高效減水劑與混凝土及其組分的關(guān)系

隨著建筑施工技術(shù)的發(fā)展，一大批有重要影響力的工程陸續(xù)開展；國內(nèi)國外一些重要的建筑也面臨著翻新加強(qiáng)的問題。然而，不管是水利水電工程、公路、橋梁隧洞還是市政房建，混凝土作為一種基本和重要的建筑材料，在新建領(lǐng)域和翻新加固工程中，依舊擔(dān)任主角地位。但是，隨著設(shè)計的高要求、建（構(gòu)）筑物的功能多樣性和入倉手段的多樣化，要求混凝土具備不同的性質(zhì)，單一性質(zhì)的混凝土已經(jīng)不能滿足建筑施工的要求，需要添加不同的外加劑，使其滿足不同的設(shè)計要求，適應(yīng)多樣化的施工環(huán)境。

添加高效減水劑，是調(diào)整和優(yōu)化混凝土配比，提高和加強(qiáng)混凝土性質(zhì)最直接有效的手段，能夠滿足目前大多數(shù)混凝土施工的要求。混凝土中高效減水劑含量和比例是優(yōu)質(zhì)混凝土配比的技術(shù)關(guān)鍵，科學(xué)、合理、有效的配比，是保證混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是成本控制的依據(jù)。

1高效減水劑的作用機(jī)理

至今為止，還未有詳實的實驗數(shù)據(jù)來證明高效減水劑作用機(jī)理理論的科學(xué)性。

從分子層面解釋高效減水劑的作用機(jī)理，原理簡單明了，便于技術(shù)人員掌握。

水泥拌合過程中，水泥顆粒間因為分子引力存在，相互吸引產(chǎn)生絮狀物，并形成絮凝聚構(gòu)。絮凝聚構(gòu)包裹了部分拌合用水，降低了混凝土拌合物的和易性。

高效減水劑具有憎水和親水的特性，減水劑的憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團(tuán)指向水溶液并形成吸附膜。混凝土拌合時，由于高效減水劑的定向吸附作用，使得水泥顆粒表面存在同性電荷，同性相斥，水泥顆粒彼此分散，混凝土的絮凝聚構(gòu)崩潰，包裹的水分被釋放出來，補(bǔ)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動性，達(dá)到減少用水的效果。同時，水泥顆粒表面由于高效減水劑而形成的吸附膜使水泥顆粒與顆粒之間接觸更圓潤，增加混凝土的和易性；吸附膜還使得水泥顆粒表面積增大，促使水化作用更充分，有利于提升混凝土的強(qiáng)度。

2高效減水劑對混凝土性能的促進(jìn)作用

2.1高效減水劑對混凝土基本性質(zhì)促進(jìn)能力的研究

2.1.1高效減水劑增強(qiáng)混凝土的和易性

混凝土本身的流動性較差，即便加入足夠量的水，由于生成絮凝狀物質(zhì)，其流動性依然不能完全滿足施工要求。由高效減水劑作用原理可知，高效減水劑的加入，使得絮凝狀物質(zhì)崩潰，水分得以充分利用，增加了混凝土的流動性。且高效減水劑和混凝土處于一種穩(wěn)定的懸浮相態(tài)，加強(qiáng)了混凝土的和易性。

研究表明，減水劑的含量提高時，混凝土坍落度也隨之增加，當(dāng)坍落度增加到一定程度后將減慢。因此，高效減水劑的使用量和比例需要試驗論證，一般情況下，減水劑含量為0.75%時，可獲得最大的坍落度，并且此時的坍落幅度也是各種不同比例減水劑混凝土的坍落度峰值。

坍落度與天氣溫度的關(guān)系，表現(xiàn)為：溫度高時，減水劑的活性增加，對混凝土和易性起到促進(jìn)作用，使得坍落速度更快；溫度低時，分子運動緩慢，減水劑的促進(jìn)作用降低，則坍落速度也變得緩慢。從混凝土塌落度和塌落范圍考慮，高效減水劑的含量控制在0.5%～0.75%較為合理，無謂的增加高效減水劑含量，并不會增加混凝土的有效和易性，且會造成成本浪費。

2.1.2高效減水劑對混凝土凝結(jié)時間影響較大

混凝土凝結(jié)時間關(guān)系著混凝土施工的人、材、機(jī)布置和施工工藝的選擇。一般而言，要求凝結(jié)時間盡量短，并保持在一個范圍內(nèi)，以減少模板等物資的占壓。

