减水剂对混凝土性能影响

减水剂对混凝土性能影响的研究

1 引言

混凝土外加剂是在混凝土、水泥净桨或砂浆拌合时、拌合前或额外拌合中掺入，用以改善混凝土性能的化学物质。非特殊情况，加入量一般不超过水泥质量的5％。目前，针对混凝土工程的各种特殊要求，已经研制出了许多种能满足各式各样要求的外加剂，将它们以适当方式加到混凝土中就可以达到一些预期的效果。根据这些外加剂的作用，可分为减水剂、速凝剂、缓凝剂、引气利、防水剂、粘结剂、膨胀剂、阻锈剂、消泡剂、脱模剂、着色剂、防潮剂等等。

这些混凝土外加剂按其主要功能可分为四类：

(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括减水剂、引气剂和泵送剂等。

(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。

(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。

(4)改善混凝土其它性能的外加剂，包括粘结剂、膨胀剂、阻锈剂、消泡剂、脱模剂、着色剂、防潮剂等等。

本文先介绍几种常用的外加剂，再着重对混凝土减水剂的分类、作用机理、现状及发展加以阐述。此外，本文还针对目前常用的几种检测混凝土初终凝时间的方法，分析了其优点和不足。并提出了一种新的检测方法——收缩率测定法。

２混凝土外加剂

2.1外加剂的分类

对外加剂可按其功能和化学成分分类。

按功能分类，有改善混凝土拌和物流变性能的，有调节混凝土凝结时间和硬化性能的，有改善混凝土耐久性能的;按化学成分分类，有无机类、有机类、有机无机复合类共三类。2．1．1 混凝土减水剂

减水剂能在不影响和易性的条件下使给定混凝土的拌和用水量减少，在不影响用水量的条件下使混凝土拌和物的和易性增加。此类减水剂可分为普通减水剂和高效减水剂。

①普通减水剂:要求减水率>5%，龄期为3-7天的混凝土抗压强度提高10%，龄期为28天的混凝土抗压强度提高5%以上。常用的普通减水剂有木质素磺酸钙减水剂。

②高效减水剂:能大幅度地减少拌和用水量或显著提高混凝土的流动度。要求减水率>10% ,龄期为3天的混凝土抗压强度提高25%以上，龄期为28天的混凝土抗压强度提高巧%以上。目前常用的有聚烷基芳基磺酸盐类和密胺类减水剂。

减水剂对新拌棍凝土性能的影响主要有和易性的改善，拌和用水量的减水以及含气量有所增加，凝结时间有所延长和水泥水化放热速度减缓。

减水剂对硬化混凝土性能的影响主要有强度的提高，变形能力的增强，抗渗能力的提高和耐冻融性能的提高，且对钢筋无危害，有减缓混凝土中钢筋锈蚀的作用。

2．1．2 缓凝剂

缓凝剂的种类:

①普通缓凝剂:能延长混凝土凝结时间的外加剂。

②缓凝减水剂:兼有缓凝和减水功能的外加剂。

③缓凝高效减水剂:兼有缓凝和显著减水功能的外加剂。

④缓凝引气减水剂:兼有缓凝、引气和减水功能的外加剂。

⑤缓凝引气高效减水剂:兼有缓凝、引气和显著减水功能的外加剂。

缓凝外加剂能延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土在较长时间内保持塑性，有利于浇筑成型和提高施工质量及降低水泥初期的水化热。

缓凝外加剂主要用于炎热气候下施工的混凝土、大体积混凝土及需长时间停放或长距离运输的混凝土。缓凝剂及缓凝减水剂不宜用于日最低气温5℃以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土;缓凝高效减水剂不宜用于日最低气温为0℃以下施工的混凝土。缓凝剂及缓凝减水剂的品种及其掺量，应根据混凝土的凝结时间、运输距离、停放时间、强度等要求来确定，严禁过量掺人。过量掺人将导致棍凝土凝结时间显著推迟，早期强度降低，甚至不凝、假凝。缓凝剂和缓凝减水剂一般先配成适当浓度的溶液，加放拌和在水中使用。配制的溶液应定期检查，防止浓度不均而造成质量事故。缓凝剂及缓凝减水剂可与其他外加剂复合使用。配制溶液时应注意其共溶性，确定混合后不发生絮凝、沉淀等不良现象时方可先混合，否则应分别配制成溶液并分别加放在搅拌机内。掺缓凝剂的混凝土在终凝后才能浇水养护。

