原材料、聚羧酸减水剂、混凝土之间的关系

同济大学教授孙振平:减水剂分子的吸附量与初始和经时的净浆流动度均呈现正相关规律。而掺加助磨剂组分磨制的水泥,水泥颗粒表面性质的变化也会显著影响减水剂分子吸附情况;水泥的早期水化进程也是影响经时流动度的重要因素,一方面与助磨剂组分本身对水泥水化的影响有关,另一方面,不同水化产物的形态对减水剂分子的吸附情况也有显著影响。

      水泥颗粒的粒径是微米级别、聚羧酸分子是纳米级别,大概就是差了3个数量级。一个水泥颗粒可以吸附数个聚羧酸分子。看聚羧酸分子的示意图:水泥颗粒被聚羧酸吸附延缓了水化进程,但是随着水泥水化,聚羧酸分子最后就会被水化产物包裹进去死翘翘失去聚羧酸的作用。总的来说,聚羧酸分子的吸附作用并没有改变水泥的性质,只改变了混凝土的流变过程,对混凝土的后期强度没有影响。

      砂、石在混凝土中占70%~80%,砂、石的质量直接影响混凝土的质量,砂、石的含泥量和石粉含量对外加剂的影响都不容忽视,尤其是使用聚羧酸减水剂时,影响更加突出。有研究表明[3],粘土矿物高岭土和伊利石对减水剂的吸附量很大,分别是水泥的5~10倍和2~5倍,膨润土的吸附量更几乎是水泥的50倍左右。所以,含泥量严重影响着砂、石对外加剂的“相容性”。至于石粉,不同于泥粉,对外加剂的吸附很小,但因粉粒径接近于掺合料,也是需要“浸润水份”的,石粉含量变化大也会引起拌合物稠度变化,显得影响着砂、石对减水剂的“相容性”。有效降低泥和石粉对外加剂的吸附,增加混凝土的流动性和扩展度。

      研究了聚羧酸减水剂和膨润土的相互作用机理发现泥土对减水剂之间既存在物理作用又存在化学作用,其中泥土通过物理作用将减水剂吸附在其表面,而后通过化学作用将减水剂侧链或整体吸附到其层间,从而使得和水泥颗粒作用的聚羧酸减水剂大量减少,引起混凝土性能显著下降。

      不考虑混凝土的工作性能,保持水胶比不变,混凝土的强度会随着减水剂用量增加而降低。这个结论虽然有悖常识,但是减水剂可以增强混凝土强度也是对的,前提是因为减水剂可以提高混凝土的流动性从而降低用水量才增强了混凝土强度。减水剂有助于增强混凝土强度的结论是一个两层间接逻辑。
      减水剂本身会降低混凝土强度,它是通过降低用水量的方式从而增强了强度。减水剂降低混凝土强度的原因可能是减水剂分子吸附在水泥颗粒表面,一定程度的影响了水泥水化反应。不过,减水剂这种杀敌一千子孙三百的能力也没问题,毕竟目前也不存在更好产品替代。


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