高效减水剂与混凝土及其组分的关系

随着建筑施工技术的发展，一大批有重要影响力的工程陆续开展；国内国外一些重要的建筑也面临着翻新加强的问题。然而，不管是水利水电工程、公路、桥梁隧洞还是市政房建，混凝土作为一种基本和重要的建筑材料，在新建领域和翻新加固工程中，依旧担任主角地位。但是，随着设计的高要求、建（构）筑物的功能多样性和入仓手段的多样化，要求混凝土具备不同的性质，单一性质的混凝土已经不能满足建筑施工的要求，需要添加不同的外加剂，使其满足不同的设计要求，适应多样化的施工环境。

添加高效减水剂，是调整和优化混凝土配比，提高和加强混凝土性质最直接有效的手段，能够满足目前大多数混凝土施工的要求。混凝土中高效减水剂含量和比例是优质混凝土配比的技术关键，科学、合理、有效的配比，是保证混凝土质量的基础，也是成本控制的依据。

1高效减水剂的作用机理

至今为止，还未有详实的实验数据来证明高效减水剂作用机理理论的科学性。

从分子层面解释高效减水剂的作用机理，原理简单明了，便于技术人员掌握。

水泥拌合过程中，水泥颗粒间因为分子引力存在，相互吸引产生絮状物，并形成絮凝聚构。絮凝聚构包裹了部分拌合用水，降低了混凝土拌合物的和易性。

高效减水剂具有憎水和亲水的特性，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液并形成吸附膜。混凝土拌合时，由于高效减水剂的定向吸附作用，使得水泥颗粒表面存在同性电荷，同性相斥，水泥颗粒彼此分散，混凝土的絮凝聚构崩溃，包裹的水分被释放出来，补充了水泥混合所需的水分，有效地增加了混凝土拌合物的活动性，达到减少用水的效果。同时，水泥颗粒表面由于高效减水剂而形成的吸附膜使水泥颗粒与颗粒之间接触更圆润，增加混凝土的和易性；吸附膜还使得水泥颗粒表面积增大，促使水化作用更充分，有利于提升混凝土的强度。

2高效减水剂对混凝土性能的促进作用

2.1高效减水剂对混凝土基本性质促进能力的研究

2.1.1高效减水剂增强混凝土的和易性

混凝土本身的流动性较差，即便加入足够量的水，由于生成絮凝状物质，其流动性依然不能完全满足施工要求。由高效减水剂作用原理可知，高效减水剂的加入，使得絮凝状物质崩溃，水分得以充分利用，增加了混凝土的流动性。且高效减水剂和混凝土处于一种稳定的悬浮相态，加强了混凝土的和易性。

研究表明，减水剂的含量提高时，混凝土坍落度也随之增加，当坍落度增加到一定程度后将减慢。因此，高效减水剂的使用量和比例需要试验论证，一般情况下，减水剂含量为0.75%时，可获得最大的坍落度，并且此时的坍落幅度也是各种不同比例减水剂混凝土的坍落度峰值。

坍落度与天气温度的关系，表现为：温度高时，减水剂的活性增加，对混凝土和易性起到促进作用，使得坍落速度更快；温度低时，分子运动缓慢，减水剂的促进作用降低，则坍落速度也变得缓慢。从混凝土塌落度和塌落范围考虑，高效减水剂的含量控制在0.5%～0.75%较为合理，无谓的增加高效减水剂含量，并不会增加混凝土的有效和易性，且会造成成本浪费。

2.1.2高效减水剂对混凝土凝结时间影响较大

混凝土凝结时间关系着混凝土施工的人、材、机布置和施工工艺的选择。一般而言，要求凝结时间尽量短，并保持在一个范围内，以减少模板等物资的占压。

试验证明，高效减水剂的种类和使用量会对混凝土凝结时间造成一定程度的影响。实验室水泥凝结实验表明：

（1）不同品种的水泥加入FDN高效减水剂，加入量相同时，普通水泥的初凝时间为182～265min，矿渣水泥的凝结时间为291min～420，这个时差已经对施工组织设计造成影响；（2）在矿渣水泥中加入FDN高效减水剂，加入量为0.25%时，测得凝结时间为356min（初）至483min（终），加入量增加为1.00%时，凝结时间为703（初）至801min（终）。这个结果表明，高效减水剂的选择和设计配比，对水泥凝结时间的影响还是比较大的。

因此，混凝土配比设计时，需要根据使用目的选择合适的高效减水剂和使用比例。

2.1.3高效减水剂对水泥水化热的影响较小

研究结果表明，普通水泥的3d累计水化热为242J/g，7d累计水化热为284J/g；加入CRS高效减水剂后，普通水泥的3d累计水化热为242J/g，7d累计水化热为275J/g。由此可见，高效减水剂对于水泥的水化热影响并不大。不同的高效减水剂对水化热的影响不尽相同，需根据使用目的选择。

2.2高效减水剂在混凝土硬化过程中的作用

将高效减水剂含量作为变量，混凝土抗压强度与和易性作为定量，宋晓辉研究了高效减水剂含量对混凝土抗压强度的影响。实验结果显示，当FDN高效减水剂的掺入量由0.25%增加到0.5%时，3d抗压强度由21.1MPa增加到28.9MPa，增长率36.9%；7d强度由35.6MPa增长到44.8MPa，增长率25.8%；28d强度则由51.4MPa增长了13.6%达到58.4MPa。高效减水剂掺入量的增加对混凝土初始强度的提高效率显著，对最终强度也有不小的提高。

