【大学课件】表面活性剂基础知识

1、外表活性剂根底知识外表活性剂根底知识 1 外表活性剂的种类外表活性剂的种类A 外表活性物质是一种可溶于液相中并且吸附在相界面上，外表活性物质是一种可溶于液相中并且吸附在相界面上， 使界面能显著降低的物质。使界面能显著降低的物质。 外表活性剂的根本作用，是降低分散体系中两相界面的界外表活性剂的根本作用，是降低分散体系中两相界面的界 面自由能。提高分散体系的稳定性。面自由能。提高分散体系的稳定性。 外表活性剂分子结构外表活性剂分子结构 1 外表活性剂的种类外表活性剂的种类B 外表活性剂溶于水时亲水基团在溶液中，外表活性剂溶于水时亲水基团在溶液中， 凡能电离生成离子称为离子型外表活性剂；凡能电离生成

2、离子称为离子型外表活性剂； 凡不能电离生成离子的称为非离子外表活凡不能电离生成离子的称为非离子外表活 性剂。性剂。 阴离子外表活性剂阴离子外表活性剂 在此类外表活性剂中，主要是羧酸酯、硫酸酯在此类外表活性剂中，主要是羧酸酯、硫酸酯 及烷基芳香族磺酸盐、本质素磺酸盐等。及烷基芳香族磺酸盐、本质素磺酸盐等。 阴离子外表活性剂的亲水基一端能解离出阴离阴离子外表活性剂的亲水基一端能解离出阴离 子，而使亲水基团上带负电荷混凝土中所使用子，而使亲水基团上带负电荷混凝土中所使用 的减水剂主要是阴离子外表活性剂。的减水剂主要是阴离子外表活性剂。 阳离子外表活性剂 在此类外表活性剂中，绝大局部是含氮化合物、在此

3、类外表活性剂中，绝大局部是含氮化合物、 有机胺衍生物。有机胺衍生物。 阳离子外表活性剂的亲水基团能解离出阳离子，阳离子外表活性剂的亲水基团能解离出阳离子， 而使亲水基团带正电荷。它的另一特点是易吸附而使亲水基团带正电荷。它的另一特点是易吸附 于固体的外表，从而有效地改变固体性质。简单于固体的外表，从而有效地改变固体性质。简单 的有机胺盐可在酸性介质中用作乳化剂、分散剂、的有机胺盐可在酸性介质中用作乳化剂、分散剂、 湿润剂。这种外表活性剂常作为浮选剂、乳化湿润剂。这种外表活性剂常作为浮选剂、乳化 剂及颜料分散剂。剂及颜料分散剂。 两性外表活性剂两性外表活性剂 两性外表活性剂的亲水基一端，既能解离

4、两性外表活性剂的亲水基一端，既能解离 出阴离子又能解离出阳离子。这种活性剂出阴离子又能解离出阳离子。这种活性剂 是具有是具有2种亲水基团的外表活性剂。两性外种亲水基团的外表活性剂。两性外 表活性剂的酸性基主要有羧酸盐型和磺酸表活性剂的酸性基主要有羧酸盐型和磺酸 盐型两种。碱性基主要是氨基和季铵基。盐型两种。碱性基主要是氨基和季铵基。 两性外表活性剂易溶于水，在较浓的酸、两性外表活性剂易溶于水，在较浓的酸、 碱液中，甚至在无机盐溶液中也能溶解，碱液中，甚至在无机盐溶液中也能溶解， 但一般不易溶于有机溶剂中。但一般不易溶于有机溶剂中。 非离子外表活性剂 在水溶液中不电离，其亲水基主要是由具有一定数

