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聚羧酸减水剂对水泥水化的影响
2015-09-24 12:04:22   来源:   评论:0 点击:

聚羧酸减水剂主要通过吸附对水泥浆体的性质产生一系列重要的影响。这种影响归结起来主要包括以下几个方面:①延长水泥水化诱导前期的时间;②降低水泥浆体中溶液的表面张力和体系粘度;③在体系中引入空气形成微

聚羧酸减水剂主要通过吸附对水泥浆体的性质产生一系列重要的影响。这种影响归结起来主要包括以下几个方面:
延长水泥水化诱导前期的时间;②降低水泥浆体中溶液的表面张力和体系粘度;③在体系中引入空气形成微气泡,有利于新拌混凝土的流动;④使水泥浆体剪切屈服应力与塑性粘度的降低;⑤有效的减缓水泥矿物的水化速率和放热速率,提高混凝土的体积稳定性:⑥由于显著的减水作用从而提高混凝土的密实性,进而提高混凝土强度。另外,减水剂的存在有可能使水化产物的结晶颗粒尺寸更小,有利于混凝土强度的进一步提高。


聚羧酸减水剂主要通过在水泥颗粒表面的吸附而对水泥水化产生调控作用。另外,减水剂分子与溶液中离子的相互作用也有可能对水泥水化进程产生影响。Hekala认为,聚羧酸减水剂在C3A表面吸附形成吸附层,阻止了水泥矿物的溶出,水化早期C3A的水化速率低于空白体系。Merlini研究了聚羧酸减水剂对水泥水化的影响,结果表明,不同水化体系中钙矾石相的生长速率在很大程度上取决于外加剂,添加聚羧酸减水剂后的水泥其水化初期体系中结晶钙钒石的量远低于空白体系。说明减水剂一方面通过吸附包裹在水泥矿物的表面,从而降低了水泥水化初期的反应速率,另一方面溶液中的减水剂分子还有可能与新生态的钙钒石或溶液中的Ca2+发生作用,从而对结晶钙钒石晶体的生长产生不利影响。即减水剂分子在钙钒石的生长过程中起到模板剂的作用。有研究表明,聚羧酸减水剂除了可以通过吸附作用阻止水泥矿物的溶出外,还可以通过其羧基的配位作用影响水泥水化的进程。如Puertas通过测量水泥浆体水化热研究了聚羧酸减水剂对水泥水化的影响。结果表明,随着聚羧酸减水剂掺量的提高,水泥水化诱导期明显延长,而AFt转变为AFm的放热肩峰却变化不大。他认为,聚羧酸减水剂可以与液相中的Ca2+形成配合物从而降低Ca2+浓度,进而阻碍水化产物的成核与生长。Pourchet通过考察聚羧酸减水剂对水泥浆体电导率研究了聚羧酸减水剂对C3S水化的影响,结果表明,掺加聚羧酸减水剂后的水泥浆体在水化反应初期前两个小时内的液相电导率基本没有增加甚至有小幅降低,且减水剂主链上的羧基密度越高,浆体电导率越低。而空白体系的液相电导率在水化反应初期前两个小时却随时间的变化逐渐增加到最大值。他认为这是因为减水剂主链上的羧基官能团能与Ca2+发生配位作用有关。随着羧基密度的增大聚羧酸减水剂的配位作用增强。Heikal也认为羧基的配位作用是水泥浆体电导率降低的主要原因之一。


聚羧酸减水剂除了对水泥水化进程具有调控作用外,还会对特定水化产物的形貌产生影响。Plank在通过化学法合成水化产物时发现:Zeta电位为正的水化产物形貌明显发生变化,如高硫型硫铝酸钙从细长棒状结构变成紧密针状结构;而Zeta电位为负或者接近于0的水化产物,如钾石膏、氢氧钙石等形貌则没有明显变化。Plank解释为,一方面聚羧酸减水剂加速了水化产物晶核形成的速率;另一方面聚羧酸减水剂在特定晶面上的吸附阻碍了水化产物的正常生长,而聚羧酸减水剂对Zeta电位为负或接近于0的水化产物没有明显吸附。Eusebio也发现聚羧酸减水剂影响钙钒石晶体形貌这一现象,他认为这是由于聚羧酸减水剂主链会诱导钙钒石向不同方向生长造成的。


根据以上研究,可以对聚羧酸减水剂调控水泥水化进程的机理总结如下:聚羧酸减水剂分子吸附于水泥颗粒表面后形成吸附层,导致水泥矿物溶出速率降低,使水泥水化迅速进入水化诱导期;通过羧基的配位作用降低溶液中离子浓度和聚羧酸减水剂在水化产物上的选择性吸附,延缓水化产物的成核与生长,从而推迟水化加速期的形成。在实际应用中,不同用途的混凝土(如预制混凝土和泵送混凝土)对水泥水化特性的要求也不尽相同,而聚羧酸减水剂对水泥水化进程的调控作用也可以调整聚羧酸减水剂分子结构来控制,但这必须建立在不同结构和种类的聚羧酸减水剂分子结构中不同官能团对水泥水化的调控能力、特性与机理的更深层次研究的基础上。

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