混凝土外加剂的物理化学基础

1、国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案 混凝土外加剂可分为三类： 具有表面活性作用 无机电解质盐类 有机与无机相结合的复合外加剂 其中表面活性剂占有极其重要的位置国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案表面与界面表面与界面比表面比表面表面张力表面张力授课内容授课内容表面活性剂表面活性剂外加剂对水泥颗粒的物理化学性质的影响外加剂对水泥颗粒的物理化学性质的影响国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案界面：两相的接触面。界面：两相的接触面。表面：固、液相与气相的接触面。表面：固、液相与气相的接触面。气液界面固气界面液液界面固液界面固固界面

2、表面现象气、液、固气、液、固国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案常见的界面有：常见的界面有：1.气气-液界面液界面国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案2.气气-固界面固界面国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案3.液液-液界面液界面国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案4.液液-固界面固界面国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案5.固固-固界面固界面问题问题:在我们的教室内能找到几种表面在我们的教室内能找到几种表面,界面界面?国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设

3、方案 日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关: :汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。水在光滑的玻璃上完全水在光滑的玻璃上完全铺展铺展，在玻璃管中上升，呈凹形。，在玻璃管中上升，呈凹形。固体表面会自动吸附其它物质。固体表面会自动吸附其它物质。微小液滴更易于蒸发。微小液滴更易于蒸发。产生表面（界面）现象的原因产生表面（界面）现象的原因 国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案 比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体

4、所具有的表面积。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案 例：例：总表面积总表面积 314.16m2表面积相表面积相差差 10106 6倍倍直径直径10nm的的圆球形小液滴圆球形小液滴分成分成 1018个个直径为直径为 1cm的的球型小水滴球型小水滴表面积：表面积： 3.1416cm2 与一般体系相比，小颗粒的分散体系有与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。很大的表面积，它对系统

5、性质的影响绝对不可忽略。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案 高的表面能必将引起特殊的表面性质。高的表面能必将引起特殊的表面性质。人脑的总表面积比猿脑大人脑的总表面积比猿脑大1010倍；倍；绿叶具有大的质量表面，提高了光合作用的量子绿叶具有大的质量表面，提高了光合作用的量子效率；效率；固体催化剂的催化作用，在于其高活性的表面；固体催化剂的催化作用，在于其高活性的表面；达到达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。化方面的研究热点。国

6、家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案2.3.1 液体的表面现象液体的表面现象液面液面面积有缩小到最小值的趋势。面积有缩小到最小值的趋势。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案液面液面宏观上表现为一个被拉紧的弹宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有张力。性薄膜而具有张力。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案. .液体的表面张力液体的表面张力 物质表面层的分子与体相物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以气中分子所处的力场是不同的。以气- -液表面分液表面分子与内部分子受力情况为例，如左下图。子与内部分子受力情况为例，如

7、左下图。 液体内部的任一分子，皆处液体内部的任一分子，皆处于同类分子的包围之中，平均来于同类分子的包围之中，平均来看，该分子与周围分子间的吸引看，该分子与周围分子间的吸引力是球形对称的，各个方向上的力是球形对称的，各个方向上的力彼此抵消，其合力为零。然而力彼此抵消，其合力为零。然而表面层的分子处于不对称的环境表面层的分子处于不对称的环境中。中。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案 液体内部分子对它的吸引力，液体内部分子对它的吸引力，远远大于液面上蒸气分子对于它的远远大于液面上蒸气分子对于它的吸引力。使表面层分子受到指向液吸引力。使表面层分子受到指向液体内部的合力。体内部

8、的合力。 因而液体表面的分子总是趋向因而液体表面的分子总是趋向移往液体内部，力图缩小表面积。移往液体内部，力图缩小表面积。为什么小液滴总是呈球形为什么小液滴总是呈球形因为球形表面积最小因为球形表面积最小，肥皂泡要用力吹才能变大肥皂泡要用力吹才能变大扩大表面积需要对系统扩大表面积需要对系统作功。作功。表面张力：使液体表面分子向内收缩表面张力：使液体表面分子向内收缩至最小面积的这种力。至最小面积的这种力。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案F无摩擦、可自由活动无摩擦、可自由活动肥皂膜肥皂膜ldx 若用钢丝制成一框架，如上图。一边为可以自由活动的金属若用钢丝制成一框架，如上图

