第7期 刘娟红等：高氧化铁粉煤灰影响聚羧酸减水剂吸附特性的机理 .933· 子表面，使水泥粒子表面的（电位绝对值增加，因 水剂的特征吸收峰较10号样弱，说明硫化钠的加入 而使水泥粒子之间的静电斥力增大而产生分散作用 降低了粉煤灰中氧化铁对聚羧酸减水剂的吸附.金 所致.空间位阻理论认为吸附在水泥粒子表面的减 属氧化物的红外吸收谱带位于中红外的低频区.经 水剂会形成一层具有一定厚度的水化膜，当水泥粒 过对比发现，10号样品中指纹区的吸收峰就比较明 子相互靠近，水化膜开始重叠时，水泥粒子之间就 显，故推断其为粉煤灰自身的吸收峰，如558cm-1 产生立体斥力而导致分散作用.目前很多关于聚羧 和477cm-1附近的吸收峰是由氧化铁分子的振动 酸高效减水剂的研究报道认为，聚羧酸减水剂分散 产生的，458cm-1附近的吸收峰是由SiO2分子的 机理是“空间位阻”，聚羧酸对水泥颗粒的（电位影 振动产生的，481cm-1附近的吸收峰是SO2的振 响很小，有时甚至为正15-16)：但也有学者研究表明 动峰.13号样比10号样中氧化铁含量低，说明加 聚羧酸减水剂对水泥（电位有很大影响，如王子明 入硫化钠以后，强碱体系中氧化铁含量降低，这与 和张瑞艳1可]通过研究多聚磷酸(PPA)系聚羧酸减 前面的实验结果也是一致的 水剂对水泥（电位的影响，证明静电斥力对PAA 22 -◆不加硫化钠 系聚羧酸减水剂的分散作用具有重要影响，其（电 量加人硫化钠 位增大幅度与茶系高效减水剂接近 8 本实验通过测定Ⅱ级粉煤灰-水-聚羧酸减水剂 16 体系随着氧化铁含量增加后浆体双电层（电位的变 r14 化，来研究氧化铁对聚羧酸减水剂吸附机理.外加 剂是聚羧酸减水剂，Na2S添加质量为1.8g.实验 12 1.8 3.6 5.4 数据见图3.在固液分散体系中，由于粒子界面上 氧化铁的质量分数/% 双电层的存在，同电性的粒子之间会产生斥力，从 图3加入硫化钠前后粉煤灰中氧化铁含量对浆体（电位的 而增加分散体系的稳定性.由图3可见：不加氧化 影响 铁时，粉煤灰-水-减水剂体系中的（电位为-20.81 Fig.3 Effect of iron oxide content on the potential before mV,颗粒间斥力较大，分散性较好：摻入质量分数 and after adding sodium sulfide 为5.4%的氧化铁后，颗粒表面（电位为降为-14.13 mV,(电位绝对值迅速减小，并随着氧化铁含量的 90 增加，（电位绝对值呈现降低趋势.从以上的（电 位测定分析可以看出，（电位绝对值愈小，分散性 一1号样 愈差，分散体系愈不稳定.这与胶凝材料浆体的流 销药 一10号样 一13号样 动性降低是一致的.因此，对于聚羧酸减水剂的分 散机理并非完全是“空间位阻”作用，不同系列聚 羧酸高效减水剂的减水机理不同. 15L 4000350030002500200015001000500 当加入硫化钠后，（电位的绝对值有所提高， 波数/cm-1 这是由于pH值升高降低了氧化铁对聚羧酸阴离子 图4三种试样的红外光谱图 的专性吸附，并且硫化钠与氧化铁反应生成硫化亚 Fig.4 IR spectra of three samples 铁，从而降低氧化铁含量，氧化铁吸附聚羧酸盐减 水剂的数量降低，聚羧酸外加剂在胶凝材料颗粒上 由此可见，高氧化铁粉煤灰与水泥对聚羧酸减 的吸附量增加，提高了浆体的流动性 水剂竞争吸附的原因主要是由于此类粉煤灰中含有 2.4三种试样的红外光谱 大量的氧化铁，在该粉煤灰中加入硫化钠等无机盐 根据红外光谱中各个谱带的位置、谱带形状和 可降低氧化铁对聚羧酸减水剂的吸附量，从而改善 谱带强度，可以大概推断出物质的类型和含量.图 高氧化铁粉煤灰与聚羧酸盐减水剂之间的适应性 4为三种试样的红外光谱图，其中蓝色曲线为1号 3结论 样聚羧酸减水剂的红外光谱.可以看出10号样的 红外谱中出现了减水剂的特征吸收峰，且吸收峰较 (1)粉煤灰中氧化铁的含量对这三种不同结构 明显，如3422cm-1附近的吸收峰为聚合物中羟基 聚羧酸减水剂的净浆流动度均有很大影响，当氧化 (-OH的缔合伸缩振动峰：而13号样的红外谱中减 铁质量为胶凝材料总质量的5.4%时，净浆流动度都第 7 期 刘娟红等：高氧化铁粉煤灰影响聚羧酸减水剂吸附特性的机理 933 ·· 子表面，使水泥粒子表面的 ζ 电位绝对值增加，因 而使水泥粒子之间的静电斥力增大而产生分散作用 所致. 