高效减水剂及其在水泥中的应用

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

摘要:减水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。本文概述了混凝土减水剂研究的最新进展,并讨论了应进一步研究的问题。

关键词:混凝土;减水剂;木质素磺酸盐;三聚氰胺;萘磺酸甲醛缩合物;聚羧酸盐;聚苯乙烯；表面张力;活性物含量;吸附量;ζ电位

外加剂是混凝土研究的重点和热点之一,目前国外已将其列为除水泥、砂、石、水之外的砼第五组分。减水剂在外加剂中使用最多,可显著降低混凝土的水灰比,改善混凝土的性能。日本是混凝土外加剂掺用率最高的国家,含外加剂的混凝土已近100 %。日本建筑工程标准规定掺和混凝土时用水量不得超过185 kg/ m3 。要达到这样的标准,混凝土中必须添加减水剂。近年来,我国混凝土外加剂的生产发展较快。目前,我国混凝土年用量已达2 亿m3 ,但强度等级普遍较低,通过使用减水剂同样可以在保持良好流动性的条件下获得高强度混凝土产品。因此,目前建筑市场上对高效减水剂的需求很迫切。混凝土减水剂又称高性能外加剂、分散剂、超塑化剂,国内外将其分为标准型、引气型、缓凝型、早强型等。减水剂主要有木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸类和聚苯乙烯类[1～4 ] 。混凝土减水剂本质是一种表面活性剂,加入混凝土中能对水泥颗粒起吸附、分散作用,把水泥凝聚体中所包含的水分释放出来,使水泥质点间的润滑作用增强、水化速度改变,从而改善混凝土的和易性,提高混凝土强度和密实性[5 ,6 ] 。本工作拟就混凝土减水剂的最新研究应用加以概括,并讨论应进一步研究应关注的问题。

1、混凝土减水剂最新研究进展

理想的工程减水剂的性能指标必须符合下列要求: (1) 高减水率并利于提高混凝土强度; (2) 在不同使用条件下有合理的凝结时间; (3) 掺入混凝土中塌落度损失较小,保水性、和易性,粘聚性等性能符合施工要求; (4) 硬化混凝土性能满足工程要求; (5) 不会引起混凝土耐久性破坏[8 ] ; ( 6) 符合国家标准

GB8076 —1997《混凝土外加剂》和建材行业标准JC473 —92《混凝土泵送剂》。

2、减水剂的发展历史

近代混凝土减水剂的发展已有60 多年的历史[1 ] . 20 世纪30 年代初[2 ] ,美国、英国、日本等已经在公路、隧道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂. 到60 年代,混凝土减水剂得到了较快发展. 1962 年,日本的服部健一等将萘磺酸甲醛高缩合物用作减水剂[3 ] . 几乎在同时,前德意志联邦共和国研制成功了三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物减水剂. 另外,同时出现的还有多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物减水剂[4 ] .

目前国外对萘系、三聚氰胺系等高效减水剂的研究和应用已日趋完善,不少科研机构已开始转向对聚羧酸盐系高性能减水剂的开发与研究. 90 年代,日本在该领域投入了大量的人力与资源,并获得了成功,开发出了一系列性能较为优异的聚羧酸盐系减水剂. 1995 年以后,聚羧酸盐系减水剂在日本的使用量超过了萘系减水剂[5 ] .

聚羧酸盐系高效减水剂是直接用有机化工原料通过接酯共聚反应合成的高分子表面活性剂,它不仅能吸附在水泥颗粒表面上,使水泥颗粒表面带电而互相排斥,而且还因具有支链的位阻作

用,从而对水泥分散的作用更强、更持久. 因此,聚羧酸盐系减水剂被认为是目前最高效的新一代减水剂.

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

我国从50 年代初开始使用混凝土减水剂,主要类型是纸浆废液(木质素磺

酸钙) 塑化剂. 到60年代,我国减水剂的研究和应用几乎处于停滞状态. 到70 年代[6 ] ,中国建筑材料科学研究院、清华大学等单位开始研制萘系和三聚氰胺系高效减水剂. 在80 年代,典型的三类高效减水剂,即萘系、多环芳烃和三聚氰胺减水剂都相继研制成功并投入使用. 现在国内越来越多的大学和科研机构已开始把目光转向了新型的聚羧酸盐系高效减水剂. 上海建筑科学研究院在国内率先研究成功的L EX29 型聚羧酸盐高效减水剂,其性能达到国际同类著名产品的水平,并投入了大规模生产,在上海磁悬浮交通轨道梁、东海大桥等重大工程中已得到应用.

