减水剂对混凝土性能特点的影响研究

朱洪俊

（江苏双龙集团有限公司 江苏南京 211111）

随着混凝土在工程建设中的推广与应用，其应用范围不断扩大。特别是为了满足工程建设施工的多样化需求，开发和应用一些专门的减水剂等外掺剂，可以改善混凝土强度等使用性能，对进一步拓展混凝土应用范围具有重要的意义。

1 减水剂对混凝土性能特点的影响机理

减水剂本质上是一类建筑材料，在使用中会产生泡沫以及气泡等溶胶性泡，且它们具有不同的特性与形成机理，是由于离子型减水剂所造成的。在混凝土拌合物中加入减水剂后，减水剂会在水泥颗粒表面进行吸附，一般80%左右的减水剂会被水泥颗粒所吸附，可以使它们在较长时间内保持聚集状态而不出现扩散的情况。在不掺加减水剂时，混凝土会有一定的含气量（2%左右），所形成的气泡大小不均，且分布也非常不均匀。在混凝土中加入减水剂后，混凝土参数分布能保持良好特性，改善了混凝土的工作性能，如混凝土的抗拉强度。此外，在混凝土拌制中添加减水剂，有助于减少混凝土拌制中的用水量，所产生的微小溶胶性气泡有助于填补混凝土中内部存在的微孔隙，显著改善混凝土的抗渗透性能，增强其化学防腐能力和抗老化能力；减水剂可以融入内部材料中自由水的迁移，有助于缓和静水压力，增强混凝土抵抗反复冻融循环作用的能力；减水剂能够减缓中后期的水泥水化反应速度，提升水泥的强度，增强其抗膨胀性能。因此，在混凝土拌制时，除了考虑砂、石、水泥等常规材料外，适当加入一定量的减水剂改善混凝土的使用性能。

2 减水剂对混凝土常见性能特点影响的试验论证

2.1 试验原材料

本次试验研究混凝土拌制的原材料，型号及类别如下：砂采用中砂级别的河砂，细度模数为 2.68；石采用人工碎石，由（5～16mm）和（16～31.5mm）两个粒径范围的碎石进行搭配使用，混凝土基本配合比如表1所示。

表1 混凝土基本配合比

2.2 试验方法

本次混凝土性能影响检测性试验中，采用了三种不同的减水剂进行混凝土配置，将其坍落度控制在120～150mm范围内。基于该坍落度规定值，最终确定出表2所示的混凝土配合比。然后分别按照规定流程和要求制作混凝土试件，采用水泥基材料抗裂性能测试仪等相关设备，在规定条件下对混凝土的各项性能影响情况进行分析。

表2 混凝土配合比

2.3 试验结果及分析

（1）减水剂对新拌制混凝土坍落度的影响。

在对混凝土和易性以及流动性等分析时，一个非常关键的指标就是坍落度，其数值越大，代表混凝土具有更好的流动性。坍落度损失则是指混凝土在经过特定时间后再次测定的坍落度同其初始坍落度二者之间的差值，影响因素包括水泥、集料自身特性外和水灰比等，减水剂种类也是关键的影响因素。在本次试验研究中，通过归纳、总结试验数据，可以绘制出图1。

图1 不同减水剂种类对混凝土坍落度随时间的变化

由图1可知，在前期30min内，萘系减水剂有最大的混凝土坍落度损失，占比达到60%，其次为三聚氰胺系减水剂（30%）和聚羟酸系减水剂（20%），这表明聚羟酸系减水剂具有最好的混凝土保坍性。从其形成机理来讲，聚羟酸系减水剂在混凝土材料中会按照梯形的方式吸附于水泥表面，使得水泥分子可以在高分子吸附层所形成的静电斥力有更大分散效果，增强其稳定性，所以混凝土中加入聚羟酸系减水剂后，可以极大地降低其坍落度损失。

（2）减水剂对新拌制混凝土抗压强度的影响。

通过由表2构成的混凝土试块，对其抗压强度进行检测后，可得表3。

表3 不同减水剂构成混凝土的抗压强度比较

由表3可知，由不同类型减水剂所构成的混凝土强度产生不同影响。通过应用减水剂，均可以显著地降低混凝土拌制的拌合用水量，改善水泥的水化程度，显著提高混凝土各个龄期（3d、7d、28d）的强度，可以从三种由高效减水剂所构成混凝土的抗压强度均显著高于空白混凝土抗压强度，其中3d、7d和28d的抗压强度提高比例分别高达15%、20%和30%左右。此外，早期混凝土抗压强度最大的混凝土类型为聚羟酸系减水剂所拌制的混凝土，28d后的抗压强度值也最高。而萘系减水剂所构成的混凝土在早期具有相对较低的抗压强度，这表明其早强性能相对较差。

（3）减水剂对新拌制混凝土早期开裂性能的影响。

添加有外加剂的混凝土，水泥和外加剂之间会发生物理化学反应。一种减水剂在某种水泥所构成的混凝土中相对较小的坍落度，却在另一种水泥中可能出现比较大的坍落度损失，所以不存在对任何一种类型水泥均具有良好作用的减水剂。在实际的混凝土质量评定中，常用的评定指标主要包括混凝土坍落度与强度，却容易忽视混凝土体积稳定性，容易诱发早期收缩裂缝，可能会加速混凝土开裂，影响建筑物结构的耐久性与安全性。从影响混凝土早期开裂性的因素角度来看，除了风速、环境温度外，外加剂种类及其掺入量也是非常关键的一个影响因素。

通过试验证明，三聚氰胺系减水剂所构成的混凝土的最大裂缝宽度与开裂面积为最小，其中裂缝面积仅为聚羧酸系减水剂对应值的76%和萘系减水剂对应值的52%；最大裂缝宽度仅为聚羧酸系减水剂和萘系减水剂对应值的40%左右。在早期混凝土裂缝开裂时间，外加剂品种的影响不显著，与外加剂组成成分等因素有关。

（4）减水剂对新拌制混凝土耐久性能的影响。

减水剂对混凝土的耐久性产生较大的影响，主要表现为：①混凝土抗冻融性的影响。鉴于水灰比越小，混凝土的抗冻融性能越好，通过掺入具有引气功效的减水剂，显著改善抗冻融性能。引气量适宜控制在2%左右，最高不宜超过6%，否则会对混凝土强度和耐久性产生不利影响。②混凝土抗渗性能的影响。水灰比作为影响混凝土抗渗性能的主要因素，其值如果大于0.55，那么会超过水泥水化用水量在混凝土中形成许多泌水孔，增加混凝土的透水性。如果水灰比过小，会影响混凝土的和易性，也不利于混凝土的抗渗透性。③混凝土抗钢筋锈蚀以及抗碳化性能的影响。通过选择减水剂，可以显著减缓混凝土的碳化速度，有助于提升混凝土抗碳化性能，减轻钢筋锈蚀危害。

3 总结

综上所述，通过试验可知，减水剂会对混凝土的坍落度损失、抗压强度、早期开裂性能以及耐久性能等产生影响。在实际的混凝土拌制施工中，结合实际的情况，选择恰当类型的减水剂，改善混凝土的使用性能和工作性能。