浅谈混凝土减水剂对混凝土的影响

徐强

摘 要：减水剂现在已经成为混凝土中不可缺少的原料之一，也是目前应用最广的外加剂。减水剂应用历史悠久，加入到混凝土中对混凝土的各种性能产生很大的影响，减水剂的复配和聚羧酸系高效减水剂是当前减水剂发展趋势。

关键词：减水剂；机理；影响；发展

中图分类号：TV331文献标识码： A

混凝土减水剂是在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，赋予新拌混泥土和硬化混泥土以优良性能的化学外加剂，掺量通常不大于水泥（或胶凝材料）质量的5%，混凝土减水剂可以改进混凝土内部结构和工艺过程，应用混凝土外加剂的目的在于改善混凝土的和易性和硬化混凝土的性能，同时获得节省水泥、节省能源、提高强度、缩短工期、加快模板周转等多种经济技术效果[1]。

一、减水剂的作用机理简介

由于水泥颗粒粒径绝大部分在7μm-80μm范围内，属于微细粒粉体颗粒范畴。对于水泥-水体系，水泥颗粒及水泥水化颗粒表面为极性表面，具有较强的亲水性，微细的水泥颗粒具有较大的比表面能(固液界面能)，为了降低固液界面总能量，微细的水泥颗粒具有自发凝聚成絮团趋势，以降低体系界面能，使体系在热力学上保持稳定性。同时在水泥水化初期，C3A颗粒表面带正电荷，而C3S和C2S颗粒表面带负电荷，正负电荷的静电引力作用也促使水泥颗粒凝聚形成絮团结构。水泥颗粒或水泥水化颗粒作为固体吸附剂，由于本身性质和结构的复杂性，使减水剂在其表面的吸附既有物理吸附，也有化学吸附。并且吸附作用可以发生在毛细孔、裂缝及气孔的所有表面上。减水剂在水泥颗粒表面的吸附过程要比一般的溶液吸附过程复杂得多。并且在水泥—水分散体系中，水泥粒子吸附减水剂的同时，还伴随着水泥的水化过程。

二、减水剂对混凝土性能的影响

1、减水剂对新拌混凝土性能的影响

（1）提高工作性能

和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(即易于拌和、运输、浇灌及振捣)，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能(又称为工作性)。和易性是一项综合性指标，它包括流动性、粘聚性和保水性三方面的涵义。适量减水剂掺入混凝土拌合物中，由于其对水泥颗粒的分散作用，可使新拌混凝土粘度下降，颗粒间相对流动容易，从而不同程度地改善新拌混凝土的和易性[2]。

高效减水剂对新拌混凝土和易性的改善比普通减水剂强。在一定范围内，随着减水剂掺量增大和易性改善程度也增大。但是引气缓凝减水剂(如木质素磺酸盐、糖钙、糖蜜等)掺量过大会导致混凝土凝结时间过长，并引气过多降低硬化混凝土强度。高效减水剂(萘磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物等)掺量过大会导致新拌混凝土离析、泌水严重。因此，各品种减水剂，均有其合适的掺量范围。在此范围内既改善新拌混凝土的和易性又提高硬化混凝土的各种性能。

（2）大剂量减水剂对新拌混凝土稳定性的影响

随着高强和泵送混凝土工艺日益广泛的应用，普通减水剂不仅减水率达不到要求，而且由于水灰比减小，浇筑时工作度要求增大。新拌混凝土的工作度损失加剧，不满足较长距离运输的要求。所以一般增大高效减水剂的掺量来弥补新拌混凝土的工作度损失。其机理是：新拌混凝土中水泥的硫酸钙含量与形态影响液相中硫酸根的浓度，是其流变行为的控制因素之一。低水胶比混凝土由于溶解硫酸盐产生S04 -2的水分少，而需要控制的C3A量又多，相对而言，有较多的C3A就地水化[3]。因为缺少硫酸根离子，高效减水剂分子上的磺酸根基团就会与C3A结合，使液相里的高效减水剂剂量下降，逐渐失去对水泥的分散作用，加速其工作度的损失。增大高效减水剂的掺量，使它在液相里的量增加，工作度损失率减小。

2、减水剂对硬化混凝土性能的影响

（1）减水剂对混凝土强度的影响

任何混凝土结构物主要都是用以承受荷载或抵抗各种作用力。所以，强度是混凝土最重要的力学性能。一定条件下，工程要求的混凝土其他性能往往都与混凝土强度存在着密切关系。由鲍罗米公式可知，水灰比对混凝土的强度起决定性作用。