3、高效减水剂的种类和特点

高效减水剂的分类方式很多[3 ] ,如按功能分可以分为引气型、早强型、缓凝型、保塑型减水剂等;按生产原料不同分则可分为萘系减水剂、蒽系减水剂、甲基萘系减水剂、古马隆系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、磺化煤焦油减水剂、脂肪族系减水剂、丙烯酸接枝共聚物减水剂等.

3. 1 萘系减水剂

萘系减水剂、蒽系减水剂、甲基萘系减水剂、古马隆系减水剂、煤焦油混合物系减水剂,因其生产原料均来自煤焦油中的不同成分,因此通称为煤焦油系减水剂. 此类高效减水剂皆为含单环、多环或杂环芳烃并带有极性磺酸基团的聚合物电解质,相对分子质量在1 500～10 000 的范围内,减水性能依次从萘系、古马隆系、甲基萘系到煤焦油混合物系降低. 由于萘系减水剂(β2萘磺酸甲醛缩合物) 生产工艺成熟、原料供应稳定且产量大、应用广,因而通常煤焦油系减水剂主要是指萘系减水剂. 萘系减水剂又可分为高浓型和普通型两类[7 ] ,对于含碱量相对较高的水泥,普通型萘系高效减水剂的使用效果优于高浓型萘系高效减水剂. 最近的研究表明,聚合度在15 以上的萘磺酸甲醛缩合物由于具有更为优良的分散、悬浮特性,国外已用来配制超高强度和高流动度混凝土.

3. 2 氨基磺酸盐系减水剂

氨基磺酸盐系减水剂一般是在一定温度条件下,以对氨基苯磺酸、苯酚、甲醛为主要原料缩合而成,也可以联苯酚及尿素为原料加成缩合,结构式为 它是一种非引气可溶性树脂减水剂,生产工艺较萘系减水剂简单. 掺氨基磺酸盐系[8 ]高效减水剂的混凝土,其减水率高,坍落度损失较小,抗渗性、耐久性好. 氨基磺酸盐系减水剂对水泥较敏感,过量时容易引发泌水,使混凝土粘罐.

3. 3 三聚氰胺系高效减水剂

三聚氰胺系高效减水剂(俗称蜜胺减水剂) ,化学名称为磺化三聚氰胺甲醛树脂,结构式为

该类减水剂实际上是一种阴离子型高分子表面活性剂,具有无毒、高效的特点,特别适合高强、

超高强混凝土及以蒸养工艺成型的预制混凝土构件. Collepardi[9 ]在其研究中指出,磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂对混凝土性能的影响与其相对分子质量及磺化程度有密切关系,而分子中的—SO3Me基团是其具有表面活性及许多其它重要性能的最主要原因,因此提高树脂磺化度可显著增强其表面活性. 徐正林[10 ]以三聚氰胺系高效减水剂的传统合成工艺(羟甲基化反应→磺化反应→低pH 值缩合反应→高pH 值缩合反应) 为基础,提高甲醛、磺化剂与三聚氰胺的比例(即提高单体的羟甲基化和磺化程度) ,并进而克服磺化基团的空间位阻使单体缩聚,研制出了高磺化度三聚氰胺甲醛树脂高效减水剂. 与普通三聚氰胺系减水剂相

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

比较,该减水剂具有更为优越的减水性能和早期增强效果,且生产过程较易控制,产品性能和生产工艺进一步优化,故可良好地推广和应用.

3. 4 聚羧酸盐系高效减水剂

目前,国内外越来越多的科研机构和企业开始将目光转向聚羧酸盐系高效减水剂. 该类减水剂用量很少时,就能够有效降低混凝土的粘度,提高混凝土的流动性和保坍性,因而成为近几年来高效减水剂的一个发展趋势[11 ] .