5、量的含在水溶液中不电离，其亲水基主要是由具有一定数量的含 氧基团氧基团(一般为醚基和羟基一般为醚基和羟基)构成，因而在溶液中不电离，构成，因而在溶液中不电离， 所以不容易受强电解质，无机盐类存在的影响，在溶液中所以不容易受强电解质，无机盐类存在的影响，在溶液中 稳定性高。它与其他类型的外表活性剂相容性好，能很好稳定性高。它与其他类型的外表活性剂相容性好，能很好 地混合使用，在水及有机溶剂中都有好的溶解性。地混合使用，在水及有机溶剂中都有好的溶解性。 非离子型的亲水基主要是由聚乙二醇基与多元醇基构成。非离子型的亲水基主要是由聚乙二醇基与多元醇基构成。 此类活性剂是近年来开展较快的品种，因其无毒而

6、可用于此类活性剂是近年来开展较快的品种，因其无毒而可用于 食品及医药。其中聚乙二醇型可用于水泥分散剂。食品及医药。其中聚乙二醇型可用于水泥分散剂。 由于外表活性剂分子是由亲水性和憎水性两局部所组成，由于外表活性剂分子是由亲水性和憎水性两局部所组成， 而且这两局部处于一定的平衡状态，具有适度的溶解性。而且这两局部处于一定的平衡状态，具有适度的溶解性。 所以，溶液一般都带有胶体性质。在液体外表和界面进行所以，溶液一般都带有胶体性质。在液体外表和界面进行 正吸附，而且能显示出各种各样的外表活性。正吸附，而且能显示出各种各样的外表活性。 2 外表活性剂的根本性质外表活性剂的根本性质A (1)外表吸附与

7、外表能、外表张力外表吸附与外表能、外表张力 吉布斯吉布斯(Gibbs)曾提出如下关系式：曾提出如下关系式： 式中式中 外表吸附量，外表吸附量，molcm2 C溶液浓度，溶液浓度，mol/L； 外表能，外表能，103Nm T绝对温度，绝对温度，K； R气体常数；气体常数； ddC外表张力的改变率，表示该物质外表活性大小。外表张力的改变率，表示该物质外表活性大小。 外表吸附量与外表活性剂的浓度以及外表张力随浓度变化的速率有外表吸附量与外表活性剂的浓度以及外表张力随浓度变化的速率有 关。当关。当ddc为负值，即外表活性剂能使外表张力降低，此时为负值，即外表活性剂能使外表张力降低，此时0。 外表活性剂

8、改变外表张力的作用，和它浓度的大小有一定的关系，外表活性剂改变外表张力的作用，和它浓度的大小有一定的关系， 浓度与外表张力之间的关系浓度与外表张力之间的关系B 一般都是开始时，外一般都是开始时，外 表张力随外表活性剂浓表张力随外表活性剂浓 度的增加而急剧下降，度的增加而急剧下降， 以后那么大体上保持不以后那么大体上保持不 变。变。 浓度与外表张力之间的关系浓度与外表张力之间的关系 外表活性剂溶液各状态外表活性剂溶液各状态C 外表活性剂溶液各状态 (a)极稀溶液；(b)稀溶液；c)到达临界胶束 浓度的溶蔽；(d)大于临界胶束浓度的溶液 外表活性剂在水界面上的排列外表活性剂在水界面上的排列D 外表

9、活性剂的另一个特点，是它在界面上的吸附具有排列。外表活性剂的另一个特点，是它在界面上的吸附具有排列。 在水界面上的排列，如下图。在水界面上的排列，如下图。 外表活性剂的分散作用外表活性剂的分散作用E 一般的外表活性剂，均有较好的分散作用。这主要是由于一般的外表活性剂，均有较好的分散作用。这主要是由于 外表活性剂在固外表活性剂在固液界面上产生了正吸附，界面上的外表液界面上产生了正吸附，界面上的外表 活性剂浓度增加，外表能降低。因而增加了体系的热力学活性剂浓度增加，外表能降低。因而增加了体系的热力学 稳定性，使整个体系向分散稳定的方向进行。稳定性，使整个体系向分散稳定的方向进行。 外表活性剂一般都

