| 氨基磺酸盐高效减水剂改性水泥混凝土的作用机理研究 | ||
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摘要：通过动电位、吸附、TGA、SEM实验对淮南合成材料厂生产的氨基磺酸盐高效减水剂AF改性水泥 2.1主要仪器及原料主要仪器：800型离心沉淀机常州市国华仪器厂。(2)FA1104N自动电子称量天平，上海精密科学仪器有限公司.(3)722N(721B)型可见分光光度计。本实验所用主要原料有： (1)萘系高效减水剂(NF)，淮南合成材料厂生产。 (2)氨基磺酸盐高效减水剂(AF)，淮南合成材料厂生产。 (3)PO32.5级复合水泥，淮南特种水泥厂生产。2.2实验步骤吸附量的测定经过以下步骤：空白样的配制：用电子天平称量所需高效减水剂，将高效减水剂的空白样稀释到一定浓度。波长的选择：任取一个AF溶液，通过722N型可见分光光度计的测量确定其最大吸收波长。吸收光谱图见图2。由图2可知，AF的吸收峰是260nm，NF的吸收峰是500nm。(3)绘制标准曲线%在最大波长处用空白样绘制标准曲线，并求出k值。见图3，可以知道AF的K=30，NF的K=400。吸附量的测定：配出一定浓度梯度高效减水剂溶液，各向其中加入一定量的水泥，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，取上层清液，用800型离心沉淀机分离10min。再取上层清液稀释100倍。在最大波长处测定其吸光度，根据比尔定律求出水泥样的浓度，再根据它与相应空白样的浓度差求出吸附量。2．3实验结果和讨论计算出的各自吸附量见表2、图4。从图4可以看出，NF和AF的吸附量都随减水剂的浓度增大而明显增加。合成的氨基磺酸系高效减水剂与萘系高效减水剂基本符合Langmuir等温吸附方程。萘系高效减水剂饱和吸附量比氨基磺酸系高效减水剂大。通常来说，根据减水剂作用机理的“吸附-电位-分散”理论，饱和吸附量越大，水泥颗粒吸附的减水剂负电基团数越多，电位的绝对值越大，水泥间的斥力增大，减水剂的分散效果越好。而实验结果表明，AF在水泥颗粒的吸附量较NF的小，电位又比NF大，而对水泥分散效果却又远优于NF，显然，单纯的“吸附-电位-分散”理论是难以解释的。2AF对水泥胶体的分散作用机理探讨从上面的实验结果可以得出，单纯的“吸附-电位-分散”理论和单纯的“吸附-空间效应-分散”理论都难以圆满地解释新型高效减水剂AF的分散作用机理。在悬浮体系中，电位的大小是颗粒带电程度的标志，电位越大，颗粒带电量越大，电位越小，颗粒带电量越小；在掺加AF和NF浓度相似的情况下，AF的电位比NF大，而水泥颗粒对AF的吸附量较NF的小，只有一种可能，便是在一个分子单元中AF所带的负电荷数较NF的多，AF的分子结构见图5(a)，而NF的结构见图5(b)。由图5可知，相对NF而言，AF分子结构的特点是分支较多，所带负离子基团多(-SO3-、-OH、-NH2)，极性强，因而，尽管AF的吸附量较FDN的小，电位比NF大也就不难理解了。由于都具有较高的电位，所以AF和NF对水泥都具有良好的分散作用，表明静电斥力作用在AF的分散作用中是不可忽略的一个重要因素；同时由于AF结构的分支链多，而且在水泥颗粒上吸附呈环圈及尾状吸附，因而空间位阻较大，由于空间位阻和静电斥力的共同作用，使得AF具有优良的减水分散性能。AF的多个极性基团容易以氢键形式与水分子缔合，在水泥颗粒表面形成一层厚溶剂化吸附层，具有良好的润滑作用，增加了AF的分散性。