综合比较,该类减水剂具有前几种减水剂所无法比拟的优点,具体表现为[12 ] :

(1) 低掺量(质量分数为0. 2 %～0. 5 %) 而分散性能好; (2) 保坍性好,90 min 内坍落度基本无损失; (3) 在相同流动度下比较时,可以延缓水泥的凝结; (4) 分子结构上自由度大,制造技术上可控制的参数多,高性能化的潜力大; (5) 合成中不使用甲醛,因而对环境不造成污染; (6) 与水泥和其它种类的混凝土外加剂相容性好; (7) 使用聚羧酸盐类减水剂,可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥,从而降低成本.

分子结构为梳型的聚羧酸盐系减水剂可由带羧酸盐基( —COOMe) 、磺酸盐基( —SO3Me) 、聚氧化乙烯侧链基(PEO) 的烯类单体按一定比例在水溶液中共聚而成,其特点是在其主链上带有多个极性较强的活性基团,同时侧链上则带有较多的分子链较长的亲水性活性基团[13 ] . 国内清华大学的李崇智等人[14～16 ]采用正交试验法,研究了带羧酸盐基、磺酸盐基、聚氧化乙烯链、酯基等活性基团的不饱和单体的物质的量之比(摩尔数比) 及聚氧化乙烯链的聚合度等因素对聚羧酸盐系减水剂性能的影响,发现聚羧酸盐系减水剂随带磺酸盐基单体比例的增加,分散性相应提高;聚氧化乙烯链的聚合度对保持混凝土的流动性非常重要,如果PEO 的聚合度太小,则混凝土的坍落度不易保持,太大则使有效成分降低,导致聚羧酸盐系减水剂的分散能力降低,因此选择适当的PEO 聚合度,即选择适当的PEO 链长,可以保持混凝土坍落度损失较小;当采用侧链聚合度为23 的大分子单体合成PC23 (侧链聚合度为23 的聚羧酸盐系减水剂) 高性能减水剂时,所取的最佳摩尔比为: n(SAS) ∶n (MAA) ∶n (PA) = 1～1. 5∶4. 5∶1～1. 5 ,其中,SAS 代表丙烯酸磺酸钠;MAA 代表甲基丙烯酸;PA 代表丙烯酸聚乙醇酯.

4、高效减水剂对混凝土性能的作用

减水剂的功能是在不减少水泥用水量的情况下,改善新拌混凝土的工作度,提高混凝土的流动性;在保持一定工作度下,减少水泥用水量,提高混凝土的强度;在保持一定强度情况下,减少单位体积混凝土的水泥用量,节约水泥;改善混凝土拌合物的可泵性以及混凝土的其它物理力学性能.

当混凝土中掺入高效减水剂后,可以显著降低水灰比,并且保持混凝土较好的流动性. 通常而言,高效减水剂的减水率可达20 %(质量分数,下同) 左右,而普通减水剂的减水率为10 %左右. 目前,一般认为减水剂能够产生减水作用主要是由于减水剂的吸附和分散作用所致. 研究混凝土中水泥硬化过程可以发现,水泥在加水搅拌的过程中,由于水泥矿物中含有带不同电荷的组分,而正负电荷的相互吸引将导致混凝土产生絮凝结构(如图1 所示) . 絮凝结构也可能是由于水泥颗粒在溶液中的热运动致使其在某些边棱角处互相碰撞、相互吸引而形成. 由于在絮凝结构中包裹着很多拌合水,因而无法提供较多的水用于水泥水化,所以降低了新拌混凝土的和易性. 因此,在施工中为了使水泥能够较好地水化,就必须在拌合时相应地增加用水量,但用水量的增加将导致水泥石结构中形成过多的孔隙,致使其物理力学性能下降. 加入混凝土减水剂就是将这些多余的水分释放

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

出来,使之用于水泥水化,因而可在不降低混凝土物理力学性能的条件下,减少拌合水用量.

混凝土中掺入减水剂后,可在保持水灰比不变的情况下增加流动性. 一般的减水剂在保持水泥用量不变的情况下,使新拌混凝土坍落度增大10 cm 以上,高效减水剂可配制出坍落度达到25 cm 的混凝土.

减水剂除了有吸附分散作用外,还有湿润和润滑作用.

水泥加水拌合后,水泥颗粒表面被水所湿润,而这种湿润状况对新拌混凝土的性能影响甚大.湿润作用不但能使水泥颗粒有效地分散,亦会增加水泥颗粒的水化面积,影响水泥的水化速率.