研究还发现，高效减水剂的加入，还将对混凝土造成以下有利的影响：（1）可以有效节约水泥用量，有利于混凝土的保养成型和裂缝控制；（2）在相同的混凝土坍塌落度和强度的情况下，高效减水剂的加入，对混凝土流动性的增强效果显著；（3）降低用水量，有利于保证混凝土的龄期强度和最终强度。

3混凝土组分对高效减水剂性能的影响分析

混凝土是由级配骨料、砂、水和水泥搅拌而成的混合物，加入其中的高效减水剂想要充分发挥其应有的功效，还需研究混凝土组分对高效减水剂作用的影响。

混凝土中的级配骨料和砂可以统称为砂石料，其对高效减水剂几乎没有影响，从高效减水剂作用机理可知，高效减水剂主要针对水泥发生作用，进而影响混凝土的性质。因此，研究水泥对高效减水剂的影响是研究高效减水剂对混凝土性能影响的重要方向。

研究表明，水泥自身的性质如成分组成、细度和颗粒形状对高效减水剂性能的发挥都存在一定影响。

3.1水泥成分对高效减水剂性能发挥的影响

实验中发现，高效减水剂含量一定时，矿渣水泥比普通水泥的塑化效果要好。矿渣水泥中存在的矿渣小粒子，在搅拌过程中，有助于高效减水剂和水、水泥的充分接触，相较于普通水泥，矿渣水泥更利于高效减水剂的流通和均匀分布，更有利于高效减水剂发挥其相应的作用，直观表现就是矿渣水泥的塑化效果好于普通水泥。

3.2水泥粒度对高效减水剂作用能力的影响

研究发现，水泥的粒度对高效减水剂的效能发挥具有很大的影响。在保持其它工艺条件和组分不变的情况下，水泥的粒度越小，高效减水剂越能发挥其性能；反之，水泥的粒度越大，高效减水剂对水泥的增塑作用越差。从微观角度分析，水泥粒度越小，单位体积内水泥粒子越多，比表面积越大，和高效减水剂的接触越充分，越有利于高效减水剂效能的发挥。

实验数据表明，减水剂的含量为1%时，水泥细度越大，高效减水剂的效能发挥的越充分，水泥浆流动性越好；但当减水剂含量少于0.3%时，水泥的细度对高效减水剂的促进作用基本不存在。

3.3水泥颗粒形状对高效减水剂作用能力的影响

水泥颗粒形状对高效减水剂作用能力的影响表现为，水泥拌合后，不同形状的水泥颗粒，其产生絮凝聚构的大小和难易度各不相同，水泥浆液的流动性相差较大，加入的高效减水剂其作用环境不同，产生的有利效果不同，进而影响其作用能力。

研究表明，水泥颗粒形状为碎石形状时，加入的高效减水剂的作用能力，明显强于水泥颗粒形状为卵石形状时的作用能力。可以理解为，随时状态的水泥颗粒拌合时，更容易形成絮凝聚构，形成的絮凝聚构更稳定，结构更连续，有利于高效减水剂发挥其本身效力。而有卵石形状水泥颗粒组成的絮凝聚构，容易发生崩溃，徐宁聚构连续性不高，即便不加入高效减水剂，一部分游离水也会发散出来加入水泥浆液的拌合，如此一来，高效减水剂的作用能力就不能很充分的发挥出来。

4高效减水剂的种类与特性

国内外高强度高性能混凝土中常用的高效减水剂主要有以下四大类。

一是多环芳香族磺酸盐类。使用较为普遍的一种减水剂，具有成本低、减水率高的优点，同时具有拌合品塌落度损失比较严重的缺陷。使用中可以向其中添加缓凝组分复合使用或者选择具有缓释性能的此类减水剂，以减少塌落度的损失，保证高效减水剂效能的发挥。

二是水溶性树脂磺酸盐类，主要为磺化三聚氰胺树脂、磺化古码隆树脂等。此类减水剂与水泥的相容性较好，和其他减水剂混合使用时也能保持很好的相容性。实践表明，此类减水剂掺量低但减水率高，性能优良，在一定比例范围内，减水率随掺入量的增加而提高。掺入量一旦超出临界比例，对混凝土的缓凝作用明显。此类减水剂不得和木质素磺酸盐类减水剂混合使用。

三是脂肪族类，主要有聚羧酸盐类、聚丙烯酸盐类。此类减水剂与传统减水剂差异较大，需准确认识其作用机理，谨慎使用。

最后一类以改性木质素磺酸钙、改性丹宁为代表的其它类型。

多种减水剂一起使用时，需要注意其相互之间的影响。除了单纯的减水性能外，复合型高效减水剂还可以具有速凝、早强、防冻等特性，需根据使用目的复配。

5总结

高效减水剂在混凝土中的使用具有重要意义。不管是对混凝土质量的控制还是对施工成本的控制，高效减水剂都会发挥重要作用。

充分了解高效减水剂的性质和作用机理，才能根据使用环境正确选择高效减水剂的种类；充分了解高效减水剂和混凝土中组分相互影响的关系，才能因地制宜，研制出科学合理的混凝土配比；充分了解高效减水剂作用能力的影响因素，才能确定高效减水剂的使用比例，进而调配出经济性和可操作性兼备的混凝土。