1。2 课题的研究背景

(d) 第四代超塑化剂

混凝土是人们在日常生活中经常使用的一种建筑类工程原料。我国每年混凝土的产 量大约有几十亿吨，在公路、房屋、铁路、桥梁等建造工程中，都离不开混凝土。混凝 土主要由水泥作为凝胶材料，添加沙、石和水按照一定的比例搅拌而制备成的。

21 世纪以来，我国现代经济飞速的发展，都市化、城市现代化的速度越来越快，随

着国内外各种各样工程的规模逐渐变大，我们对混凝土的耐久性、施工性能以及经济性， 提出了越来越高的要求，传统的混凝土正在一步步被高性能、绿色环保的新型混凝土所 代替[8-9]。

在新型混凝土中，除了水泥、沙、石、水以外，混凝土外加剂已经成为必不可少的 一部分。而在混凝土外加剂中减水剂又是至关重要的一部分。在配置高效绿色混凝土的 时候，我们通常选用超塑化剂，因为该外加剂不仅可以有效防止混凝土塌落度的损耗而 且不会引起明显的缓聚，在低掺量下就能够发挥出较高的塑化效果，流动保持性好，对 混凝土增强效果十分显著，能够降低混凝土的收缩，并且有有害物质含量低等技术性能 特点，赋予了混凝土出色的施工和易性、良好的强度和优良的耐久性等优点。因此，超 塑化剂正在逐步成为配置高性能混凝土的首选外加剂[10]。国外从 20 世纪 80 年代中期就 开始开发聚羧酸系的高分子减水剂，20 世纪 90 年代中期已经正式投入工业化生产和应 用。而我国超塑化剂的研究开始于 20 世纪 90 年代中后期，从 2000 年开始到现在，我 国超塑化剂的使用量正在逐渐的增大，目前已经成为使用量最大的国家[11]。这就表明， 需要我们加大对减水剂的研究，创新出更多的新产品，给我国带来更大的经济效益。 1。3 超塑化剂的作用机理

水泥的主要成分是硅酸盐类化合物，所以具有很强的亲水性，而且水泥颗粒的尺寸 很小，大概在 7μm-80μm 之间。在水泥水化的时候，水泥颗粒会具有很大的比表面能， 因此水泥颗粒会自发地凝聚成团来降低这种比表面能，这可以降低水泥-水体系的表面 能，保持体系的热力学稳定性。但是由于很多自由水会因为水泥颗粒的聚集而被包裹起 来，从而使水泥混凝土拌合物的工作性能降低。

从本质上说，超塑化剂属于高分子表面活性剂，在水泥中加入减水剂以后可以降低 水泥颗粒的絮凝结构，降低水泥颗粒的表面自由能，把被包裹的游离水释放出来，最终 起到增加混凝土流动性的作用，作用原理如图 1-1 所示[12]。超塑化剂的作用原理大概可 以分为以下几种，弄懂以后，对于工业生产应用的指导具有很大的作用[13]。

图 1-1 超塑化剂对水泥颗粒的分散作用

1。3。1 静电斥力作用理论论文网

静电斥力作用理论上是以双电层斥力理论作为基础，从胶粒间引力势能和斥力势能 相互作用的角度来研究分析的[14-15]。我们都知道，超塑化剂是一种表面活性剂，不仅有 亲水基而且有疏水基。把超塑化剂掺入水泥-水体系以后，带负电荷侧链的减水剂会吸 附在水泥颗粒表面，形成扩散双电层分布。按照双电层斥力理论，水泥颗粒表面因为吸 附了减水剂分子而带有相同的电荷，又因为同种电荷相互排斥，所以相互聚集的水泥颗 粒会彼此分散开来，被包裹的自由水也被释放出来，从而提高了混凝土拌合物的流动性， 其作用机理如图 1-2 所示[16]。

图 1-2 减水剂静电斥力分散机理示意图

1。3。2 空间位阻效应理论

随着研究的深入，静电斥力理论已经不能完美解释所有减水剂在水泥-水体系中的 作用原理，所以 Mackor 最早提出了空间位阻效应理论[17]。他认为水泥颗粒吸附减水剂 分子以后会在表面形成一层吸附层，从而产生空间位阻效应，空间位阻效应的大小主要 取决于减水剂的结构、吸附层的厚度和吸附状态。但是当水泥颗粒慢慢接近的时候，彼 此之间会相互作用，产生空间排斥效应，使水泥颗粒无法继续接近，而且随着吸附层减 水剂分子的重叠程度的增加，斥力越来越大。人们把这种作用力称为空间位阻斥力，它