减水剂中的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面上,它们很容易和水分子以氢键形式缔合.这种氢键缔合作用的作用力远远大于水分子与水泥颗粒间的分子引力. 当水泥颗粒吸附足够的减水剂分子后,借助于磺酸基团负离子与水分子中氢键的缔合,再加上水分子间也缔合氢键,水泥颗粒表面便形成一层稳定的溶剂化水膜,而这层膜起到了立体保护作用,阻止了水泥颗粒间的直接接触,并在颗粒间起润滑作用. 减水剂的加入,伴随着引入一定量的微气泡(即使是非引气型的减水剂,也会引入少量气泡) . 这些微细气泡被因减水剂定向吸附而形成的分子膜所包围,并带有与水泥质点吸附膜相同符号的电荷,因而气泡与水泥颗粒间产生电性斥力,从而增加了水泥颗粒间的滑动能力. 由于减水剂的吸附分散作用、湿润作用和润滑作用,因而只要使用少量的水就能容易地将混凝土拌合均匀,从而改善了新拌混凝土的和易性. 图2 为减水剂的减水作用示意图.

在混凝土中加入高效减水剂会使混凝土的强度显著提高. 其机理主要有2 种:第1 种机理通常认为是因为高效减水剂的减水率大,可以明显降低混凝土的水灰比,所以能大幅度提高混凝土强度[18 ] . 第2 种机理则认为加入高效减水剂能改善水泥颗粒的分散程度,从而可以提高其水化程度、增进其微结构的密实性,

[19 ] 改善混凝土的力学性能.

5、高效减水剂的作用机理

现在为大家普遍接受的高效减水剂作用机理理论有3 种,即静电斥力理论、空间位阻效应理论和反应性高分子缓慢释放理论[20 ] . 这里仅介绍前两种常用的机理理论.

5. 1 静电斥力理论

高效减水剂大多属于阴离子型表面活性剂. 由于水泥粒子在水化初期时其表面带有正电荷

(Ca2 + ) ,减水剂分子中的负离子—SO -

3 , —COO - 就会吸附于水泥粒子上,形成

吸附双电层(ξ电位) ,使水泥粒子相互排斥,防止了凝聚的产生.ξ电位绝对值越大,减水效果越好,这就是静电斥力理论. 该理论[6 ]主要适用于萘系、三聚氰胺系及改性木钙系等目前常用的高效减水剂系统.

根据DLVO 理论[22 ] ,当水泥粒子因吸附减水剂而在其表面形成双电层后,相互接近的水泥颗粒会同时受到粒子间的静电斥力和范德华引力的作用.

Yoshioka 等人[23 ]认为,随着ξ电位绝对值的增大,粒子间逐渐以斥力为主,从而防止了粒子间的凝聚. 与此同时,静电斥力还可以把水泥颗粒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. Daimon 等[24 ]通过研究水泥水化的过程发现,随着水化的进行,吸附在水泥颗粒表面的高效减水剂的量减少,ξ电位绝对值随之降低,体系不稳定,从而发生了凝聚.

5. 2 空间位阻效应理论

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

这一理论主要适用于正处于开发阶段的新型高效减水剂———聚羧酸盐系减水剂. 该类减水剂结构呈梳形,主链上带有多个活性基团,并且极性较强,侧链也带有亲水性的活性基团. Collepar2di对氨基磺酸盐系(SNF) 和聚羧酸盐系(PC) 高效减水剂进行了比较,发现:在水泥品种和水灰比均相同的条件下,当

SNF 和PC 高效减水剂掺量相同时,水泥粒子对PC 的吸附量以及掺PC 水泥浆的流动性都大大高于掺SNF 系统的对应值. 但掺PC 系统的ξ电位绝对值却比掺SNF 系统的低得多,这与静电斥力理论是矛盾的. 这也证明PC 发挥分散作用的主导因素并不是静电斥力,而是由减水剂本身大分子链及其支链所引起的空间位阻效应. Uchikawa[25 ]的研究结果也表明,静电斥力理论适用于解释分子中含有—SO3- 基团的高效减水剂,如萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂等,而空间位阻效应则

适用于聚羧酸盐系高效减水剂.Christopher 等人[26 ]指出,具有大分子吸附层的球形粒子在相互靠近时,颗粒之间的范德华力是决定体系位能的主要因素. 当水泥颗粒表面吸附层的厚度增加时,有利于水泥颗粒的分散. 聚羧酸盐系减水剂分子中含有较多较长的支链,当它们吸附在水泥颗粒表层后,可以在水泥表面上形成较厚的立体包层,从而使水泥达到较好的分散效果.