对于NF，分子结构较简单，属于少支链的线型结构。通过较多的磺酸基吸附在水泥颗粒表面，在水泥颗粒上呈一种短棒式吸附形态，吸附量较大，表现为电位大，静电斥力较大，空间位阻对排斥力贡献较小，除磺酸基外无其他极性基团，通过氢键结合的水分子少，在水泥颗粒表面形成的溶剂化水层薄，润滑作用小，对水泥颗粒的分散主要靠静电斥力。故电位和空间位阻的共同作用，在宏观上表现为AF较NF具有更加优良的减水分散作用。4氨基磺酸盐高效减水剂改性混凝土7d龄期水化产物的TGA分析 4．1试验方法及原料配合比本试验按国家标准GBT8076-1997《混凝土 5.1实验原材料及实验仪器实验原材料同热分析相同，AF掺量为0.5%。扫描电子显微镜型号：X-650，厂商：日本日立公司，空间分辨率：10nm.5.2实验结果与讨论氨基磺酸系高效减水剂对混凝土改性七天水化龄期产物的形貌见图8、图9所示。从上图可见加入AF后混凝土的7d形貌结构变的更加致密，7d混凝土基准试样水化产物，针、柱状的钙矾石发育很好但相互搭接不够紧密呈松散分布，没有和C-S-H凝胶形成密集体，有少量的孔洞，还有一定量的片状Ca(OH)2呈零星分散。加了AF混凝土试样7d水化龄期产物看到，柱状的钙矾石和C-S-H一定程度上变得紧密，和C-S-H凝胶形成簇状密集体，相互搭接后有被C-S-H凝胶包裹在里的趋势，形成了类似钢筋混凝土结构的趋势，互为连生、交叉，且孔隙变小，毛细孔径变小，凝胶与钙矾石紧密交织，孔隙比较规整，表面趋于平滑，六方柱状的水化铝酸钙及粒子聚集的云雾状C-S-H凝胶相互交织，互相搭接，出现了类似于石状纹理的结构体。因为AF分散性能好，减水率高，因而减少了因水分蒸发面留下的气隙，水化产物结构和水泥石结构没有发生多大差异，只是C-S-H凝胶和钙矾石生成数量更多了，氢氧化钙的数量减少些，总空隙率减少，水泥石的结构更加紧密。致使抗压强度明显高于7d混凝土基准试样。6结束语通过电位、减水剂在水泥颗粒上的吸附状况、流动度等发现：对于传统的NF等萘系高效减水剂对水泥的分散作用机理是由于减水剂在水泥颗粒的吸附，吸附量的大小决定胶粒的双电层结构的电位，电位在决定水泥颗粒的静电斥力来影响减水剂对水泥的分散效果；而AF由于其较多的支链结构，尽管导致其在水泥颗粒表面的吸附量小，但由于空间位阻和电位的共同作用，从而表现出其对水泥颗粒具有相当良好的减水分散作用。氨基磺酸盐高效减水剂AF具有高效减水性。在混凝土中掺入AF，能使水泥混凝土粒子高度分散，大幅度减少拌和用水量；同时，使混凝土流化，水分得以充分利用，进行水化反应。 氨基磺酸盐高效减水剂AF早期强度高。由于AF的高效减水性，使得水化过程中失水也较少，产生的气孔也就少，其密实性得以提高，强度自然得以增大。 由于AF具有使水泥颗粒高度分散性能，促进水化作用，导致混凝土试样用水量少，水化更快，水化产物更多，提高了早期强度。此点与水泥砂浆，混凝土的强度测定结果相符。氨基磺酸盐高效减水剂的缓凝作用，及其高度分散性能，改变了水泥颗粒表面的表面性质，使得水泥悬浮体的稳定程度得以提高并抑制了水泥颗粒的早期凝聚，延缓了水泥混凝土的水化和结构的形成。因而在一定程度上又抑制了早期强度。通过对混凝土试块进行热分析和扫描电镜分析，发现AF的增强机理是由于AF良好的分散作用和高减水作用，从而有利于水泥颗粒的充分水化，结构更为密实，提高了水泥的强度。同时有利于水化过程中的硅酸钙水化物转化为长纤维状晶体，使混凝土的强度提高。
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