减水剂掺入混凝土中，在保持新拌混凝土和易性相同的情况下可降低混凝土的水灰比，因而可提高混凝土的抗压强度。一般减水剂的减水率愈大，混凝土抗压强度愈高。减水剂使混凝土抗压强度提高的原因，除了降低水灰比以外，还由于减水剂的分散作用使混凝土的匀质性和水泥的有效利用率提高[4]。

但是缓凝型普通减水剂(如木质素磺酸盐、糖蜜等) 掺量过大则可能由于过度缓凝而降低混凝土的强度；引气型减水剂若掺量过大，也会由于过度引气而抵消其减水增强的作用，从而可能使混凝土强度增大很小或略有降低。高效减水剂在水泥用量及混凝土和易性不变的情况下，随着减水剂掺量增大，混凝土强度逐渐增大并趋于稳定。但某些高效减水剂掺量过大时，会造成拌合物离析、泌水增大，因而可能使混凝土强度反而降低。因此无论从经济上还是从技术上考虑，对于某种混凝土减水剂均有一合适掺量。

（2）减水剂对硬化混凝土耐久性的影响

混凝土耐久性是一项综合性能，它主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗碳化、碱一骨料反应抑制性等。本文仅讨论减水剂对部分耐久性能的影响。

在混凝土结构设计中，不能只重视强度对结构的影响，而忽视环境对结构的作用，否则混凝土结构在未达到预定的使用年限，即出现钢筋锈蚀、混凝土剥落劣化等破坏现象， 需要大量投资进行修复加固甚至拆除重建。提高混凝土耐久性，延长结构寿命，减少修复工量，对提高经济效益具有重要意义。

1)减水剂对混凝土抗渗性的影响：混凝土抵抗流体(包括水、油、气)介质渗透进入其内部的能力叫做混凝土抗渗性。抗渗性是混凝土耐久性的重要指标，提高抗渗性是提高混凝土耐久性的有效途径。

减水剂掺入到混凝土拌合物中，在和易性相同的情况下，可大幅度减少拌和用水量，因而减少了水化剩余水的蒸发和泌水留下的孔缝，提高了混凝土的密实性，降低了孔隙率。减水剂还可细化混凝土的孔直径，改善混凝土的孔结构。若掺入具有一定引气作用的减水剂，由于分散和引气作用，提高了混凝土中孔的均匀性，特别是引入大量微小气泡阻塞了连通毛细管的通道，变开放孔为封闭孔。因此，混凝土中掺入减水剂可显著提高其抗渗性。

2)减水剂对混凝土抗冻性的影响：混凝土在反复冻融过程中破坏，是由于自由水冻结成冰时体积增大9%所形成的膨胀压力，以及过冷水发生迁移产生的渗透压力所致。而混凝土的抗冻性是指在水饱和状态下，混凝土能经受多次冻融循环而不破坏，不严重降低强度的性能[5]。

混凝土中掺入一定量的具有一定引气作用的减水剂，在新拌混凝土和易性相同的情况下，降低了水灰比并引入一定数量独立微小气泡， 能改善混凝土的孔结构，提高混凝土中孔的均匀性，减小气泡间隔系数。因此混凝土中掺入具有一定引气作用的减水剂，可提高混凝土的抗冻性。

三、结语

未来的高性能混凝土除具备良好的工作性，优异的力学性能和耐久性外，还应具备高耐磨性，超低收缩性，高韧性，高弹性，超低发热性，超早强性非磁性等多种功能。随着混凝土向高强化，高性能化发展，同时由于我国地理因素，气候以及混凝土原材料来源的差异性，要求混凝土外加剂必须具备多种功能和性能。由此可见单一品种混凝土外加剂已不能适应混凝土技术的发展。混凝土外加剂必须走复合型路子，向多种功能，复合型方向发展。

参考文献：

[1]李崇智,周文娟,王林.建筑材料[M].清华大学出版社,2009.(33)

[2]覃维祖.高效减水剂的作用与发展[J].混泥土,1994,135(5).(5-8)

[3]李崇智,冯乃谦,李永德等.高性能减水剂的研究现状与展望[J].混泥土与水泥制品,2001,118(2).(3-6)

[4]中华人民共和国行业标准：《混泥土外加剂》（GB 8076－2008），人民交通出版社，2008

[5]中华人民共和国行业标准：《混泥土外加剂应用技术规范》（GB 50119－2003），人民交通出版社，2003