空间位阻理论认为吸附在水泥粒子表面的减 水剂会形成一层具有一定厚度的水化膜，当水泥粒 子相互靠近，水化膜开始重叠时，水泥粒子之间就 产生立体斥力而导致分散作用. 目前很多关于聚羧 酸高效减水剂的研究报道认为，聚羧酸减水剂分散 机理是 “空间位阻”，聚羧酸对水泥颗粒的 ζ 电位影 响很小，有时甚至为正[15−16]；但也有学者研究表明 聚羧酸减水剂对水泥 ζ 电位有很大影响，如王子明 和张瑞艳[17] 通过研究多聚磷酸 (PPA) 系聚羧酸减 水剂对水泥 ζ 电位的影响，证明静电斥力对 PAA 系聚羧酸减水剂的分散作用具有重要影响，其 ζ 电 位增大幅度与萘系高效减水剂接近. 本实验通过测定Ⅱ级粉煤灰–水–聚羧酸减水剂 体系随着氧化铁含量增加后浆体双电层 ζ 电位的变 化，来研究氧化铁对聚羧酸减水剂吸附机理. 外加 剂是聚羧酸减水剂，Na2S 添加质量为 1.8 g. 实验 数据见图 3. 在固液分散体系中，由于粒子界面上 双电层的存在，同电性的粒子之间会产生斥力，从 而增加分散体系的稳定性. 由图 3 可见：不加氧化 铁时，粉煤灰–水–减水剂体系中的 ζ 电位为 −20.81 mV，颗粒间斥力较大，分散性较好；掺入质量分数 为 5.4%的氧化铁后，颗粒表面 ζ 电位为降为 −14.13 mV，ζ 电位绝对值迅速减小，并随着氧化铁含量的 增加，ζ 电位绝对值呈现降低趋势. 从以上的 ζ 电 位测定分析可以看出，ζ 电位绝对值愈小，分散性 愈差，分散体系愈不稳定. 这与胶凝材料浆体的流 动性降低是一致的. 因此，对于聚羧酸减水剂的分 散机理并非完全是 “空间位阻” 作用，不同系列聚 羧酸高效减水剂的减水机理不同. 当加入硫化钠后，ζ 电位的绝对值有所提高， 这是由于 pH 值升高降低了氧化铁对聚羧酸阴离子 的专性吸附，并且硫化钠与氧化铁反应生成硫化亚 铁，从而降低氧化铁含量，氧化铁吸附聚羧酸盐减 水剂的数量降低，聚羧酸外加剂在胶凝材料颗粒上 的吸附量增加，提高了浆体的流动性. 2.4 三种试样的红外光谱 根据红外光谱中各个谱带的位置、谱带形状和 谱带强度，可以大概推断出物质的类型和含量. 图 4 为三种试样的红外光谱图，其中蓝色曲线为 1 号 样聚羧酸减水剂的红外光谱. 可以看出 10 号样的 红外谱中出现了减水剂的特征吸收峰，且吸收峰较 明显，如 3422 cm−1 附近的吸收峰为聚合物中羟基 (–OH) 的缔合伸缩振动峰；而 13 号样的红外谱中减 水剂的特征吸收峰较 10 号样弱，说明硫化钠的加入 降低了粉煤灰中氧化铁对聚羧酸减水剂的吸附. 金 属氧化物的红外吸收谱带位于中红外的低频区. 经 过对比发现，10 号样品中指纹区的吸收峰就比较明 显，故推断其为粉煤灰自身的吸收峰，如 558 cm−1 和 477 cm−1 附近的吸收峰是由氧化铁分子的振动 产生的，458 cm−1 附近的吸收峰是由 SiO2 分子的 振动产生的，481 cm−1 附近的吸收峰是 SO2− 4 的振 动峰. 13 号样比 10 号样中氧化铁含量低，说明加 入硫化钠以后，强碱体系中氧化铁含量降低，这与 前面的实验结果也是一致的. 图 3 加入硫化钠前后粉煤灰中氧化铁含量对浆体 ζ 电位的 影响 Fig.3 Effect of iron oxide content on the ζ potential before and after adding sodium sulfide 图 4 三种试样的红外光谱图 Fig.4 IR spectra of three samples 由此可见，高氧化铁粉煤灰与水泥对聚羧酸减 水剂竞争吸附的原因主要是由于此类粉煤灰中含有 大量的氧化铁，在该粉煤灰中加入硫化钠等无机盐 可降低氧化铁对聚羧酸减水剂的吸附量，从而改善 高氧化铁粉煤灰与聚羧酸盐减水剂之间的适应性. 3 结论 (1) 粉煤灰中氧化铁的含量对这三种不同结构 聚羧酸减水剂的净浆流动度均有很大影响，当氧化 铁质量为胶凝材料总质量的 5.4%时，净浆流动度都