10、具有亲水和憎水的两个基团。在水溶外表活性剂一般都具有亲水和憎水的两个基团。在水溶 液中固体外表假设是亲水性的液中固体外表假设是亲水性的(有极性有极性)，那么外表活性剂，那么外表活性剂 的亲水基朝向固体外表。固体外表为憎水性的亲水基朝向固体外表。固体外表为憎水性(非极性非极性)，那，那 么外表活性剂的憎水基朝向固体外表。这种吸附的结果，么外表活性剂的憎水基朝向固体外表。这种吸附的结果， 在固体的外表就形成了具有一定机械强度的外表吸附层，在固体的外表就形成了具有一定机械强度的外表吸附层， 阻碍了粒子间的凝聚作用。液体外表层也减小了粒子间的阻碍了粒子间的凝聚作用。液体外表层也减小了粒子间的 摩擦阻力

11、，使粒子的分散变得更加容易。摩擦阻力，使粒子的分散变得更加容易。 扩散双电层及扩散双电层及电位电位F 如果外表活性剂是电解质如果外表活性剂是电解质 溶液，吸附作用的结果，溶液，吸附作用的结果， 在固体外表会产生双电层，在固体外表会产生双电层， 如下图如下图 图图 扩散双电层及扩散双电层及电位示意电位示意 扩散双电层及扩散双电层及电位电位B 固液相靠近固体外表一侧是固定双电层，靠近溶液一侧是扩散双电 层。两个双电层的形成，是由于固体粒子外表具有活性，而使其周围 的外表活性剂溶液中的离子处于静电的影响及分子热运动两种力的作 用下。静电力企图使粒子周围集中相反电荷的离子，使电性分布两极 化。而分子热

12、运动力又力图使离子在溶液中扩散，均匀分布。当到达 平衡时，就形成了与粒子所带电荷电性相反的离子浓度，随着离子逐 渐远离粒子外表能减少。按这种规律分布的离子层，形成了吸附在固 体外表不动的固定双电层与扩散双电层。在液体和固体进行相对运动 时，固定层和扩散层之间，也有相对运动。进行相对运动的两层之间 的电位差，称为电位。电位值的大小，表示出两层相对运动的势能 大小，也就是粒子间相对运动时的电性斥力的大小。 外表活性剂被粒子吸附后，电位将明显增加，因此，粒子间的斥 力也就增加，粒子外表的溶剂化层也加厚。这就等于拉开了粒子间的 距离，减少了粒子间的相互接触，促进了粒子间的分散。 外表活性剂的湿润作用外

13、表活性剂的湿润作用G 湿润作用是指在固体或液体外表用一种流体置换另一种流湿润作用是指在固体或液体外表用一种流体置换另一种流 体的现象。例如在镜面或金属平面上用水或油把外表层的体的现象。例如在镜面或金属平面上用水或油把外表层的 空气置换出来的现象。实际上是由于两相空气置换出来的现象。实际上是由于两相(水和镜面水和镜面)在接在接 触时体系界面自由能降低产生的现象。其界面自由能降低触时体系界面自由能降低产生的现象。其界面自由能降低 的大小就表示湿润程度的大小。的大小就表示湿润程度的大小。 湿润程度可以用接触角湿润程度可以用接触角表示，也可以称为湿润角。表示，也可以称为湿润角。 当固液接触后，体系界面

14、的自由能降低值为：当固液接触后，体系界面的自由能降低值为： W固固液液固液固液 式中式中 W自由能降低值；自由能降低值； 固固固体外表自由能；固体外表自由能； 液液液体外表自由能；液体外表自由能； 固液固液固液接触后的界面自由能。固液接触后的界面自由能。 外表活性剂的湿润作用外表活性剂的湿润作用G-1 固固液界面润湿情况液界面润湿情况 外表活性剂的湿润作用外表活性剂的湿润作用G-2 而湿润角的大小就决定于而湿润角的大小就决定于固、固、液、液、固液三者之间的关固液三者之间的关 系系(如图如图7)。当固间到达某一平衡状态时，其外表能应满。当固间到达某一平衡状态时，其外表能应满 足以下关系：足以下关

