的稳定性。
3)润滑作用
高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之问的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒问的直接接触，增加了水泥颗 粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。水泥浆巾的微小气泡，同样对减水剂分的定向吸附极性基团所包裹，使气泡与气泡及气泡
与水泥颗粒问也因同电性相斥而类似在水泥微粒间加入许多微珠，亦起到润滑作用，提高流动性。
2 与水泥的适应性问题
按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准的某种外加剂，掺加到按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土(或砂浆)中，若能够产生应有的效果，就认为该水泥与这种外加剂是适应的；相反，如果不能产生应有的效果，则该水泥与这种外加剂之间存在不适应性。高效减水剂与水泥产生不适应性的时候，能够直观快速地反应出来，如流动性差、减水率低、拌合物板结发热、塌落度损失过快等。高效减水剂与水泥的适应性受诸多因素的影响，评价高效减水剂与水泥的适应性是十分复杂的。
1)水泥矿物成分的影响
水泥中C3A的含量越低，减水剂与水泥的适应性较好；当水泥中C3A的含量高时，减水剂的使用效果较差。各种试验表明，C3A含量高的水泥，将形成大量的钙矾石，须消耗大量的水，使混凝土流动度降低，需增加减水剂的用量。这是因为减水剂溶解后，优先选择性地吸附在C3A或其初期水化物表面，从而使对其它粒子产生分散作用的有效的减水剂量相应减少。
2)水泥碱性的影响
现代工程普遍采用纯硅或普硅水泥，而这类水泥的碱度是比较高的。加上砂、石或外掺材料等也都带有一定数量的碱。碱含量对减水剂与水泥的适应性有很大影响，试验表明，掺量一样的同种减水剂，采用碱含量高的水泥，其水泥净浆的流动性就较差，塑化效果亦差。
3)水泥细度的影响
当水泥细度增加时，水泥比表面积就增大。因此，就需要有更多的分散剂的分子吸附覆盖在水泥颗粒表面，才能达到预期的使用效果。水泥颗粒越细，其净浆流动稳定性越差，要有好的流动性，则所需的减水剂就要增多。
4)水泥中石膏的影响
石膏控制硅酸盐水泥的凝结时间与硬化速度，一般会以二水石膏、半水石膏、可溶性或不可溶性硬石膏(无水石膏)等几种形式存在。由于它们的溶解度和溶解速度是不相同的，在混合物中C3A与SO4-2。之之间的平衡将直接影响减水剂的使用效果。以无水石膏作为调凝剂的水泥碰到木钙、糖钙减水剂时，会产生严重的不适应性，不仅得不到预期的效果，而且往往会引起流动损失过快甚至异常凝结。因此，对于掺有硬石膏的水泥，在使用减水剂时要特别小心。
5)高效减水剂自身特性的影响
高效减水剂的分子结构对其塑化效果有很大的影响，这在前面已经论述过了。此外，减水剂的掺量、形态等其他因素有影响。当高效减水剂掺量过高时，其分散作用可能影响到水化产物，阻碍它们之间的粘结，从而推迟强度增长以及降低最终的强度。三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂在施工中只有以水剂方式作用才能发挥良好的塑化效果。