試驗證明，高效減水劑的種類和使用量會對混凝土凝結(jié)時間造成一定程度的影響。實驗室水泥凝結(jié)實驗表明：

（1）不同品種的水泥加入FDN高效減水劑，加入量相同時，普通水泥的初凝時間為182～265min，礦渣水泥的凝結(jié)時間為291min～420，這個時差已經(jīng)對施工組織設(shè)計造成影響；（2）在礦渣水泥中加入FDN高效減水劑，加入量為0.25%時，測得凝結(jié)時間為356min（初）至483min（終），加入量增加為1.00%時，凝結(jié)時間為703（初）至801min（終）。這個結(jié)果表明，高效減水劑的選擇和設(shè)計配比，對水泥凝結(jié)時間的影響還是比較大的。

因此，混凝土配比設(shè)計時，需要根據(jù)使用目的選擇合適的高效減水劑和使用比例。

2.1.3高效減水劑對水泥水化熱的影響較小

研究結(jié)果表明，普通水泥的3d累計水化熱為242J/g，7d累計水化熱為284J/g；加入CRS高效減水劑后，普通水泥的3d累計水化熱為242J/g，7d累計水化熱為275J/g。由此可見，高效減水劑對于水泥的水化熱影響并不大。不同的高效減水劑對水化熱的影響不盡相同，需根據(jù)使用目的選擇。

2.2高效減水劑在混凝土硬化過程中的作用

將高效減水劑含量作為變量，混凝土抗壓強(qiáng)度與和易性作為定量，宋曉輝研究了高效減水劑含量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。實驗結(jié)果顯示，當(dāng)FDN高效減水劑的摻入量由0.25%增加到0.5%時，3d抗壓強(qiáng)度由21.1MPa增加到28.9MPa，增長率36.9%；7d強(qiáng)度由35.6MPa增長到44.8MPa，增長率25.8%；28d強(qiáng)度則由51.4MPa增長了13.6%達(dá)到58.4MPa。高效減水劑摻入量的增加對混凝土初始強(qiáng)度的提高效率顯著，對最終強(qiáng)度也有不小的提高。

研究還發(fā)現(xiàn)，高效減水劑的加入，還將對混凝土造成以下有利的影響：（1）可以有效節(jié)約水泥用量，有利于混凝土的保養(yǎng)成型和裂縫控制；（2）在相同的混凝土坍塌落度和強(qiáng)度的情況下，高效減水劑的加入，對混凝土流動性的增強(qiáng)效果顯著；（3）降低用水量，有利于保證混凝土的齡期強(qiáng)度和最終強(qiáng)度。

3混凝土組分對高效減水劑性能的影響分析

混凝土是由級配骨料、砂、水和水泥攪拌而成的混合物，加入其中的高效減水劑想要充分發(fā)揮其應(yīng)有的功效，還需研究混凝土組分對高效減水劑作用的影響。

混凝土中的級配骨料和砂可以統(tǒng)稱為砂石料，其對高效減水劑幾乎沒有影響，從高效減水劑作用機(jī)理可知，高效減水劑主要針對水泥發(fā)生作用，進(jìn)而影響混凝土的性質(zhì)。因此，研究水泥對高效減水劑的影響是研究高效減水劑對混凝土性能影響的重要方向。

研究表明，水泥自身的性質(zhì)如成分組成、細(xì)度和顆粒形狀對高效減水劑性能的發(fā)揮都存在一定影響。

3.1水泥成分對高效減水劑性能發(fā)揮的影響

實驗中發(fā)現(xiàn)，高效減水劑含量一定時，礦渣水泥比普通水泥的塑化效果要好。礦渣水泥中存在的礦渣小粒子，在攪拌過程中，有助于高效減水劑和水、水泥的充分接觸，相較于普通水泥，礦渣水泥更利于高效減水劑的流通和均勻分布，更有利于高效減水劑發(fā)揮其相應(yīng)的作用，直觀表現(xiàn)就是礦渣水泥的塑化效果好于普通水泥。