15、系： 固固固液固液液液cos 将此式代入将此式代入W公式那么：公式那么： W 液液(1cos) 由上式可定量地表示湿润角由上式可定量地表示湿润角与界面自由能的关系，亦可与界面自由能的关系，亦可 以用以用的大小表示湿润程度的大小表示湿润程度 180o完全不湿润完全不湿润 90o不湿润不湿润 90o湿润湿润 0o完全湿润完全湿润 外表活性剂的湿润作用外表活性剂的湿润作用G-3 角与外表能关系 湿润角湿润角可以用物理或光可以用物理或光 学方法来测定，如斜板法、学方法来测定，如斜板法、 反射光法等。反射光法等。 能被液体湿润的固体，称能被液体湿润的固体，称 为亲液性固体；不被液体所为亲液性固体；不被液

16、体所 湿润的固体，称为憎液性固湿润的固体，称为憎液性固 体。最常见的液体是水，极体。最常见的液体是水，极 性固体皆为亲水性，非极性性固体皆为亲水性，非极性 固体皆为憎水性。利用外表固体皆为憎水性。利用外表 活性剂在固体外表上的吸附，活性剂在固体外表上的吸附， 或是生成外表化合物，都能或是生成外表化合物，都能 改变固体的湿润性。改变固体的湿润性。 外表活性剂的结构与性能的关系外表活性剂的结构与性能的关系H-1 不同类型的外表活性剂，在性质上有很大的差异，不同类型的外表活性剂，在性质上有很大的差异， 这主要是由于它们的分子结构不同。外表活性剂这主要是由于它们的分子结构不同。外表活性剂 的结构根本特

17、征是一端有亲水性的极性基团，另的结构根本特征是一端有亲水性的极性基团，另 一端具有憎水性的非极性基团。极性基团的种类一端具有憎水性的非极性基团。极性基团的种类 与非极性基团的分子链结构、长短等都影响外表与非极性基团的分子链结构、长短等都影响外表 活性剂的性质。以下图是常用于混凝土外加剂中活性剂的性质。以下图是常用于混凝土外加剂中 的外表活性剂分子基团。的外表活性剂分子基团。 外表活性剂的结构与性能的关系外表活性剂的结构与性能的关系H-2 混凝土外加剂中外表活性剂分子基团混凝土外加剂中外表活性剂分子基团 外表活性剂的结构与性能的关系外表活性剂的结构与性能的关系H-3 外表活性剂的分子结构分类外表

18、活性剂的分子结构分类 一些外表活性剂使这些一些外表活性剂使这些 基团化合物的聚合体、相基团化合物的聚合体、相 同基团聚合物由于分子量同基团聚合物由于分子量 的大小不同性质上的大小不同性质上(如分散、如分散、 湿润、消泡湿润、消泡)的关系将外表的关系将外表 活性剂分子结构分成活性剂分子结构分成4类，类， 外表活性剂的结构与性能的关系外表活性剂的结构与性能的关系H-4 外表活性剂分子量与性能关系外表活性剂分子量与性能关系 对单体或聚合度较低的高分子，其性能主要表现为降低外表张力，对单体或聚合度较低的高分子，其性能主要表现为降低外表张力， 具有引气和分散作用。而在平均分子量具有引气和分散作用。而在平

19、均分子量150010000范围的聚合物主范围的聚合物主 要是混凝土高效减水剂，其性能表现为吸附、分散、润滑、电性保护要是混凝土高效减水剂，其性能表现为吸附、分散、润滑、电性保护 等减水作用；相对分子量大于等减水作用；相对分子量大于10000的聚合物主要表现为保水作用；当的聚合物主要表现为保水作用；当 分子量再大时水溶性开始变差，不适用于混凝土。分子量再大时水溶性开始变差，不适用于混凝土。 外表活性剂亲水基团不同影响其性质外表活性剂亲水基团不同影响其性质 M-1 (1)羟基羟基 最常见的羟基化合物是醇类，如甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、最常见的羟基化合物是醇类，如甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、 丙三醇丙

