混泥土减水剂与水泥的相互作用非常复杂,普通减水剂,次亚磷酸钠聚羧酸减水剂等的作用方式也有差异,水泥水化过程受诸多因素的影响,而这些因素又与水泥的性质和发生水化反应的环境有关,水泥不同,随时间而变的主要相的水化程度也不同,这取决于各相中化学和矿物组成不同以及水化进行的环境条件不同,化学和矿物组成与原料配制、生产工艺、颗粒级配等因素有关,水化进行的环境条件,即水化进行的内部溶液环境及外部溶液环境,不论溶液中电解质的来源如何,均能影响水泥水化,而为了改变水泥水化、硬化中的一些固有特性而引入其中的化学外加剂,因其种类不同而对水泥水化的作用也有所不同。化学外加剂能通过各种方式影响水泥水化和凝结,需要强调的是,在水化反应*初几分钟之后,外加剂-水泥的相互作用应更恰当地表示为外加剂与水泥水化产物的互相作用。
由于水泥的各种矿物相的高反应活性,外加剂能参与或干涉一些明显的化学现象。首先,在水泥颗粒表面活性*强的一些地方会发生特殊的表面反应,同时有机物分子吸附在表面上的特别之处。例如SO”离子作为一种特殊外加剂与粒子表面上暴露的铝酸盐相优先反应,带有这一离子基团的超塑化剂更易与铝酸盐相反应。由SO离子对C,A水化速率的控制作用可知,特殊的水泥-外加剂的相互作用从水化过程的较早期就能很深地影响水泥水化速率。许多有机外加剂,例如,蔗糖和羟基羧酸,可以通过联合或络合使离子基团溶液化,一方面,络合反应能使溶解过程和初始反应速率加快(如蔗糖吸附于C,A);另一方面,络合反应允许液相中离子基团的浓度较高,这延迟了不溶水化物的沉淀。然而,络合反应通常是化学计量的,因此一旦外加剂消耗后其影响就会消失。不管外加剂的吸附是以特殊的还是普通的方式发生,它都会影响水泥的水化过程,固-液界面上有机物分子的存在会出现晶体成核和长大。晶核中心所发生的吸附会阻碍晶核获得*小临界尺寸。另一方面,外加剂的吸附引起水化产物在长大过程中的互相嵌入,从而导致结构变化。
大多数加入水泥浆体的有机外加剂对水泥颗粒或水泥水化颗粒表现出亲合力,这导致了显著的吸附,带电荷的有机物分子通过静电力与颗粒表面相互作用(颗粒的表面电荷与外加剂分子的离子团)。除了水泥相和外加剂之间的化学反应,吸附的化合物将改变水泥颗粒的表面特性进而影响它与液相以及与其他水泥颗粒之间的相互作用。典型的吸附性阴离子表面活性剂和聚合物会向颗粒表面传递净负静电荷,引起相邻水泥粒子间的排斥并且有助于增强分散。对于高分子聚合物,物理阻碍(空间位阻)会导致额外的小范围排斥力。因而“静电”和“空间”的力都有助于水泥浆的流态化。一般而言静电的和空间的影响对颗粒之间排斥作用的相对重要性依赖于聚合物的化学特性以及它们的分子量。
随着新型高效减水剂品种的不断出现和高效减水剂应用过程中出现的越来越复杂的水泥-外加剂适应性问题,学术界和工程界都迫切需要了解高效减水剂对水泥混凝土的分散作用机理的本质。70年代起就对萘系高效减水剂和木钙的作用机理进行研究,但至今对高效减水剂的作用机理的认识仍然是不全面的,有些概念甚至是模糊和矛盾的,因此关于高效减水剂对水泥混凝土的工作性能的影响有很多解释不清的现象。高效减水剂与水泥的相互作用的基础是高效减水剂在水泥颗粒上发生了吸附现象,吸附改变了水泥颗粒的表面电特征、表面水化膜层和水化速率等一系列表面物理化学性质,研究高效减水剂的作用机理就是研究一系列水泥-高效减水剂的物理化学现象及其变化规律。