混凝土外加剂作用机理

在水泥-水悬浮体系中,水泥浆体中的相界面因具有较高的界面能而导致其不稳定:水泥浆体有自动减小界面、水泥颗粒相互聚结的趋势。另外,水泥颗粒之间通过引力作用,如范德瓦耳斯力和静电引力或者是化学键和次化学键聚集到一起形成象凝体。由于减水剂多为阴离子表面活性剂,而表面活性剂是能显著改变(一般为降低)液体表面张力或二相间界面张力的物质,其分子结构由极性基团(亲水基团)和非极性基团(增水基团)组成,分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂,其中离子型表面活性剂又分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂。表面活性剂具有表面吸附作用、分散作用、湿润作用、起泡与消泡作用。水泥浆体中抄入减水剂后,减水剂吸附于水泥颗粒表面,改变了“水泥水”体系固-液界面的性质(如颗粒表面电荷分布、空间位阻等),使水泥颗粒之间的作用力发生变化。

不同的表面活性剂因其分子结构不同,对水泥水化所产生的影响也不同。例如:羟基类化合物中的醇类同系物,随着羟基数的增多,它们对水泥的缓凝作用越来越强;羚酸在水泥浆体系中,随着生成不溶性的盐类(如盐),使水泥水化速度减慢,而某些羚酸盐则对水泥水化硬化具有促进作用(如甲酸钙等),同时随着烷基的增大,羚酸及羚酸盐的表面活性作用、憎水作用增强;羟基羚酸、氨基羚酸及其盐类能显著抑制水泥的初期水化,有效地提高新拌混凝土的塑性和混凝土后期强度;磺酸盐类的阴离子表面活性剂,易被水泥颗粒吸附,可对水泥产生分散、缓凝作用。若将两种以上表面活性剂复合使用,则对水泥的作用效果会更好。

可将常用的化学外加剂按与水泥的相互作用分为3类:

(1)缓凝剂例如蔗糖、羟基羚酸,常用于调节水泥水化速率和凝结时间。

(2)减水剂例如木质素磺酸盐、茶磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氯胺甲醛缩合物、聚羚酸酸盐等,常用来调节混凝土工作性和用水量。

(3)引气剂常用以改善混凝土抗冻融性能和匀质性。还有某些无机外加剂(例如钙盐、腾酸盐或磷酸盐),有时被用来调节水泥浆的凝结和硬化性能或塑性保持能力。然而掺用无机外加剂的水泥浆比较特殊,因而无机外加剂难以纳入到一般的分类中去。

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