【摘要】探讨了聚羧酸系与萘系两种表面活性剂对水泥净浆和混凝土性能不同的减水作用效果，通过XRD、TG-DSC、(Zeta)ζ-电位分析，研究了聚羧酸、萘系表面活性剂对水泥水化的影响规律及其作用机理。结果表明：与萘系减水剂相比，聚羧酸减水剂依靠静电斥力和空间位阻作用，对水泥颗粒有更好的分散性能和分散保持性，能有效抑制水泥的早期水化和水化产物最初相的析出、减少水化产物CH晶体的生成，而不影响后期混凝土结构的发展。
【关键词】聚羧酸减水剂；萘系减水剂；水泥混凝土性能；作用机理
1表面活性剂在水泥混凝土中的应用及研究现状
1.1 表面活性剂的性质
在研究外加剂对混凝土作用时，外加剂本身不与水泥起化学反应生成新的水化产物，而只是起表面物理化学作用。在混凝土外加剂中，大多数都是表面活性剂。因此研究外加剂的性质时，表面活性剂占有很重要位置。研究混凝土外加剂，首先应对表面活性剂的性质及其在混凝土中的作用有所了解。
表面活性物质是一种可溶于液相中并且吸附在相界面上使界面能显著降低的物质。通常分阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂主要是羧酸酯、硫酸酯及烷基芳香族磺酸盐、木质素磺酸盐等；硅酸盐水泥混凝土所使用的减水剂主要是阴离子表面活性剂。阳离子表面活性剂绝大部分是含氮化合物、有机胺衍生物；这种表面活性剂常作为浮选剂、乳化剂及颜料分散剂。两性表面活性剂的酸性基主要有羧酸盐型和磺酸盐型两种，碱性基主要是氨基或季铵；它易溶于水，在较浓的酸、碱液中，甚至在无机盐溶液中也能溶解，但不能溶于有机溶剂。非离子表面活性剂亲水基主要是由具有一定数量的含氧集团(一般为醚基和羟基)构成，在溶液中不电离，因而不容易受强电解质、无机盐类存在的影响，也不受酸碱的影响，在溶液中稳定性高，与其它类型的表面活性剂相容性好，在水及有机溶剂中都有好的溶解性。表面活性剂的性质因其分子结构和所处环境的不同，表现出不同作用，通常性质有：表面吸附，降低表面能和表面张力；在固－液界面的正吸附，产生分散作用；利用表面活性剂在固体表面的吸附，改变固体的湿润性；由于表面活性剂吸附在固体表面层，形成带电水化膜，从而起到润滑作用和电保护作用；表面活性剂在气液界面的吸附而起到起泡和保泡作用。
1.2 表面活性剂在硅酸盐水泥混凝土中的应用及研究现状
化学外加剂在现代硅酸盐水泥混凝土材料和技术中起着重要的作用，是混凝土必不可少的第五组分。化学外加剂在我国大规模研制、开发和使用是从解放后开始的，已有四十多年的历史，从最初为节约水泥使用木质磺酸钙普通减水剂，到今天为改善混凝土性能而使用复合型减水剂，外加剂品种由几种发展到十四大类几百个品种。其中，减水剂和缓凝剂是用得最多最普遍的外加剂。
减水剂是目前应用最广、使用量最大的一种化学外加剂，混凝土达到高性能化的最重要的一条技术途径就是使用优质的高效减水剂。从减水剂性能的变化方面来看，可以简单地分为三个阶段：20世纪30年代初到60年代，以松香酸钠、木质素磺酸钠等为主的普通减水剂得到了广泛应用和较快发展；从 60 年代到70年代末80年代初，萘系、三聚氢胺系产品作为高效减水剂、流化剂在许多国家得到广泛应用和较大发展；90 年代初至今，伴随着高性能混凝土概念的提出，以聚羧酸系为主要代表的高性能减水剂得到迅速发展。目前，各国对聚羧酸系高性能减水剂的研究与应用较多，但得到成功推广的国家主要是日本。目前，我国对聚羧酸系减水剂的研究尚处于起步阶段。