6、混凝土减水剂的若干物化特性及其作用

各种不同类型的减水剂, 由于其各种物化特性的不同,因此在水泥浆中将起到各种不同的作用,表现出不同的分散效果及对水泥浆的流动性及其经时变化性起不同的影响。本文通过试验测定了目前国内常用的几种减水剂及笔者在试验室合成的几种反应高分子型减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量、ζ电位等物化特性指标值, 进而对比及分析了其在水泥浆体中可能起到的不同的作用。

6．1表面张力的测定及分析

表面张力的测定方法很多, 常用的方法有毛细上升法、最大泡压法、滴重法、DuNouy吊环法、吊板法、静态法(包括悬滴法和躺滴法) 及动态法。

不同种类的几种减水剂溶液表面张力测定的结果列于表1。其中后三种产品为笔者在试验室合成的反应性高分子减水剂, 分别为马来酸酐- 甲基丙烯酸-苯乙烯磺酸钠共聚物、马来酸酐- 丙烯酸酰胺- 烯丙基磺酸钠共聚物、马来酸酐- 丙烯酰胺共聚物。由表1可以看出,木钙、木钠能显著降低水的表面张力,但萘系、马- 甲- 苯和马- 丙- 烯等减水剂几乎不降低水的表面张力。减水剂的表面张力与其引气性存在一元关系[3 ] ; 即起泡力小的减水剂几乎不降低水的表面张力。木钙和木钠在气- 液界面取向的能力强,具有一定的引气性,因此能显著降低水的表面张力,但在固- 液界面的取向能力较小, 不利于吸附在固体粒子表面

[4 ] , 因此, 分散性能不好; 笔者合成的某些减水剂也能降低水的表面张力, 但不象木钙和木钠降低的那么厉害, 其在气- 液界面的取向能力和在固- 液界面的取向能力差不多, 所以在固体粒子表面的吸附能力比木钙和木钠强, 故分散能力也比木钙和木钠要强;萘系、三聚氰胺、马- 甲- 苯、马- 丙- 烯等几乎不降低水的表面张力, 他们在气- 液界面的取向能力很小, 起泡作用很小, 对混凝土没有引气作用, 但他们具有强的固- 液界面取向能力,在水泥分散体系中,他们能吸附在水泥粒子表面上, 并形成带负电的强电场,使水泥絮凝体产生分散, 因此水泥浆体的流动性大大提高。

6．2活性物含量的测定及分析

称取待测试样约0.3g , 精确至0.0002g , 加少量蒸馏水微热使之溶解, 并稀释至500mL, 摇匀。准确吸取试样溶液25mL于250mL容量瓶中, 加次甲基蓝指示液 25mL , 蒸馏水10mL , 三氯甲烷15mL , 边摇边用C(C21H38 NBr) = 0.003mol/L新洁而美标准滴定溶液滴定, 近终点时, 剧烈振摇, 静置分层, 观察蓝色渐渐转移至上层水中,继续滴定至上下层颜色一致为终点。活性物含量( %) 按下式计算:

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

式中: C —新洁而美标准滴定溶液的浓度,mol/ L;

V —新洁而美标准滴定溶液的用量,mL;

M —样品的重复结构单元的相对分子质量;

m —样品的质量,g。

对于笔者合成的减水剂, 采用酯化- 水解法[5 ]测定其中的酸酐含量,然后换算为活性物含量。各种外加剂活性物含量的测定结果见表2。

从表2可以看出, 木钙的活性物含量很低, 笔者合成的减水剂其活性物含量已接近

50 % , 萘系的活性物含量最高。通过和净浆流动度的测定值进行比较可以看出, 活性物含量越高, 减水剂的分散性能越好,具有更大的初始净浆流动度。这是由于按照主导官能团理

