第二章 文獻回顧
2.3 HFC、SCC 配比試驗用材料之介紹
2.3.3 高性能減水劑
2.3.3.2 高性能減水劑之分散機制
水泥漿體中，水泥顆粒因表面帶電荷，而與鄰近顆粒產生靜電吸 引力或因凡得瓦力，使得水泥顆粒產生絮凝現象(flocculation)
【39】
，將水份束縛，造成漿體流動性不佳，如圖 2.17【40】。而強 塑劑於水泥漿體中藉其結構上之極性官能基(SO3H、COOH、OH)或離子 官能基(SO3-、COO-)吸附於漿體顆粒表面，如圖 2.18【41】所示，經 由靜電排斥、立體障礙、水披覆層環繞，或輸氣作用等機制，而達到 對漿體顆粒的分散效果，以下將分別介紹強塑劑各減水機制。34
圖 2.17 水泥顆粒絮凝與束縛水【40】
圖 2.18 強塑劑吸附在水泥顆粒表面【41】
(1) 靜電排斥(Electrostatic repulsion)：
如圖 2.19 所示，當水泥一接觸到水後鈣離子立即釋放出而進入 溶液中，且吸附於水泥顆粒表面，使得水泥粒子表面呈現負電荷，水 泥粒子靠著同性電荷相斥而分散。由於水泥表面帶正電荷，吸附一層 強塑劑之後，又會在外圍繼續吸附另一層帶相反電荷的離子，形成電 雙層(electric double layer)，附著強塑劑濃度愈高，電雙層厚度
35
愈大，造成分散效果越好，如圖 2.20所示【42】。
化學摻料 水泥
圖 2.19 靜電排斥【37】
圖 2.20 離子強度對電雙層厚度與表面電位之影響【43】
(2) 立體障礙(Steric hindrance)：
羧酸系強塑劑分子吸附在水泥顆粒表面之後，因為其分子結構具 有較長的側鏈，不但有靜電排斥力作用，同時側鏈還會產生立體障礙 的效果，防止水泥顆粒相互接觸、凝集，而讓水泥粒子分散
【12,43】
， 如圖 2.21 所示。另一方面，強塑劑的立體障礙可延長水泥被水合產 物包覆的時間，維持漿體的流動性【44】
。Chandra 和 Björnström 之36
研究顯示羧酸系強塑劑比 LS、SNF 及 SMF 有較佳的抗坍損能力
【45】
。學化摻料 水泥
圖 2.21 立體障礙【12,43】
圖 2.22
是強塑劑對漿體顆粒之分散機制，(A)圖為靜電排斥、(B) 圖為立體障礙排斥、(C)圖為綜合靜電排斥與立體障礙兩者；強塑劑 吸附於水泥漿體顆粒後，其作用通常如(C)圖所示，可大幅增加顆粒 間排斥力位能而達分散效果。圖 2.22 強塑劑對漿體顆粒之作用機制【45】
37
(3) 水披覆層環繞(water sheath surrounding)機制：
強塑劑分子鏈上具有極性官能基、離子官能基或高電子密度的芳 香族(如萘環、苯環)等結構，則易被周遭的水分子環繞，產生水合 (solvation)現象，當強塑劑吸附於漿體顆粒表面時，將使其有效粒 徑加大而降低顆粒間之吸引力，增加漿體流動性，如圖 2.23所示
【21】
。圖 2.23 水披覆環繞機制【21】
(4) 輸氣作用(air entrainment)機制：
強塑劑會降低水溶液之表面張力，促進氣泡的生成，由氣泡來分 散避免凝聚（Coalesce），其極性基吸附於水泥粒子表面，使得水泥 粒子互斥，對漿體有某種程度的輸氣作用，適量空氣進入漿體內可促 進其分散與流動性，如圖 2.24所示
【21】
，但會造成其硬固後之強度 損失。38
圖 2.24 輸氣機制【21】