3.2水泥粒度對高效減水劑作用能力的影響

研究發(fā)現(xiàn)，水泥的粒度對高效減水劑的效能發(fā)揮具有很大的影響。在保持其它工藝條件和組分不變的情況下，水泥的粒度越小，高效減水劑越能發(fā)揮其性能；反之，水泥的粒度越大，高效減水劑對水泥的增塑作用越差。從微觀角度分析，水泥粒度越小，單位體積內(nèi)水泥粒子越多，比表面積越大，和高效減水劑的接觸越充分，越有利于高效減水劑效能的發(fā)揮。

實驗數(shù)據(jù)表明，減水劑的含量為1%時，水泥細(xì)度越大，高效減水劑的效能發(fā)揮的越充分，水泥漿流動性越好；但當(dāng)減水劑含量少于0.3%時，水泥的細(xì)度對高效減水劑的促進(jìn)作用基本不存在。

3.3水泥顆粒形狀對高效減水劑作用能力的影響

水泥顆粒形狀對高效減水劑作用能力的影響表現(xiàn)為，水泥拌合后，不同形狀的水泥顆粒，其產(chǎn)生絮凝聚構(gòu)的大小和難易度各不相同，水泥漿液的流動性相差較大，加入的高效減水劑其作用環(huán)境不同，產(chǎn)生的有利效果不同，進(jìn)而影響其作用能力。

研究表明，水泥顆粒形狀為碎石形狀時，加入的高效減水劑的作用能力，明顯強(qiáng)于水泥顆粒形狀為卵石形狀時的作用能力。可以理解為，隨時狀態(tài)的水泥顆粒拌合時，更容易形成絮凝聚構(gòu)，形成的絮凝聚構(gòu)更穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)更連續(xù)，有利于高效減水劑發(fā)揮其本身效力。而有卵石形狀水泥顆粒組成的絮凝聚構(gòu)，容易發(fā)生崩潰，徐寧聚構(gòu)連續(xù)性不高，即便不加入高效減水劑，一部分游離水也會發(fā)散出來加入水泥漿液的拌合，如此一來，高效減水劑的作用能力就不能很充分的發(fā)揮出來。

4高效減水劑的種類與特性

國內(nèi)外高強(qiáng)度高性能混凝土中常用的高效減水劑主要有以下四大類。

一是多環(huán)芳香族磺酸鹽類。使用較為普遍的一種減水劑，具有成本低、減水率高的優(yōu)點，同時具有拌合品塌落度損失比較嚴(yán)重的缺陷。使用中可以向其中添加緩凝組分復(fù)合使用或者選擇具有緩釋性能的此類減水劑，以減少塌落度的損失，保證高效減水劑效能的發(fā)揮。

二是水溶性樹脂磺酸鹽類，主要為磺化三聚氰胺樹脂、磺化古碼隆樹脂等。此類減水劑與水泥的相容性較好，和其他減水劑混合使用時也能保持很好的相容性。實踐表明，此類減水劑摻量低但減水率高，性能優(yōu)良，在一定比例范圍內(nèi)，減水率隨摻入量的增加而提高。摻入量一旦超出臨界比例，對混凝土的緩凝作用明顯。此類減水劑不得和木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑混合使用。

三是脂肪族類，主要有聚羧酸鹽類、聚丙烯酸鹽類。此類減水劑與傳統(tǒng)減水劑差異較大，需準(zhǔn)確認(rèn)識其作用機(jī)理，謹(jǐn)慎使用。

最后一類以改性木質(zhì)素磺酸鈣、改性丹寧為代表的其它類型。

多種減水劑一起使用時，需要注意其相互之間的影響。除了單純的減水性能外，復(fù)合型高效減水劑還可以具有速凝、早強(qiáng)、防凍等特性，需根據(jù)使用目的復(fù)配。

5總結(jié)

高效減水劑在混凝土中的使用具有重要意義。不管是對混凝土質(zhì)量的控制還是對施工成本的控制，高效減水劑都會發(fā)揮重要作用。

充分了解高效減水劑的性質(zhì)和作用機(jī)理，才能根據(jù)使用環(huán)境正確選擇高效減水劑的種類；充分了解高效減水劑和混凝土中組分相互影響的關(guān)系，才能因地制宜，研制出科學(xué)合理的混凝土配比；充分了解高效減水劑作用能力的影響因素，才能確定高效減水劑的使用比例，進(jìn)而調(diào)配出經(jīng)濟(jì)性和可操作性兼?zhèn)涞幕炷痢?/p>