硫酸盐影响聚羧酸减水剂与混凝土组成材料相容性的机理

高效减水剂是现代水泥混凝土中不可缺少的重要组分。聚羧酸减水剂是一种新型、绿色环保的高性能减水剂，与传统的高效减水剂相比，具有显著的技术优势。但聚羧酸减水剂在应用时存在与混凝土组成材料之间相容性不良的问题。目前国内外对聚羧酸减水剂与混凝土组成材料之间相容性的研究较多，且都认为混凝土组成材料中硫酸盐是影响其相容性的重要因素之一，但相关影响机理的研究多限于理论推断。本项目在研究混凝土组成材料中可能存在的硫酸盐形态的基础上，通过微观测试手段、从动力学的角度系统并量化地研究硫酸盐对聚羧酸减水剂在胶凝材料颗粒表面的吸附行为和空间位阻影响及作用机理，进而掌握硫酸盐影响聚羧酸减水剂与混凝土组成材料相容性的机理，为完善聚羧酸减水剂分子结构设计理论与方法提供理论依据，建立聚羧酸减水剂与混凝土组成材料相容性调控理论与技术。

聚羧酸减水剂是一种具有高减水分散性的混凝土外加剂，在国内外已经广泛使用，但在实际工程应用中，聚羧酸减水剂与混凝土组成材料存在相容性问题，除了减水剂本身性能外，水泥、掺合料和混凝土外加剂中存在的硫酸盐被认为是影响聚羧酸减水剂相容性最显著的因素。开展硫酸盐影响聚羧酸减水剂相容性的机理研究能提高聚羧酸减水剂应用技术水平、完善聚羧酸减水剂与混凝土组成材料相容性调控理论与技术。. 本文在研究混凝土中硫酸盐的性质和存在形态的基础上，通过研究不同硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体溶液表面张力、浆体分散性能、粘度、凝结时间等相容性指标的影响及规律，以及对聚羧酸减水剂的聚集行为、吸附量及吸附动力学，水泥颗粒动电电位、粒径、链构象及吸附层厚度的影响，分析研究硫酸盐对聚羧酸减水剂相容性的影响机理。. 采用水泥净浆流动度、砂浆扩展度、混凝土坍落度及其损失表征硫酸盐对聚羧酸减水剂相容性的影响。研究表明：K2SO4、Na2SO4对水泥浆体分散性能的负面影响比二水石膏大。. 通过采用UV、Zeta电位分析仪等分析手段，量化了聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量、吸附动力学及动电电位随硫酸盐含量的变化。易溶性硫酸盐过量会显著降低聚羧酸减水剂的吸附量，并降低水泥颗粒动电电位，从而减弱颗粒间静电斥力，水泥颗粒对聚羧酸减水剂的吸附及硫酸盐对吸附的影响规律适合Langmuir等温吸附方程，水泥颗粒对聚羧酸减水剂的吸附动力学及硫酸盐对吸附动力学的影响规律适合Langmuir准二级吸附动力学模型。硫酸盐会减小聚羧酸减水剂的吸附动力学准二级吸附速率常数，延迟聚羧酸减水剂到达吸附平衡的时间，使聚羧酸减水剂分散作用降低，从而影响水泥浆体的分散性能和聚羧酸减水剂相容性。. 通过离子色谱、原子吸收光谱、粒径仪等分析手段证明竞争吸附、钙离子溶出浓度增大、体相中聚羧酸减水剂的聚集是导致聚羧酸减水剂减水剂吸附量降低的主要原因。. 通过水化直径、吸附层厚度、链构象变化表征硫酸盐对聚羧酸减水剂空间位阻效应的影响。发现硫酸盐会大大降低聚羧酸减水剂的吸附层厚度，且CaSO4·2H2O对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体流动性影响较Na2SO4更显著；硫酸盐对溶液中聚羧酸减水剂的构象有一定影响，但并不显著；硫酸盐几乎不影响聚羧酸减水剂在体相中的水化直径。