传统的木质磺酸盐减水剂减水率较低，而萘系减水剂在近十年的发展中也暴露了一些自身难以克服的问题，虽然能使新拌砂浆和混凝土具有较好的工作性，但不可能有更高的减水率，并且坍落度经时损失较大，为了减少混凝土的坍落度损失，目前主要是通过复配缓凝剂，改变减水剂添加方法(后掺法、多次掺法以及缓释法、载体吸附和表面改性)来实现。近十年来，聚羧酸系高效减水剂在混凝土工业中被广泛接受，并受到国内外混凝土外加剂研究者以及使用者的日益关注。究其原因，与传统的高效减水剂相比，它们能在低掺量下赋予混凝土高分散性(流动性)及高分散体系稳定性(防止坍落度损失)。聚羧酸减水剂已成为世界性的研究重点。
在我国聚羧酸减水剂应用也近20多年时间，但由于此类减水剂与萘系减水剂有本质上不同，其应用方面的研究上不多，严重制约了该类减水剂的推广应用，目前我国聚羧酸减水剂的市场占有率不到5％。相反，由于萘系减水剂其合成工艺成熟，价格较低，目前在市场有很强的竞争力。本文通过水泥混凝土性能对比试验，结合XRD、TG-DSC、(电位分析，对聚羧酸、萘系减水剂对水泥水化的影响规律及其作用机理进行了研究。
为聚羧酸减水剂的推广提供了一定的理论依据。
2 试验原材料和测试仪器与方法
2.1 实验主要原材料
a)减水剂：FDN-II萘系减水剂；HY-PC聚羧酸减水剂。
b)水泥：鲁碧32.5级P.S、42.5级P.O、52.5级P.O；
连云42.5级P.O。
2.2水泥及混凝土试验
按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB／T8077—2000)进行水泥净浆和混凝土试验。
2.3微观测试仪器及方法
2.3.1 ζ-电位的测定
采用DBL-B型表面电位粒径仪，根据界面迁移法测定水泥颗粒表面的ζ-电位。
E：两极间的电位，V。
2.3.2 X射线衍射分析(XRD)
采用D／MAX-Ⅲ型X-ray衍射仪进行测试。
2.3.3 DSC-TG
采用NETZSCH STA 449C综合热分析仪进行测试。
3结果与讨论
3.1水泥及混凝土性能试验
3.1.1水泥净浆流动度试验
表1 FDN一Ⅱ、HY—PC减水剂对不同
水泥的净浆流动度试验
水泥
减水剂
掺量
(固含量)
净浆流
动度／mm
1h净浆流
动度／mm
鲁碧52.5 P.O
FDN-Ⅱ
0.70%
230
180
HY-PC
0.25%
270
240
鲁碧42.5 P.O
FDN-Ⅱ
0.55%
240
140
HY-PC
0.15%
240
210
连云42.5 P.O
FDN-Ⅱ
0.6%
230
180
HY-PC
0.20%
250
230
鲁碧32.5 P.S
FDN-Ⅱ
0.5%
245
200
HY-PC
0.12%
240
240
从表1中可以看出，聚羧酸减水剂对不同品种水泥和不同强度等级的水泥有良好的适应性，且较低的掺量下表现出较好的分散性和分散保持性；而萘系减水剂掺量较高，同时流动度经时损失较大。从现有减水剂理论分析，萘系减水剂吸附在水泥颗粒表面，依靠阴离子的静电斥力将水泥颗粒分开；而聚羧酸系减水剂吸附在水泥颗粒表面，一方面是静电斥力的作用，另一方面由于长侧链的存在起到空间位阻作用，增强分散能力和分散保持能力。因此，聚羧酸系混凝土减水剂表现出更好的分散性和分散保持性。
4 结 论
(1)与萘系减水剂相比，聚羧酸减水剂能有效抑制早期水泥C3A、C3S的水化，但能充分发挥水泥的后期水化，有利于混凝土后期强度的发展。
(2)与萘系减水剂相比，聚羧酸减水剂依靠静电斥力和空间位阻作用，对水泥颗粒有更好的分散性能和分散保持性。
(3)聚羧酸系减水剂能抑制矿物最初相的析出、减少ld水化产物CH、AFt晶体生成量，而不影响后期结构的发展。
参考文献
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