[6 ] 论, 含有SO 3 H官能团的外加剂具有明显的高减水率; 含酸酐官能团的则具有缓凝保坍性能。这也和我们测得的水泥的净浆流动度的经时性能相符合。

6.3 吸附量的测定及分析

准确称取一定量的水泥试样于烧杯中, 加入一定浓度的减水剂溶液, 液固重量比为4 , 搅拌3min后, 静置一定时间,使其达到吸附平衡。上层清液,用TGL - 16C台式离心机(转速为4000r/ min) 分离10min ,稀释分离出的液相使之符合比尔定律的浓度范围。采用UV紫外分光光度计测定其浓度。根据吸附前后浓度差计算减水剂在固体表面的吸附量。各种减水剂的吸附量试验结果如图1所示。

图1表明, 木钙的吸附等温线近似为“ S ”型, 由此可以推测, 木钙分子在固液界而上的吸附形态很可能是分子平躺状态。这是由于木钙分子的亲水性较强, 同时带有相同的阴离子电荷, 同性电荷间的排斥力较强, 使分子在界面上的距离增大, 吸附层疏松,因此, 饱和吸附量也小, 分散性能也较差; 马- 丙和马- 甲- 苯等在水泥粒子表面则可能形成环线状的吸附形态(图2) , 因此其饱和吸附量不大, 但由于起立体效果比较显著, 因此分散性能较好, 且经时性能也很好;萘系和三聚氰胺减水剂具有高分子表面活性剂的性质, 其在水泥表面上吸附时是平躺在表面上的(图3) ,多电荷大分子阴离子吸附在水泥粒子表面形成强的电场,使固体粒子得到分散, 因此, 其分散能力较强, 但其不大可能延缓对水泥初期的水化, 水泥粒子容易产生物理凝聚, 坍落度经时损失快。这与实测的结果相吻合

6．4ζ电位的测定[11～12 ]及分析

先在烧杯中加入1g水泥, 然后加入400ml含高效减水剂的溶液, 即水灰比W/ C = 400 , 人工搅拌5min ,将悬浮液注入电泳槽内, 开始进行测定第一次动电电位(ζ电位) ,以后每隔15min测定一次。测试时选择适当的水泥胶粒, 加正反电压各一次, 记录经过定距的时间, 共选20个水泥颗粒为一组, 取平均值求出电泳速度,记录气温并计算ζ电位。

7、高效减水剂的发展趋势

从国内外大量有关高效减水剂的文献资料中可以发现,无论是在科研投入、研究水平还是在市场开发方面,我国都远远落后于国际同行. 发达国家,特别是

日本在新型聚羧酸盐系高效减水剂的研制方面已经比较成熟,形成了相当的规模. 我国在聚羧酸盐系高效减水剂的研究方面还处于探索和模仿的阶段,大部分科研单位还停留在实验室简单的合成阶段,几乎没有机理方面的研究,总体技术较为落后. 聚羧酸盐系减水剂之所以代表未来减水剂的发展趋势,是由于该类减水剂的综合性能远远优于其它类型减水剂. 对于聚羧酸盐系减水剂,可以利用分子设计,通过引入适宜的官能团,如羧基( —COOH) 、磺酸基( —SO3H) 以及聚氧烷基

烯类基团等来提高水泥的分散性和流动性. 因此,为了加快我国减水剂产业的发展,使高效减水剂研究水平达到世界领先,就必须积极吸取国际先进技术与经验,

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

加强聚羧酸盐系减水剂的基础研究,同时结合我国的特点,开发出性能优异的新型高效聚羧酸盐系减水剂.

从目前的情况来看,可以预测未来几年对高效减水剂的研究将主要集中在以下几个方面: (1)对现有的减水剂的性能进行改进,优化工艺过程,降低生产和施工成本; (2) 利用聚合物分子设计,解决聚羧酸盐系高效减水剂中梳形聚合物主链链长和官能团、支链链长以及链上的封端基团对减水、引气、缓凝作用的影响问题; (3) 研制复合型高效减水剂,充分发挥不同类型减水剂的优点,优化混凝土的各项性能; (4) 进一步加强高效减水剂作用机理的研究,从根本上解决高效减水剂分子结构与其性能关系的问题,为开发新型减水剂打下理论基础; (5) 继续探索具有多功能性的新一代减水剂.

总之,聚羧酸类高效减水剂以其优异的性能,将继续为国内外减水剂科研单位所关注,可以肯定,它必将具有广阔的发展潜力及市场前景.