20、三醇(甘油甘油)。 醇类对水泥水化起缓凝作用，缓凝作用主要是由于羟基吸附在水泥外醇类对水泥水化起缓凝作用，缓凝作用主要是由于羟基吸附在水泥外 表与水化物外表表与水化物外表O2形成氢键的结果，从而抑制了水化作用，在醇形成氢键的结果，从而抑制了水化作用，在醇 类的同系物中随着羟基数目的增加缓凝作用增强，如：类的同系物中随着羟基数目的增加缓凝作用增强，如： 丙三醇丙二醇丙醇丙三醇丙二醇丙醇 丙三醇可以缓凝到停止水化反响。丙三醇可以缓凝到停止水化反响。 糖类多元醇也有缓凝作用，如单糖、低聚糖等均具有较强的缓凝作糖类多元醇也有缓凝作用，如单糖、低聚糖等均具有较强的缓凝作 用。这是因为糖类是弱酸性物质，与

21、水化产物用。这是因为糖类是弱酸性物质，与水化产物Ca(OH)2分子形成络合分子形成络合 物，使早期水化反响时物，使早期水化反响时pH值有所降低而抑制了水化速率。值有所降低而抑制了水化速率。 外表活性剂亲水基团不同影响其性质外表活性剂亲水基团不同影响其性质 M-2 (2)羧酸及羧酸盐羧酸及羧酸盐(COOH、COOM)低级的羧酸及其盐低级的羧酸及其盐 对混凝土有早强作用，如甲酸钙、乙酸、草酸、丙酸、苯对混凝土有早强作用，如甲酸钙、乙酸、草酸、丙酸、苯 甲酸及其盐类。随着烷基的增大甲酸及其盐类。随着烷基的增大(分子量增大分子量增大)而逐渐表现而逐渐表现 出缓凝作用。通过有机酸的解离常数出缓凝作用。通

22、过有机酸的解离常数pK对水化影响的研对水化影响的研 究证明：究证明：pK值小于值小于5的有机酸及其盐类对混凝土有促进水的有机酸及其盐类对混凝土有促进水 化的早强作用，而化的早强作用，而pK大于大于5的有机酸及其盐类随着烷基的有机酸及其盐类随着烷基(R) 的增加而缓凝作用逐步增加。同时随着分子量的增加外表的增加而缓凝作用逐步增加。同时随着分子量的增加外表 活性剂的憎水性也增加，如活性剂的憎水性也增加，如C17H35COOM(硬脂酸及其盐硬脂酸及其盐 类类)可以作为混凝土防水剂使用。可以作为混凝土防水剂使用。 外表活性剂亲水基团不同影响其性质外表活性剂亲水基团不同影响其性质 M-3 (3)羟基羧酸

23、盐和氨基羧酸盐羟基羧酸盐和氨基羧酸盐 低级的羧酸盐延缓水泥水化低级的羧酸盐延缓水泥水化 反响，并具有早强作用。但羧基的反响，并具有早强作用。但羧基的或或位的氧被羟位的氧被羟 基或氨基取代就产生明显的缓凝作用。如乳酸、酒石酸、基或氨基取代就产生明显的缓凝作用。如乳酸、酒石酸、 柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、水杨酸、柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、水杨酸、氨基丙酸及其氨基丙酸及其 盐类。盐类。 羟基酸、氨基酸及其盐类对硅酸盐水泥的缓凝作用主要羟基酸、氨基酸及其盐类对硅酸盐水泥的缓凝作用主要 在于它们的分子中含有络合物形成基在于它们的分子中含有络合物形成基(COOH、OH、 NH2)，在水泥浆的碱性介质中与游

