混凝土外加剂的化学成分有无机化合物和有机化合物两种。
图3.14 表面活性剂分子的吸附定向排列
有机化合物多为各种表面活性剂。表面活性剂是指将其配成溶液后能吸附在液—气与液—固界面上,并显著降低其界面张力的物质。表面活性剂分子由亲水基和憎水基两种基团所构成。亲水基团是以羟基、羧酸盐基、磺酸盐基及胺基等为代表的原子团,它是易溶于水的极性基团。憎水基团是以脂肪烃、芳香烃等为代表的原子团,它是一些难溶于水的非极性基团。当表面活性剂分子中亲水基团的亲水性较强而憎水基团的憎水性较弱时,表面活性剂呈现亲水性;反之,则呈憎水性。
表面活性剂的亲水基团对水等极性分子具有较强的亲和力,憎水基团对空气、油等非极性分子具有较强的亲和力。在不同类型的界面上,表面活性剂分子会形成不同类型的吸附层,见图3.14。
表面活性剂的分类方法很多,通常按离子类型分类。凡表面活性剂溶于水时,能电离生成离子的,称为离子型表面活性剂;不能电离者,称为非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂又分为阴离子型、阳离子型及两性离子型三种。
1)阴离子型表面活性剂。当溶于水时,电离出正离子,其亲水基团带负电荷,如以磺酸盐、羧酸盐等为亲水基团的表面活性剂,它们是水泥混凝土中最常用的一类。
2)阳离子型表面活性剂。当溶于水时,电离出负离子,其亲水基团带正电荷。(www.xing528.com)
3)两性离子型表面活性剂。当溶于水时,其亲水基团既能带正电荷,又能带负电荷。
高分子表面活性剂是可溶性的离子型或非离子型高分子聚合物,其分子结构也有亲水部分和憎水部分。离子型高分子表面活性剂分子中有长链的憎水基主链,并在一定范围内排列着可电离的亲水基团,或具有亲水性的侧链。例如,阴离子型高分子表面活性剂有以磺酸盐基为亲水基团的线型 (或短支链)聚合物,如磺化聚苯乙烯、β—萘磺酸盐甲醛缩聚物、磺化三聚氰胺甲醛树脂等;有以羧酸(盐)基为亲水基的接枝型聚合物,如羧酸盐接枝共聚物减水剂(也称多羧酸系减水剂);有以羧基—磺酸基等多亲水基团的氨基磺酸盐减水剂等。
水泥混凝土中掺入表面活性剂后,水泥的水化反应没有改变,也没有发现新的水化产物。表面活性剂主要起物理化学作用,改变了水泥浆体的物理化学性质。不同的表面活性剂在水泥混凝土中的作用也不相同,如:对水泥颗粒可以起分散作用,对水泥浆溶胶可以起稳定作用,对混凝土起引气作用,可以起调节水泥凝结硬化的调凝作用以及增大水泥浆黏度的保水作用等。因此,合理使用外加剂可使混凝土按需要改变其性质。
无机化合物包括金属单质、氧化物及无机盐类等。
金属铝粉是典型的金属单质外加剂,铝粉在碱性介质中能与OH-发生化学反应而放出氢气:
金属铝粉是生产加气轻质混凝土常用的外加剂之一,其用量一般为水泥质量的0.01%~0.10%。其他金属单质如镁粉和锌粉均可用于产生气泡,但应用不及铝粉普遍。
氧化物和无机盐类有氯化钙、氯化钠、硫酸钠等,它们是早强剂的主要成分;铝酸钠、硅酸钠、碳酸钠等常用于制成速凝剂;氧化锌、硼砂、氟硅酸钠等有程度不同的缓凝作用。这些氧化物和无机盐之所以有不同的效能,主要是由于它们与水泥中的某种矿物成分或水化产物产生化学反应,生成了加速凝结硬化或阻碍水泥水化的新产物,从而加速或延缓了水泥的水化过程,发挥其功能。
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