混凝土高效减水剂作用机理新进展

混凝土高效减水剂作用机理新进展 国建材科孑支1998年第4期 混凝土高效减水剂作用机理新进展 隋同波王晶(中国建材研究院)丁c,, 摘要高效减水剂是一种在砼坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌合水用量的外加 剂,又称超塑化剂.本世纪6O年代,以D一萘磺酸盐甲醛缩合物和磺化三聚氰胺甲醛缩合物为 主体的两类高效减水剂的生产和广泛应用,促进了砼发展史上第三次重大技术突破.目前以高 流动性,高强度和高耐久性为主要特点的高性能砼的日益发展,极大地促进了新型高效减水剂 的开发及其作用机理的深入研究.最新研究成果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:高效减水剂的作用机理主要有两个,即 静电斥力学说和空间位阻学说,它们分别适用于不同分子结构类型的高效减水剂. 关键词高效减水剂作用机理静电斥力空间位阻?—__————一—————一-———_.一 ——————一 7,厶 一 ,引言 砼减水剂的发展最早可追溯到本世纪 40年代初以木质素磺酸盐为主要成分的减 水剂的诞生.此后随着砼制品种类的日益增 多,结构物的日益复杂和大型化以及特种工 程的需要,对砼性能的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 也越来越高,从 而促进了砼减水剂的迅速发展.日本和德国 于60年代相继分别研制成功以13一萘磺酸盐 甲醛缩合物和磺化三聚氰胺树脂为主要成 分的高效减水剂,标志着砼技术由干硬性或 塑性时代进入高流动性时代.高效减水剂的 广泛应用取得了很好的社会和经济效益,促 成了砼发展史上的第三次重大技术突破. 与此同时,高效减水剂作用机理的理论 研究也非常活跃,形成了以”吸附一毛电位 (静电斥力)一分散”为主体的静电斥力理 论.80年代以来,在解决超塑化砼坍落度经 时损失快问题的同时,促进了新一代高效减 水剂的开发研究以及以”吸附一空间效应一 分散”为核心的空间位阻理论的建立. 二,高效减水剂的化学组成 和作用特征+ 1.高效减水剂的种类和结构特征 目前国内外已投入 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 应用和正处在研 究开发阶段的高效减水剂主要有以下几 类: (1)萘系(B萘硫酸盐甲醛缩物) RR l SOsMSO3M R:H,CH3 M:Na+,1ca2+ . (2)三聚氢胺系(硫化聚胺甲醛缩合物) H----o-rcCH,HH一.. NN V (3)多羧酸系(烯烃马来酸共聚物或丙烯 酸系共聚物) CH3 H七cHH-弋H子nH, CH3CO0MCOOM 或七cH广H子n COOM (4)氨基芳香族硫酸盐系(硫化苯胺一甲醛 一 苯酚聚合物) ? 国建材科技}1998年第4期 H 0H H23-OH CHi三}. (5)改性多缩酸盐接枝共聚物(马来酸或 丙烯酸系接枝共聚物) C. H3CH3 II H-~-CHz—七cH2—_<)子 ll COC— II OM(OCH2CH2).OR 或H七c1H1H子n CH3COOMCOOM 上述5类高效减水剂应用最为普遍的为 萘系和三聚氰胺系,其它几类为近年来新开 发的产品.其中,第五类接枝共聚物高效减 水剂的结构特征为分子主链上含羧基,支链 上接聚氧乙烯,它具有减水率高,流化性能 好,.坍落度损失很小的特点,被认为是目前 性能最优异的高效减水剂,它对水泥浆体的 分散作用机理也与其它高效减水剂不同. 2.高效减水剂的作用特征 高效减水剂大都属于阴离子型表面活性 剂,掺入水泥浆体后离解成金属阳离子及具 有亲油和亲水作用的双亲有机阴离子基 团.水泥粒子能够吸附该双亲基团,并在其 周围形成双电层.该体系的动电电位(电 位)常用以表征高效减水剂分散作用的大 小.通常,电位值越大,水泥胶粒间的静 电斥力越大,分散作用越显着.M.Daimon和 D.M.Roy”指出,掺萘系高效减水剂的水 泥浆体,其电位为一20,一40mv,采用三聚 氰胺系高效减水剂也得到类似结果.显然由 于体系具有较高的毛电位值,因而分散性能 好.而对第五类高效减水剂的最新研究显示 :与掺萘系及三聚氰胺系高效减水剂相 比,掺此接枝共聚物的水泥浆体的电位值 较低(仅为:一10,一15mV),但水泥浆体同样 具有优异的分散性,而且砼坍落度损失小. 如图l所示. 由图l可知:掺S虾和SNF高效减水剂 的水泥浆体的电位值和砼坍落随着时间 的推移,均由初始的较高水平迅速下降,说 明砼的分散性能与体系的电位密切相 关.值得注意的是掺CGC的水泥浆体,尽管 其电位值较小,但砼具有与掺S断和SNF 同样高的初始坍落度,而且其坍落度随时间 的损失要小得多,说明掺此类外加剂的水泥 及砼的LV0溶胶分散与凝聚理论为基础,认为 国建材科技1998年第4期 高效减水剂对水泥浆体的分散作用主要与 以下三个物理,化学作用有关,即吸附,静 电斥力(电位)和分散.体系对外加剂的吸 附量增加,电位进一步变负(绝对值增 大).