24、离的，在水泥浆的碱性介质中与游离的Ca2生成不稳生成不稳 定络合物，随着水化进行，它自行分解不影响水化继续进定络合物，随着水化进行，它自行分解不影响水化继续进 行，只是对水泥初期水化产物产生抑制作用，这对新拌混行，只是对水泥初期水化产物产生抑制作用，这对新拌混 凝土的塑化和后期强度的增长是有利的。凝土的塑化和后期强度的增长是有利的。 羟基酸和多元醇的缓凝作用与它们在水泥粒子外表吸附羟基酸和多元醇的缓凝作用与它们在水泥粒子外表吸附 作用有关，主要是影响了作用有关，主要是影响了C3A水化反响的速率。水化反响的速率。 外表活性剂亲水基团不同影响其性质外表活性剂亲水基团不同影响其性质 M-4 (4)磺

25、酸盐磺酸盐 磺酸盐型的外表活性剂在水泥分散剂中占有很磺酸盐型的外表活性剂在水泥分散剂中占有很 重要的地位，它是典型的阴离子外表活性剂。由于水化初重要的地位，它是典型的阴离子外表活性剂。由于水化初 期水泥粒子的外表带有正电荷，有利于阴离子外表活性剂期水泥粒子的外表带有正电荷，有利于阴离子外表活性剂 的吸附，从而引起延缓水泥水化反响的作用，这也可以看的吸附，从而引起延缓水泥水化反响的作用，这也可以看 成是分散性提高了。尤其是芳烃磺酸盐对固体粉末的分散成是分散性提高了。尤其是芳烃磺酸盐对固体粉末的分散 作用特别有效。脂肪族磺酸盐，如十二烷基苯磺酸盐可用作用特别有效。脂肪族磺酸盐，如十二烷基苯磺酸盐可

26、用 作混凝土的引气剂，具有明显的缓凝作用。芳香族磺酸盐作混凝土的引气剂，具有明显的缓凝作用。芳香族磺酸盐 憎水基的链较短时，并不延缓水泥的水化反响，只有当其憎水基的链较短时，并不延缓水泥的水化反响，只有当其 链长到一定程度时，才能延缓水化反响，对水泥水化反响链长到一定程度时，才能延缓水化反响，对水泥水化反响 的延缓机理是当掺量在某一范围以内，分子在粒子外表上的延缓机理是当掺量在某一范围以内，分子在粒子外表上 是水平式吸附。但掺量超过某一浓度时，分子便在粒子外是水平式吸附。但掺量超过某一浓度时，分子便在粒子外 表垂直地被紧密地吸附着，从这个浓度开始水泥粒子差不表垂直地被紧密地吸附着，从这个浓度开

27、始水泥粒子差不 多完全被多完全被“疏水化了，故水化反响应明显地被抑制。如疏水化了，故水化反响应明显地被抑制。如 果再继续增加浓度，那么由单分子吸附变成双分子吸附或果再继续增加浓度，那么由单分子吸附变成双分子吸附或 多分子吸附。多分子吸附。 外表活性剂亲水基团不同影响其性质外表活性剂亲水基团不同影响其性质 M-5 (5)氨类化合物氨类化合物 一级胺、二级胺、三级胺及氨基酸开始都一级胺、二级胺、三级胺及氨基酸开始都 有一定的缓凝作用，其顺序为有一定的缓凝作用，其顺序为RNH2R2NHR3N，而羟，而羟 胺在某些情况下会加速凝结过程。胺在某些情况下会加速凝结过程。 四级铵盐的铵正离子四级铵盐的铵正离

