浅谈混凝土减水剂对混凝土的影响

浅谈混凝土减水剂对混凝土的影响

摘要：减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土

坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土工作性。本文主要讨论了减水

剂对新拌混凝土性能及水泥水化动力学的影响。

关键词：高效减水剂；混凝土；性能；影响

引言：减水剂主要适用于各类工业与民用建筑、水利、交通、港口、市政等

工程中的预制和现浇筑钢筋混凝土；适用于高强、超高强和中等强度混凝土，以

及要求早强、适度抗冻、大流动性混凝土；适用于蒸养工艺的预制混凝土构件；

适用于做各种复合型外加剂的减水增强组分（即母料）。在混凝土坍落度基本

相同的条件下能大幅度减少拌合水量的外加剂称为高效减水剂。

一、高效减水剂对新拌混凝土的作用

一是减水作用。混凝土中掺人高效减水剂后，可在保持流动性的条件下显著

地降低水灰比。高效能减水剂的减水率可达10%～25%，而普通减水剂的减水率

为5%～15%，高效减水剂亦因此而得名。产生减水作用的原因主要是由于混凝土

对减水剂的吸附和分散作用。水泥在加水搅拌以及凝结硬化过程中，会产生一些

絮凝状结构。产生絮凝状结构的原因很多，可能是由于水泥矿物（C3A、C4AF、

C3S、C2S）在水化过程中所带电荷不同，因产生异性电荷相吸引而絮凝；也可能

是由于水泥颗粒在溶液中的热运动，在某些边棱角处互相碰撞、吸附、相互吸引

而形成絮凝状结构；还有如粒子间的范德华引力作用以及水解水化反应初期也会

引起絮凝。在这些絮凝状结构中，包裹着很多拌合水，从而减少了水泥水化所需

的水量，降低了新拌混凝土的和易性。施工中为了保持新拌混凝土所需的和易性，就必须在拌合时相应地增加用水量，这就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙，

从而严重影响着硬化混凝土的一系列物理力学性能，若能将这些多余的水分释放

出来，混凝土的拌合用水量就可大大减少，在制备混凝土的过程中掺人适量减水剂，就能很好地起到这种作用。研究表明，加入减水剂后，减水剂的憎水基团定

向吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，组成了单分子或多分子吸附膜。

由于表面活性剂分子的定向吸附，使水泥质点表面上带有相同符号的电荷，于是

在电性斥力的作用下，使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，使絮凝

状凝聚体内的游离水释放出来，从而达到减水的目的。

二是塑化作用。混凝土中掺人减水剂后，可在保持水灰比不变的情况下增加

流动性。一般的减水剂在保持水泥用量不变情况下，使新拌混凝土坍落度增大

10cm以上，高效能减水剂可配制出坍落度达到25cm的混凝土。塑化作用除了前

面提到的吸附分散引起的效果外，还有湿润和润滑作用。

三是湿润作用：水泥加水拌合后，颗粒表面被水所湿润，其湿润状况对新拌

混凝土的性能影响甚大，当这类扩散湿润自然进行时，可由Glbbs提出的方程计

算出表面自由能减少的数量。

四是润滑作用：减水剂中的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，很容易

和水分子以氢键形式缔合。这种氢键缔合作用的作用力远远大于水分子与水泥颗

粒间的分子引力。当水泥颗粒吸附足够的减水剂后，借助于R-SO3θ与水分子中

氢键的缔合作用，再加上水分子间的氢键缔合，使水泥颗粒表面形成一层稳定的

溶剂化水膜，这层膜起到了立体保护作用，阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在

颗粒间起润滑作用。减水剂的加入，伴随着引入一定量的气泡（即使是非引气

型的减水剂，也会引入少量气泡）。这些微细气泡被减水剂定向吸附的分子膜

所包围，并与水泥质点吸附膜带有相同符号的电荷，因而气泡与水泥颗粒间也因

电性斥力而使水泥颗粒分散，从而增加了水泥颗粒间的滑动能力（如滚珠轴承作用）。这种作用对掺加引气型减水剂的混凝土更为明显。由于减水剂的吸附分散

作用，湿润作用和润滑作用，只要使用少量的水就能容易地将混凝土拌合均匀，

从而改善了新拌混凝土的和易性。

二、减水剂对硬化水泥石结构的影响

（1）由于减水剂的分散作用，使水泥粒子更多保持隔离状态，使水化初期增大了水泥粒子反应面积，减水剂分散作用愈好此效果愈明显。这阶段水泥水化反

应以溶解――水化――结晶过程方式进行。除了表面积外，还有盐效应、形成不

稳定络合物等均使溶解度加大，加速水泥的溶解过程，从而使水化物增多。虽然

减水剂的成膜会阻碍反应进行，但其影响较小，其综合效果是加大了初期水化反

应速度。

（2）水泥终凝后具有一定的几何形状。在最初阶段形成的主要是发育得不够好的微晶凝聚体，或称水化物凝胶。这些尺寸很小的微晶，无规则地沉积于水泥

熟料颗粒表面上。继续水化使这些微晶呈辐射状向外生长，形成纤维状晶体，末

端尖细而有岔。这些纤维状晶体在水泥粒子周围生长形成了许多大小不等的孔隙，中间包裹水分。继续水化使纤维状晶体再向外伸长，使水泥粒子相互搭接而形成

三度空间网络结构。进一步水化使网络结构逐渐密实而增加了强度。

（3）减水剂对胶凝体向结晶体的转变过程有些延缓，这是由于减水剂使溶解度加大，溶解速度加快。使初期加有减水剂后有更多处于亚稳状态的微晶凝聚体，而表面的一层减水剂膜阻碍并延缓了微晶向结晶态的转化过程。从热力学稳定性看，小颗粒表面积大，表面自由能Z值高，热力学状态是不稳定的，微晶凝聚体

会自动溶解而重新沉积于晶体表面上使其入减水剂，它降低了固液界面长大。加

的界面能，使变化过程的自由能变化（-△Z）要小些，这就使凝胶体转化过程的

趋势减弱。

（4）随着反应进行，水化产物逐渐积聚于水泥颗粒表面上。前一阶段速度愈快，产物就愈多，覆盖于水泥颗粒上的水化物也愈多，但它还未构成对反应速度

的主要控制因素。此阶段，水化反应仍以溶解反应过程为主，而溶液已基本上达

到饱和，控制反应速度的离子扩散速度近于常数，几种作用综合效果使水化反应

速度保持不变。加入减水剂，形成络合物将影响反应物参加反应的能力；形成的

膜也妨碍水化反应；减水剂对水分子的缔合作用将影响水分子的运动，前一阶段

水化产物的多少也对这阶段速度有所影响。因此，加入减水剂将使这一阶段水泥

水化反应速度减慢。

（5）在水化反应中后期，水化产物达到一定厚度后，水分子穿过水化产物层的扩散速度将成为控制水化反应的主要因素，水化反应以固相反应方式进行。加

入减水剂，使毛细孔中的水成为有一定减水剂浓度的溶液，由于渗透压对扩散的

反作用，将阻碍水分子向水化产物层中扩散，使毛细孔孔径变小，将增大孔中水

分的内聚力，对水分子有束缚作用，再加上络合、成膜等作用，减水剂使水泥中

后期水化反应速度减慢了。

（6）从孔结构看，减水剂主要目的之一是减少用水量，这使硬化水泥石中毛细孔径变小，孔隙体积减少。而在不减少用水量时，由于分散作用及抑制结晶作用，虽然总孔隙体积改变不大，但使毛细孔径变小，这对水泥石强度的提高将产

生明显的影响。

参考文献：