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聚羧酸系减水剂的作用机理是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-05-25

一、空间位阻作用

聚羧酸减水剂吸附在水泥颗粒表面,在水泥颗粒表面形成一层具有一定厚度的聚合物加强水化膜。水化膜层的强度取决于聚合物的亲水能力和亲水侧链的长度、亲水基团的浓度。当水泥颗粒靠近,吸附层开始重叠,即在颗粒之间产生斥力作用,重叠越多,斥力越大。这种由于聚合物吸附层靠近重叠而产生的阻止水泥颗粒接近的机械分离作用力,称为空间位阻斥力。具有枝链的共聚物高性能减水剂(如交叉链聚丙烯酸、羧基丙烯酸与丙烯酸酯共聚物、含接枝聚环氧乙烷的聚丙烯酸共聚物等)吸附在水泥颗粒表面,其主链与水泥颗粒表面相连,枝链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层,从而具有较大的空间使阻斥力作用减弱。所以,在掺量较小的情况下,便对水泥颗粒具有显著的分散作用。同时,聚合物亲水性长侧链在水泥矿物水化产物中仍然可以伸展开,这样聚羧酸减水剂受到水泥的水化反应影响就小,可以长时间地保持其分散效果,使坍落度损失减小。因此聚羧酸减水剂能保持水泥浆流动度不损失的原因主要与水泥粒子表面减水剂高分子吸附层的立体排斥力有关,是立体排斥力保持了其分散系统的稳定性。

二、静电斥力作用

减水剂掺入新拌混凝土中后,减水剂分子定向吸附在水泥颗粒表面,部分极性基团指向液相,由于亲水极性其团的电离作用,使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷,并且电荷量随减水剂浓度增大而增大直至饱和,从而使水泥颗粒之间产生静电斥力,使水泥颗粒絮凝结构解体,颗粒相互分散,释放出包裹于絮团中的自由水,从而有效地增大拌合物的流动性。磺酸根(—SO)静电斥力作有较强;羧酸根离子(—COO)静电斥力作用次之;羟基(—OH)和醚基(—O—)静电斥力作用最小。

三、吸附层作用

水泥颗粒表面吸附聚羧酸减水剂分子后,由于其分支构象不同于萘系高效减水剂,在颗粒表面形成一层较厚的外加剂吸附层。吸附高性能减水剂分子后水泥颗粒表面电位绝对值增大,增加静电排斥力,同时高分子吸附层本身也增加了水泥颗粒的静电分散能力,高分子聚合物的吸附层实际上将扩散层的滑移面向外推移,使反号离子与颗粒表面距离增大,因此颗粒相互靠近使双电层的交叠范围增大,颗粒的静电排斥力增强。

另外R—COO—与Ca2+作用形成络合物,降低溶液中的Ca2+浓度,延缓Ca(OH)形成结晶,减少C—S—H凝胶的形成,延缓了水泥水化;减水剂对水泥粒子产生齿形吸附,以及分子中的醚键,能形成较厚的亲水性立体保护膜,提供了水泥粒子的分散稳定性,但这些机理还有待于进一步研究和验证。

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