28、子(NH4 )，同普通金属阳离子一样 ，同普通金属阳离子一样 具有促凝作用。具有促凝作用。 胺类的化合物中，作为混凝土外加剂最具实用意义的是胺类的化合物中，作为混凝土外加剂最具实用意义的是 羟胺，特别是三乙醇胺，它可以用作水泥的助磨剂和混凝羟胺，特别是三乙醇胺，它可以用作水泥的助磨剂和混凝 土的早强剂。三乙醇胺能持久地加速混凝土的硬结过程，土的早强剂。三乙醇胺能持久地加速混凝土的硬结过程， 起促硬作用。三乙醇胺加速起促硬作用。三乙醇胺加速C3A的水化，并能在的水化，并能在C3A石石 膏膏水体系中加快钙矾石的生成；同时却延缓了水体系中加快钙矾石的生成；同时却延缓了C3S和和 C2S的水化。因此三

29、乙醇胺具有明显的早强作用而不的水化。因此三乙醇胺具有明显的早强作用而不 影响后期强度。影响后期强度。 7 外表活性剂对水泥分散体系的影响外表活性剂对水泥分散体系的影响 (1)外表活性剂在水泥分散体系中的吸附与 分散 在水泥水体系中存在外表自由能， 常常表现为对溶液中各种离子的吸附。当 参加外表活性剂时就会迅速地吸附在水泥 粒子的外表，这种吸附可以用吸附等温线 来表示，如图 吸附等温线吸附等温线 Langmuir等温吸附方程等温吸附方程 一般外表活性剂的吸附是符合一般外表活性剂的吸附是符合Langmuir等温吸附方程：等温吸附方程： 式中式中 极限吸附量，极限吸附量，mgg； C减水剂的浓度，减

30、水剂的浓度，mgL K实验常数。实验常数。 减水剂在水泥减水剂在水泥水体系中的极限吸附量水体系中的极限吸附量 由图中直线在纵坐标上的截距，就可以由图中直线在纵坐标上的截距，就可以 求得减水剂在水泥求得减水剂在水泥水体系中的极限吸水体系中的极限吸 附量附量。 由于水泥粒子外表的吸附作用，减水由于水泥粒子外表的吸附作用，减水 剂在水泥颗粒外表到达极限吸附量时，剂在水泥颗粒外表到达极限吸附量时， 形成较完整的凝胶化单分子膜。在此之形成较完整的凝胶化单分子膜。在此之 后，假设减水剂的浓度继续增加，吸附后，假设减水剂的浓度继续增加，吸附 量几乎不再有多大的增加。因此可以说量几乎不再有多大的增加。因此可以

31、说 高效减水剂对水泥粒子有较强的分散作高效减水剂对水泥粒子有较强的分散作 用，其本质在于高效减水剂被水泥粒子用，其本质在于高效减水剂被水泥粒子 吸附，在水泥粒子外表形成一层凝胶化吸附，在水泥粒子外表形成一层凝胶化 单分子膜，在一段时间内阻碍或破坏水单分子膜，在一段时间内阻碍或破坏水 泥粒子的凝聚作用。泥粒子的凝聚作用。 1及lC曲线 (2)水泥分散体系的动电性质水泥分散体系的动电性质A 在水泥在水泥水分散体系中，由于水泥的水化，在水化的初期水分散体系中，由于水泥的水化，在水化的初期 就具有双电层和电动电位存在，而就具有双电层和电动电位存在，而电位值就可作为水电位值就可作为水 泥泥水体系动电性质

32、的综合指标。水体系动电性质的综合指标。 水泥颗粒在分散介质中，由于水解、吸附、解离等化学作用，水泥颗粒在分散介质中，由于水解、吸附、解离等化学作用， 外表是带电的。在电场的作用下，做相对运动。外表是带电的。在电场的作用下，做相对运动。 由于这个电位只有当水泥颗粒在介质中运动时才表现出来，由于这个电位只有当水泥颗粒在介质中运动时才表现出来， 故又称动电电位。因此可以测定一定电场强度下颗粒的迁故又称动电电位。因此可以测定一定电场强度下颗粒的迁 移速率，再通过数据处理，求出移速率，再通过数据处理，求出电位值。电位值。 (2)水泥分散体系的动电性质水泥分散体系的动电性质B 当固体颗粒在电当固体颗粒在电

