减水剂在混凝土中的作用机理
发布时间：
2022-07-13 23:47
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减水剂在混凝土中的作用机理
在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水的外加剂，按其减水率的大小可分为普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂。具体作用机理如下：
1 分散作用
水泥加水拌合后，由于水泥颗粒的水化作用，水泥颗粒表明形成双电层结构，使之形成溶剂化水膜，且水泥颗粒表面带有异性电荷使水泥颗粒间产生缔合作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%～30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。
当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。
2 润滑作用
减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。
3 空间位阻作用
减水剂结构中具有亲水性的支链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。
4 接枝共聚支链的缓释作用
新型的减水剂如聚羧酸减水剂在制备的过程中，在减水剂的分子上接枝上一些支链，该支链不仅可提供空间位阻效应，而且，在水泥水化的高碱度环境中，该支链还可慢慢被切断，从而释放出具有分散作用的多羧酸，这样就可提高水泥粒子的分散效果，并控制坍落度损失。
减水剂主要作用：
（1）增大流动性。在用水量及水灰比不变时，混凝土坍落度可增大100~200mm，且不影响混凝土的强度。
（2）提高混凝土的强度。在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌和用水量10%~40%，从而降低水灰比，使混凝土强度提高。
（3）节约水泥。在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以减少拌和水量的同时，减少水泥用量。
（4）改善混凝土的耐久性。
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、分散作用与湿润、润滑作用所致。
水泥在加水拌和过程中，由于水泥矿物中含有带不同电荷的组分，而正负电荷的互相吸引将导致混凝土产生絮凝结构，絮凝结构也有可能由于水泥颗粒在溶液中的热运动使其在某些棱角处相互碰撞、相互吸引而形成。
由于絮凝结构包裹了一部分拌和水，降低了流动性，减水剂的作用表现在以下三个方面。
（1）减水剂为表面活性物质，其分子由亲水基团和憎水基团两个部分组成。其憎水基团定向吸附与水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同电荷，斥力作用使水泥颗粒分开，放出絮凝结构游离子，增加流动性。
（2）亲水基吸附大量极性水分子，增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度，起润滑作用，改善工作性。
（3）减水剂降低表面张力，水泥颗粒更易湿润，使水化比较充分，从而提高混凝土的强度。
现在，大家普遍接受了减水剂作用机理的理论有三种：静电斥力理论、空间位阻效应理论、反应性高分子缓慢释放理论。
作用原理
静电斥力理论
减水剂多为阴离子表面活性剂，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SO3-、COO-就会吸附于水泥粒子上，形成吸附双电层，相互接近的水泥粒子会同时受到粒子间的静电斥力和范得华引力的作用。
随着电位绝对值的增大，粒子间逐渐以斥力为主，从而防止了粒子间的凝聚，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。随着水化的进行，吸附在水泥粒子表面的减水剂量减少，电位绝对值随之降低，体系不稳定，从而发生了凝聚。这一理论主要适用于萘系、三聚氰胺系及改性木钙系等常用的高效减水剂。
空间位阻效应理论
这一理论主要适用于聚羧酸系减水剂。当水泥颗粒表面的吸附层厚度增加时，有利于水泥颗粒发分散，释放水泥颗粒之间的自由水。聚羧酸系减水剂的聚合物分子中梳形侧链-（CH2-CH2-O）n-的大量存在，使得分子结构呈梳型，在水泥颗粒的表面吸附形成较大的吸附层，其减水作用主要由大分子链及其支链所引起的空间位阻效应。其含有的较多较长的支链吸附在水泥颗粒表层后，可以在水泥粒子表面上形成较厚的立体包层，从而使水泥达到较好、较持久的分散效果。
反应性高分子缓慢释放理论
这一理论与空间位阻效应理论类似，主要用于聚羧酸系高性能减水剂减水与保坍的研究。聚羧酸系减水剂的聚合分子中含有酯或酸酐时，它是一种非水溶性的反应性高分子微细粒子，在混凝土的碱性环境中，发生水解反应，生成的羧基被水泥颗粒吸附带上负电，使得水泥颗粒之间的静电斥力起到二次补充作用，再次增加水泥颗粒分散程度，延缓水泥凝结，起到防止混凝土坍落度损失。
减水剂作用,水化作用
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