高性能混凝土外加剂主导官能团的分类

(1)磺酸系列(-SO3H)主导官能团-SO3H又称作磺酰基,-SO3H在外加剂中的主导作用是吸附-减水和增加外加剂的水溶性,磺酸基的表面活性剂在水泥分散剂中具有很重要的地位。由于水化早期水泥粒子表面带正电荷,有利于阴离子表面活性剂的吸附,从而起到了延缓水泥水化的作用,特别是芳类磺酸盐的缓凝效果更加明显。含一SO3H的外加剂因形成分子间氢键而具有吸附-减水作用,并可增加外加剂的水溶性。

在含一SO3H官能团的外加剂中,既可以引入非主导官能团与—SO3H组合,也可以不引入非主导官能团。非主导官能团可以是官能团、极性基团或原子团中的极性原子,依据相应分子结构的憎水基的差异,可以是碳链、碳环或杂环。

磺酸系列外加剂又可分为:纯磺酸类、酮基磺酸类、羟基磺酸类和氨基磺酸类。

纯磺酸类高分子化合物中,—SO3H不与其他任何官能团、极性亲水基团相互组合,其憎水基是碳环或杂环。

在脂肪族减水剂等酮基磺酸类减水剂的分子中,由于磺化反应引入了主导官能团—SO3H,此外还含有酮基和羟基,而憎水部分为碳氢链。

在木质素磺酸盐等羟基磺酸类外加剂分子中,主导官能团也是—SO3H,而木质素本身还含有羟基。

理论上,氨基磺酸类外加剂属于比较典型的高性能外加剂,它除了含有主导官能团—SO3H外,非主导官能团NH2的作用也非常重要。在以苯酚和对氨基苯磺酸为原料合成的芳基氨基磺酸盐聚合物结构中,由苯酚引入的—OH和由对氨基苯磺酸引入的NH2,存在于极性亲水基或原子团中;以三聚氯胺树脂为原料合成的磺化三聚氯胺甲醛树脂,主导官能团是—SO3H,三聚氯胺本身结构中的—NH2具有极性。

(2)羟基系列(-OH)羟基(-OH)化合物典型的有脂肪醇类、糖类等,羟基的主导作用是缓凝作用。简单的一元醇对硅酸盐水泥和硅酸三钙的水化反应在某种程度有延缓作用,随着羟基的增多,醇类化合物的缓凝作用越明显,如丙三醇可使水泥浆体缓凝到停止水化反应。不同的水泥矿物组成对羟基化合物呈现出不同的吸附性能,由强到弱的顺序为CaA>C4AF C3S>C2S。糖类一般为多羟基缩醛化合物(如葡萄糖、果糖等),糖类的弱酸性能与水泥水化产物氢氧化钙反应形成络合物,在水化早期,降低水中pH值,影响水泥水化速率,在后期糖类化合物则可提高水泥的强度。

(3)羚酸系列(—COOH)羚基(—COOH)由一个羟基和联基组成。

羚基的主导作用是延缓水泥水化反应进程和降低混凝土坝落度经时损失。可以将羚酸看成是酰基化的水,而羚酸去掉羟基后剩下的则是酰基。水中的一个氢经酰基取代后变成酸,这个羟基和醇内的羟基有共同之处。羟基可以发生取代反应,例如被酰氧基取代,生成含有新官能团的化合物-酯和酸酥:如氨被酰基取代,生成酰基取代的氨,叫酰胺。由此可见,在主导官能团鞍基中,酰基的地位非同一般。同样,可以把羟基理解为水中的一个氢被烷基取代后的剩余基团;继基则可被看成是水中的两个氢被相同的或不相同的惊基取代后的剩余基团。如果分别用烷基或酰基进行一元、二元或三元取代水和氨,便可得到一系列含有新官能团的化合物。

羧酸系列外加剂可分为多艘酸类和反应性高分子共聚物,多羚酸盐由于主链短、支链较长,因而具有优异的保塑作用,混凝土圩落度经时损失非常小。多羚酸类高性能AE减水剂包括:苯乙烯-马来酸盐共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯多元聚合物等。这类减水剂的亲水性主导官能团是—COOH。

反应性高分子共聚物不溶于水,其在水泥水化产物Ca(OH)2攻击下发生水解反应,缓慢释放出水溶性的水解产物,在一定时间内,混凝土坝落度不仅没有损失,反而会略有增加。

(4)磺酸-羚酸系列 该系列减水剂是今后发展的方向之一。接枝共聚物属于磺酸-羚酸系列,是按使用要求,通过分子设计手段,获得水溶性的减水剂,具有—COOH、—SO3H双重主导官能团,分子结构中极性单体以合适的比例出现在高分子主链上,并有一定的侧链长度。

(5)外加剂分子中的氢键  减水剂分子中的极性基团多含有氧或氮,符合生成氢键的各种条件。组成羚基的一OH基和一O基是能生成氢键的两个基团。而非主导官能团醛、酮、酯、酰胺、酸査的成键官能团都有酰基的结构。氢键存在两种类型:分子内的氢键和分子间的氢键,其中分子内的氢键在保持物质分子的立体结构方面,有重要意义。外加剂同一分子里含有羚基主导官能团的碳链和含有氧、氮非主导官能团存在的碳链,具有生成分子内氢键的充分和必要条件。分子内氢键的生成,与羚基及非主导官能团直接相关,同时也受到两碳链长短的影响。

 


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