33、 场作用下，作稳场作用下，作稳 定泳动时，它所定泳动时，它所 受到的电场吸附受到的电场吸附 力力F电应与液体对电应与液体对 它的黏滞力它的黏滞力F黏相黏相 等，根据这一根等，根据这一根 本原理，可以推本原理，可以推 导出泳动时的电导出泳动时的电 动电位公式动电位公式 黏度、温度的函数；黏度、温度的函数； 介电常数、温度的函数；介电常数、温度的函数； 电泳速率；电泳速率； E电泳池两端电位差，即电位电泳池两端电位差，即电位 梯度。梯度。 (2)水泥分散体系的动电性质水泥分散体系的动电性质C 对水泥分散体系的对水泥分散体系的电位值的研究是十分重电位值的研究是十分重 要的。因为它影响分散体系的稳定性

34、、流要的。因为它影响分散体系的稳定性、流 变性以及水泥的凝结和硬化过程。而通过变性以及水泥的凝结和硬化过程。而通过 外加剂来改变水泥分散体系的电动电位，外加剂来改变水泥分散体系的电动电位， 即可到达改变上述性质的目的。即可到达改变上述性质的目的。 (3)水泥分散体系的稳定性水泥分散体系的稳定性A 在水泥分散体系中，作为分散相的水泥粒子，一方在水泥分散体系中，作为分散相的水泥粒子，一方 面受到范德瓦耳斯分子引力的作用，而使粒子有面受到范德瓦耳斯分子引力的作用，而使粒子有 自动趋向凝聚的倾向；另一方面又受到其周围水自动趋向凝聚的倾向；另一方面又受到其周围水 分子膜上形成的扩散双电层的电斥力作用，而

35、使分子膜上形成的扩散双电层的电斥力作用，而使 粒子趋向于分散。根据憎水性胶体的安定性理论粒子趋向于分散。根据憎水性胶体的安定性理论 (DLVO理论理论)称引力为称引力为VA、斥力为、斥力为VR。 (3)水泥分散体系的稳定性水泥分散体系的稳定性B 根据双电层模型，它们之间的范德瓦耳斯分子引根据双电层模型，它们之间的范德瓦耳斯分子引 力与分子间距离关系如下：力与分子间距离关系如下： 式中式中 H哈马克常数；哈马克常数； r粒子半径；粒子半径； S粒子间距离。粒子间距离。 (3)水泥分散体系的稳定性水泥分散体系的稳定性C 胶体粒子周围的双电层斥力，可近似地表示为：胶体粒子周围的双电层斥力，可近似地表

36、示为： 式中式中 介电常数；介电常数； r粒子半径；粒子半径； 1外表电位；外表电位； S粒子间距离；粒子间距离； K德拜德拜尤格尔常数尤格尔常数 (3)水泥分散体系的稳定性水泥分散体系的稳定性D 胶粒相互作用势能曲线胶粒相互作用势能曲线 在S较大即距离较远的粒子间，只是范德瓦 耳斯力在起作用，V总为负值。随着距离的缩 短，扩散双电层接近到互相交联时，斥力开始 起作用，位能逐渐上升为正值。但当粒子接近 到一定程度时，由于范德瓦耳斯引力随距离减 小而增加的更快，引力将占优势位能又下降。 此时质点将受引力作用自动聚结产生凝聚。由 此可以看出粒子在凝聚过程中，必须克服一个 能量位垒Vb，位垒值的上下对体系的稳定与否 有很重要的意义。 外表活性剂的参加由于提高了电位值，而使 VR位能增加，因而使V总也升高，此时的位垒 Vb也要增加。使水泥粒子间要到达凝聚必须要 克服更的时间内保持在稳定的分散状态。 外表活性剂对混凝土流变性能的影响外表活性剂对混凝土流变性能的影响A (1)混凝土的流变性能 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