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表面活性作用对混凝土流变性能影响分析

   在混凝土外加剂中,大多数都是表面活性剂。表面活性剂作为混凝土的性能添加剂,可以改善混凝土的性能,本文讨论了表面活性作用对混凝土的流变性能和触变性能的影响。
关键词混凝土;外加剂;流变性能;触变性能;影响
表面活性剂,是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂范围十分广泛,其中就被用作混凝土外加剂。
研究表面,外加剂本身并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位置。表面活性剂可以用来作为混凝土减水剂、引气剂、调凝剂、防冻剂、泵送剂等。无论是普通表面活性剂或是高分子表 面活性剂,它们的合成或天然产品大都可以用作混凝土的外加剂。表面活性剂作为混凝土的性能添加剂,使用适当可以改善混凝土的性能,本文讨论了表面活性作用 对混凝土的流变性能触变性能的影响。
1.表面活性作用对混凝土的流变性能的影响
混凝土的流变性能是指混凝土这种特殊的固液混合体系的变形和应力关系随时间变化的发展规律。流动和变形本质上是一回事,所不同的是流动是指液 体,而变形是指固体。所谓混凝土流变性是指体系在不变的剪切应力作用下随时间而产生的连续变形。由于混凝土在硬化前是固液混合相,同时具有固体变形的弹、 塑性性质,又具有液体变形的粘性特征。新拌混凝土在外力作用下发生弹性变形和流动。当应力较小时作弹性变形,应力大于某一限度(屈服值)时发生流动。只 是此时的屈服值较小,所以受流动方面的特征影响较大。
新拌混凝土的流变样性基本上可用宾汉姆方程来近似地描述。
式中 ——剪切应力(内摩擦力);
——动剪切力(屈服值);
——粘滞系数(粘度);
——速度梯度。
新拌混凝土在外力作用下具有流动性;只有当外力值大于 时才能开始流动。 反映了混凝土在流动时,固体颗粒及水泥浆体间的相互作用力。影响 大小的主是骨料量、级配、水化物的 电位以及外加剂情况。 愈大流动性愈差。
流动曲线如图1所示;牛顿体和宾汉姆体的流变方程中粘度系数为常数,应变速度 与剪切应力 间呈直线关
系。但对混凝土这种固液混合流动体系,由于胶凝体凝聚结构较强,此时粘度系数 是 或D的函数,其流动曲线如图1中A、D,分别称非牛顿型和一般宾汉姆体。一般流动度较大的流态混凝土接近于非牛顿型。通常的新拌混凝土则接近一般宾汉姆型。
图2-15流变曲线基本类型A一牛顿型;B—非牛顿型;C——宾汉姆型;D一一般宾汉姆型。
从混凝土的流变学原理来分析,若制备工作性能好的混凝土,必须使水泥颗粒在水介质中充分分散。也就是说必须拉散混凝土浆体中阻碍流动的网状絮 凝结构,减小相互运动时的内摩擦力,上述现象称为胶溶或稀释。影响浆体胶溶的因素很多,如浆体组成结构、水介质量、温度等。介质条件不同就有可能改变浆体 中水泥颗粒的带电情况,即改变颗粒间的静电斥力。静电斥力大小可用爱特尔公式进行计算。爱特尔公式表明,水泥颗粒间的排斥力 与 电位的平方成正比。因此,当新拌混凝土中适量加入表面活性剂,会使水泥颗粒所带的动电电位 值显著增大,因而水泥颗粒间的电性斥力大大增加,这将使新拌混凝土的屈服应力 值明显减小,粘度 下降。这样,就促使整个分散体系的稳定性高,流动性得到改善。
2.表面活性作用对混凝土的触变性能的影响
新拌混凝土还具有触变性。触变状态是混凝土从水化初期的完全流动状态到稠化凝聚状态之间的一种介于两者之间状态。所谓触变就是在静止不动时呈 凝聚状态,经搅拌后又呈流动状态。由于新拌混凝土是一种混合物的粘性结构,悬浮体在静止时是胶体,呈网状絮凝结构,没有流动性。加外力时静止状态被破坏, 其结构也随之破坏而恢复了流动性。若再静置又能重新形成网状结构,可重复多次。从流态渐变到凝聚状态是逐渐变化的,变化过程中粘度不断增高,直至完全失去 流动性。
一般适量加入表面活性剂,均能促使新拌混凝土显示出较强的触变性,表面活性剂由于分散作用使其流动性增加。如果保持相同的流动度则体系的粘度 将加大,静止一段时间后,往往表现出絮凝状态。但由于颗粒表面对表面活性剂的吸附、 电位的高、溶剂化膜的加厚等,在稍加搅拌或振捣,又会表现出较好的流动性。而不加表面活性剂的新拌混凝土,其触变性就弱得多。因此在一般混凝土工程及制 品中,虽然加了减水剂后稠化过程较快,对新拌混凝土则表现为坍落度损失较大,这仅是表面现象,其实此时浆体并未凝结,只是显示其拥有较强的触变性能。
参考文献
1 张雄、张永娟.现代建筑功能材料M.化学工业出版社,29
2 田培、王玲.国家标准GB 876-28.混凝土外加剂.应用指南M.中国标准出版社,29
3 王立久.建筑材料学(第二版)M.水利水电出版社,28

  

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