9、。一边为可以自由活动的金属丝，将此金属丝固定后，使框架沾上一层肥皂膜，若放松金属丝，将此金属丝固定后，使框架沾上一层肥皂膜，若放松金属丝，肥皂膜会自动收缩以减小表面积。丝，肥皂膜会自动收缩以减小表面积。 要使膜维持不变，需在金属丝上加一力要使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小与金属丝其大小与金属丝长度长度 l 成正比，比例系数成正比，比例系数 。因膜有两个表面，故有：因膜有两个表面，故有：2(8 - 5)2FFll即即 表面张力，沿着液体表面表面张力，沿着液体表面,垂直作用于单位长度垂直作用于单位长度线段上的紧缩力，单位线段上的紧缩力，单位N m-1国家示范性高等职业院校建设方案国家示范

10、性高等职业院校建设方案 如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。 由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见(a)图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张力的存在。(a)(b)国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案2.3.3 2.3.3 表面张力方向及影响因素表面张力方向及影响因素1 1、由于液面处于紧张状态，在液面由于液面处于紧张状态，在液面上存在着起收缩作用的表面张力。这上存在着起收缩作用的表面张力。这些些表面张力的方向表

11、面张力的方向都与液面相切，并都与液面相切，并且与线段且与线段ABAB 垂直；它们大小相等，垂直；它们大小相等，方向相反，分别作用在两部分液面上。方向相反，分别作用在两部分液面上。f ff f国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案2.2.影响表面张力的因素影响表面张力的因素表面张力与物质的本性有关,分子之间的作用力越大则表面张力也越大. (金属) (离子)(极性)(非极性)与接触相的性质有关温度增加,分子之间的作用力减弱,所以大多数物质的表面张力也都将减小与溶液的组成有关国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案表面张力系数表：表面张力系数表：不不同同液液

12、体体与与空空气气接接触触时时的的表表面面张张力力系系数数 液液体体 温温度度（oc） （J J/ /m m2 2或或N N/ /m m） 丙丙酮酮 20 00237 甲甲醇醇 20 00226 苯苯 20 00228 氯氯仿仿 20 00271 甘甘油油 20 00634 水水银银 15 0487 肥肥皂皂液液 20 0025 溴溴化化钠钠 熔熔点点 0103 水水 0 00756 水水 20 00728 水水 30 00712 水水 100 0。0589 国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案 表面张力是分子间吸引力强弱的一种量度，因此引起分表面张力是分子间吸引力强弱的

13、一种量度，因此引起分子间吸引力变化的因素都会引起表面张力的变化。子间吸引力变化的因素都会引起表面张力的变化。物质物质表面张力的大小，主要取决于物质自身和与其接触的另表面张力的大小，主要取决于物质自身和与其接触的另一种物质，一种物质，就气液界面而言，当液体为醇、醛、酮等就气液界面而言，当液体为醇、醛、酮等有机物质时，表面张力比较低。与此相反，当液体为无有机物质时，表面张力比较低。与此相反，当液体为无机酸、水银、水等无机液体时，表面张力比较大机酸、水银、水等无机液体时，表面张力比较大。 物质根据浓度和表面张力的关系，物质根据浓度和表面张力的关系，可分成表面活性剂、表面活性物质可分成表面活性剂、表面活性物质和无表面活性的物质三类。和无表面活性的物质三类。国家示范性高等职业院校建设方案国家示范性高等职业院校建设方案01234520304050607080r(mN/m)c(mM)123第一类是表面张力略上升且往往近于直线第一类是表面张力略上升且往往近于直线( (曲线曲线A)A)，属于这类有无机盐和蔗糖、甘露醇等多羟基有机物。属于这类有无机盐和蔗糖、甘露醇等多羟基有机物。第二类是表面张力在浓度很稀时，下降较快，第二类是表面张力在浓度很稀时，下降较快，随浓度增加下降变慢随浓度增加下降变慢( (曲线曲线B)B)。用于此类的溶质