由于静电斥力作用,一方面使团聚的 水泥颗粒得以分散,另一方面也降低了水泥 浆体的粘度,从而赋予浆体优良的工作性. 根据DLVO理论,当具有双电层的两个水 泥粒子相互接近时,会同时受到粒子间的静 电斥力和范德华引力的作用.整个体系的位 能(为相斥位能(和吸引位能(之 和,即 Vt=gr手 其中,均为粒子间距(r)的 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 . 整个分散体系的稳定性可以通过总位能 与粒子间距离的关系曲线(图2)加以预测. 当总位能存在最大值(Vmax)时,粒子必须克 服此能垒,才能进一步接近,最终发生凝 聚. 图2分散体系的位能曲线示意图 K.Yoshioka及E.Skai等人根据这一理 论计算认为:Vmax的大小与体系的电位有 关.电位值增大,Vmax增加.Vmax的存 在使粒子间以斥力为主,既防止了粒子间的 凝聚,同时也把原来团聚的粒子内部包裹的 水释放出来,使体系处于良好而稳定的分散 状态.对于掺SNF,SMF的水泥浆体,当体 系电位的绝对值大于20mY时为稳定的分 散体系,这一结果与M.Daimon和D.M.Roy 的研究结果基本一致. 随着水化的进行,吸附在水泥颗粒表面 的高效减水剂的量大大减少,导致体系的毛 电位值迅速降低,体系趋于凝聚状态,从而 解释图1所示的掺SMF和SNF高效减水剂的 砼坍落度损失快的现象. 2.空间位阻学说 这一理论主要适用于正处于开发阶段的 新型高效减水剂,其结构特征为主链上含羧 基,侧链上接聚氧乙烯.研究结果表明:此 类高效减水剂掺入水泥体系,其吸附量较 小,电位仅为一10,一15mY,然而体系仍具 有优异的流动性,而且砼坍落度损失很小 (图I).显然以DLVO理论为基础的静电斥力 学说无法解释这一结果,而由空间位阻学说 导出的结论则得到了较好的解释. 根据R.Evans和D.H.Napper聚合物胶 体化学的空间位阻理论,为大分子吸附层所 覆盖的球形粒子相互靠近时,体系的位能主 要由混合位阻效应的范德华作用所决定,即 Vt=Vm+Va 其中Vm和Va均为粒子间距(r)的函数. 整个分散体系的稳定性可由位能一粒子 间距关系曲线来预测.与DLVO理论不同, 根据空间位阻理论得到位能曲线(图3)存在 一 个最低位能峰(Vmin)而不是最高位能峰 (Vmax)oVmin的大小与所吸附的接枝聚合物 的支链链节数(n)有关.n越大,Vmin值越 小,即支链越大,大分子吸附层越厚,体系 越趋于稳定.F.Th.Hesselink等人根据 这一理论计算得到:当n大于12时体系处 于稳定的分散状态.这与T.Mizunuma及其 合作者提出的新型高效减水剂通过提高水 泥颗粒表面吸附层的厚度(从萘系的约18A 提高到28A左右)而赋予水泥浆体良好的分 散性能的观点相符合. Vt \/一r Vmin 图3体系位能与粒子间距的关系曲线示意图 由于接枝聚合物结构中支链多且长,在 水泥颗粒表面吸附时形成庞大的立体吸附 结构,因而其饱和吸附量减少,毛电位值较 低.同时该聚合物特有的分子结构使其在水 泥颗粒表面形成较大的吸附区,吸附力增 强.因此高效减水剂不易随水化的进行而脱 离颗粒表面,即其吸附量随初期水化的进行 中国建材科技1998年箍尘期 而减少的幅度较小,从而有利于水泥浆体在 较长时间内保持较好的流动性,表现为砼坍 落度损失小.这就很好解释了图1的试验结 果. 四,结论 高效减水剂的作用机理主要有两个,即 静电斥力学说和空间位阻学说.前者主要适 用于萘系,三聚氰胺系等目前普遍采用的高 效减水剂,后者则适用于正处于开发阶段的 分子结构中主链上含羧基,侧链上接聚氧乙 烯的新型高效减水剂.它们均分别较好地解 释了不同类型和结构特点的高效减水剂对 水泥浆体的分散作用及砼坍落度的经时变 化规律. 两大学说的理论依据不同.静电斥力学 说的核心在于最大位能峰的存在,而空间位 阻学说强调的是最低位能峰. 参考文献 (1)M.DaimonandD.M.Roy, “Rheologicalpropertiesofcementmixes, I:Methods,preliminaryexperimentsand adsorptionstudies,”Cem.Concr.Res., 8,753-764(1978) (2】M.DaimonandD.M.Roy, “Rheologicalpropertiesofcementmixes, IIZeta-potentialandpreliminary viscositystudies,”CCR.,9,103—110 (1979) (3】K.KodamaandS.Okazawa, „„Developmentofasuperplasticizerfor highstrengthconcrete,”Cem.Concr., 546,24-32(1992) (4】R.EvansandD.H.Napper,:Steric stabilizationII,Ageneralizationof Fisher?Ssolvencytheory.Co1loid—Z.U. 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