参考文献:

[ 1 ] Pierre2claude. Developments in the application of

high2performance concretes[J ] . Construction and Building

Material ,1995 ,9 (1) :13217.

[ 2 ] 李永德,陈荣军,李崇智. 高性能减水剂的研究现状与发展方向[J ] . 混

凝土,2002 , (9) :10214.

[ 3 ] 黄知清,王晓峰,覃 勇. 混凝土减水剂的研究进展及其发展趋势[J ] .

广西化纤通讯,2001 ,19 (2) :32237.

[4 ] [法] 赞恩(Zana , Raoul) 主编1 表面活性剂溶液研究新方法1 石油

工业出版社,1992

[ 5] 陈文豹, 田培, 李功洲等1 混凝土外加剂及其在工程中的应用 北京:

煤炭工业出版社,1998

[ 6 ] 李崇智,冯乃谦,李永德,等. 高性能减水剂的研究现状与展望[J ] . 混

凝土与水泥制品,2001 , (2) :326.

[ 7 ] 陈建奎. 混凝土外加剂的原理与应用[M] . 北京:中国计划出版

社,1997.

[ 8 ] 李 方,付勇坚,刘小平,等. 高聚合度萘系减水剂的合成新工艺[J ] .

新型建筑材料,2001 , (10) :18 ,19.

[ 9 ] 冯乃谦. 氨基磺酸系高效减水剂的研制及其混凝土的特性[J ] . 混凝

土与水泥制品,2000 , (2) :529.

[ 10] 黄大能编著1 混凝土外加剂应用指南1 北京: 中国建筑工业出版社,1989

[ 11 ] Collepardi M. Admixture used to enhance placing characteristics

of concrete[J ] . Cement and Concrete Composites ,1998 ,20

(2 ,3) :1032112.

[ 12 ] Shunsuke H , Kazuo Y. Interaction between cement and chemical

admixture from the point of cement hydration , absorption

behaviour of admixture , and paste rheology[J ] . Cement and

Concrete Research ,1999 ,29 (8) :115921165.

水剂是混凝土最常用的外加剂之一,其主要类型有:木质素磺酸盐类、三聚氰胺类、萘磺酸甲醛缩合物类、聚羧酸盐类和聚苯乙烯类。对各种不同种类减水剂的表面张力、活性物含量、吸附量和ζ电位等物化特性进行了测定,比较及分析了各种物化特性的作用机理。

[ 13 ] 冉千平,游有鲲,周伟玲. 聚羧酸类高效减水剂现状及研究方向[J ] .

新型建筑材料,2001 , (12) :25227.

[ 14 ] 李崇智,李永德,冯乃谦. 21 世纪的高性能减水剂[J ] . 混凝土,2001 ,

(5) :326.

[ 15 ] 李崇智,李永德,冯乃谦. 聚羧酸盐系高性能减水剂的研制及其性能

[J ] . 混凝土与水泥制品,2002 , (2) :326.

[ 16 ] 熊大玉,王小虹. 混凝土外加剂的原理与应用[M] . 北京:化学工业出版社,2002.

[ 17 ] Carmel J , Marc A S. Chemical admixture2cement interactions

phenomenology and physico2chemical concepts [ J ] . Cement and

Concrete Composites , 1998 ,20 (2 ,3) :872102.

[ 18 ] 覃维祖. 高效减水剂的作用与发展[J ] . 混凝土,1994 , (5) :5211.

[ 19 ] 郭雅妮,丁庆军,胡曙光. 高效减水剂的研究现状及发展趋势[J ] . 云

南建材,2000 , (4) :8210.

[ 20 ] 隋同波,王 晶. 混凝土高效减水剂作用机理新进展[J ] . 中国建材

科技,1998 , (4) :10213.

[ 21 ] 宋世谟,王正烈,李文斌. 物理化学(下) [M] . 北京:高等教育出版社,1993. 4212424.

[ 22 ] Yoshioka K, Sakai E , Daimon M. Role of steric hindrance on the

performance of superplasticizers for concrete[J ] . J Am

CeramSoc ,1997 ,80 (10) :266722671.

[ 23 ] Christopher M , Neubauer , Yang M , et al. Interparticle potential

and sedimentation behavior of cement suspensions : Effects of ad2

mixtures[J ] . Advn Cem Bas Mat ,1998 ,8 (1) :17227.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/l7nm.html