2．1．3 早强剂

早强外加剂分类:

①普通早强剂:加速混凝土早期强度发展的外加剂。一般不具有或具有较小的减水功能，对混凝土后期强度影响不大。

②早强减水剂:兼有早强和减水功能的外加剂。能提高混凝土的早期强度，具有一定的减水功能，且能使混凝土后期强度和耐久性能有所提高。

③早强高效减水剂:兼有早强和显著减水功能的外加剂。能显著提高混凝土的早期强度、和易性、后期强度及耐久性。

早强外加剂适用于日最低气温不低于一5℃环境下的混凝土施工。大多数产品为复合载体故必须以干粉掺人使用，并适当延长搅拌时间。掺加时应加在水泥里，不得加在潮湿的砂石上，以免造成硫酸钠与集料表面的水接触后结块，搅拌时不易分散，使混凝土干裂。当粉剂中有结块和粗粒时，必须粉碎，通过30目筛筛后方可使用。宜以体积法计量，这可避免产品受潮造成掺量不准。早强加外剂不得用于含有活性骨料的混凝土结构。

2．1．4 混凝土防冻剂

是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。

防冻剂分类:(按掺量能塑化效果分类)

①高效防冻剂:系减水剂>12%(一般为20%)，掺量小于或等于水泥质量的5%，适用于日最低气温为-15℃—20℃的防冻剂。

②普通防冻剂:系减水率较小及掺量较大的防冻剂。

防冻剂的适用范围:目前国内防冻剂产品适用的气温范围为-20℃—O℃，在更低的气温下施工时可采用其他冬季施工措施，如暖棚法、综合蓄热法等。掺防冻剂混凝土采用一层塑料薄膜、两层草袋或其他用品覆盖养护时，在日气温-5℃一+5℃正负温交替条件下，可使用早强剂或早强减水剂;日最低气温为-15℃、-20℃时可分别采用规定温度为-10℃或-15℃的防冻剂;氯盐类防冻剂适用于无筋混凝土工程;氯盐钢筋类防冻剂适用于允许掺用氯盐的钢筋混凝土工程;无氯盐类防冻剂可用于钢筋混凝土和预应力混凝土。但硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐类外加剂不得用于预应力混凝土及镀锌钢材或与铁相接触部位的钢筋混凝土结构。含有六价铬盐、亚硝酸盐等有毒防冻剂，禁止用于饮水工程及与食品相接触的工程。

2．1．5 混凝土膨胀剂

能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。

膨胀剂的种类:

①硫铝酸、钙类膨胀剂，其掺量一般为水泥质量的8%一15%;

②氧化钙类，这类膨胀剂的掺量为水泥质量的3%-5%;

③复合膨胀剂;

④金属类膨胀剂，铝粉膨胀剂一般掺量为水泥质量的1/100000。

一般用在标号为32.5MPa及以上的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥中。采用其他水泥时须经过试验。膨胀混凝土(砂浆)的配合比设计与普通混凝土(砂浆)相同。每1m3所用膨胀剂的质量与1m3实际水泥质量之和，作为每1m3混凝土(砂浆)水泥的质量。铁屑膨胀剂的质量不计算在水泥用量内。膨胀剂的实际掺量须通过试验确定。膨胀混凝土(砂浆)宜采用机械搅拌，必须搅拌均匀，一般比普通混凝土(砂浆)的搅拌时间需延长30s以上。膨胀混凝土(砂浆)必须在潮湿状态下养护14天以上，或用喷涂养护剂养护;在日最低气温低于+5℃时，可采用40℃热水搅拌并采用保温措施;膨胀混凝土(砂浆)可采用蒸气养护。

2.1 混凝土减水剂

减水剂是混凝土外加剂中应用最广泛、效果最显著的一种掺拌材料，它的主要作用是改善混凝土拌和物的流变性能。在混凝土中添加减水剂，能够减少用水量，提高混凝土强度，增大混凝土的流变性，同时还能节约水泥用量。

2．2．1 减水剂的发展历史

近代混凝土减水剂的发展已有60多年的历史。20世纪30年代初，美国、英国、日本等已经在公路、隧道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。到60年代，混凝土减水剂得到了较快发展。1962年，日本的服部健一等将萘磺酸甲醛高缩合物用作减水剂。几乎在同时，