高效減水劑與混凝土及其組分的(de)關系

随着建築施工技術的(de)發展，一(yī / yì ／yí)大(dà)批有重要(yào / yāo)影響力的(de)工程陸續開展；國(guó)内國(guó)外一(yī / yì ／yí)些重要(yào / yāo)的(de)建築也(yě)面臨着翻新加強的(de)問題。然而(ér)，不(bù)管是(shì)水利水電工程、公路、橋梁隧洞還是(shì)市政房建，混凝土作爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)種基本和(hé / huò)重要(yào / yāo)的(de)建築材料，在(zài)新建領域和(hé / huò)翻新加固工程中，依舊擔任主角地(dì / de)位。但是(shì)，随着設計的(de)高要(yào / yāo)求、建（構）築物的(de)功能多樣性和(hé / huò)入倉手段的(de)多樣化，要(yào / yāo)求混凝土具備不(bù)同的(de)性質，單一(yī / yì ／yí)性質的(de)混凝土已經不(bù)能滿足建築施工的(de)要(yào / yāo)求，需要(yào / yāo)添加不(bù)同的(de)外加劑，使其滿足不(bù)同的(de)設計要(yào / yāo)求，适應多樣化的(de)施工環境。

添加高效減水劑，是(shì)調整和(hé / huò)優化混凝土配比，提高和(hé / huò)加強混凝土性質最直接有效的(de)手段，能夠滿足目前大(dà)多數混凝土施工的(de)要(yào / yāo)求。混凝土中高效減水劑含量和(hé / huò)比例是(shì)優質混凝土配比的(de)技術關鍵，科學、合理、有效的(de)配比，是(shì)保證混凝土質量的(de)基礎，也(yě)是(shì)成本控制的(de)依據。

1高效減水劑的(de)作用機理

至今爲(wéi / wèi)止，還未有詳實的(de)實驗數據來(lái)證明高效減水劑作用機理理論的(de)科學性。

從分子(zǐ)層面解釋高效減水劑的(de)作用機理，原理簡單明了(le／liǎo)，便于(yú)技術人(rén)員掌握。

水泥拌合過程中，水泥顆粒間因爲(wéi / wèi)分子(zǐ)引力存在(zài)，相互吸引産生絮狀物，并形成絮凝聚構。絮凝聚構包裹了(le／liǎo)部分拌合用水，降低了(le／liǎo)混凝土拌合物的(de)和(hé / huò)易性。

高效減水劑具有憎水和(hé / huò)親水的(de)特性，減水劑的(de)憎水基團定向吸附于(yú)水泥顆粒表面，親水基團指向水溶液并形成吸附膜。混凝土拌合時(shí)，由于(yú)高效減水劑的(de)定向吸附作用，使得水泥顆粒表面存在(zài)同性電荷，同性相斥，水泥顆粒彼此分散，混凝土的(de)絮凝聚構崩潰，包裹的(de)水分被釋放出(chū)來(lái)，補充了(le／liǎo)水泥混合所需的(de)水分，有效地(dì / de)增加了(le／liǎo)混凝土拌合物的(de)活動性，達到(dào)減少用水的(de)效果。同時(shí)，水泥顆粒表面由于(yú)高效減水劑而(ér)形成的(de)吸附膜使水泥顆粒與顆粒之(zhī)間接觸更圓潤，增加混凝土的(de)和(hé / huò)易性；吸附膜還使得水泥顆粒表面積增大(dà)，促使水化作用更充分，有利于(yú)提升混凝土的(de)強度。

2高效減水劑對混凝土性能的(de)促進作用

2.1高效減水劑對混凝土基本性質促進能力的(de)研究

2.1.1高效減水劑增強混凝土的(de)和(hé / huò)易性

混凝土本身的(de)流動性較差，即便加入足夠量的(de)水，由于(yú)生成絮凝狀物質，其流動性依然不(bù)能完全滿足施工要(yào / yāo)求。由高效減水劑作用原理可知，高效減水劑的(de)加入，使得絮凝狀物質崩潰，水分得以(yǐ)充分利用，增加了(le／liǎo)混凝土的(de)流動性。且高效減水劑和(hé / huò)混凝土處于(yú)一(yī / yì ／yí)種穩定的(de)懸浮相态，加強了(le／liǎo)混凝土的(de)和(hé / huò)易性。

研究表明，減水劑的(de)含量提高時(shí)，混凝土坍落度也(yě)随之(zhī)增加，當坍落度增加到(dào)一(yī / yì ／yí)定程度後将減慢。因此，高效減水劑的(de)使用量和(hé / huò)比例需要(yào / yāo)試驗論證，一(yī / yì ／yí)般情況下，減水劑含量爲(wéi / wèi)0.75%時(shí)，可獲得最大(dà)的(de)坍落度，并且此時(shí)的(de)坍落幅度也(yě)是(shì)各種不(bù)同比例減水劑混凝土的(de)坍落度峰值。

坍落度與天氣溫度的(de)關系，表現爲(wéi / wèi)：溫度高時(shí)，減水劑的(de)活性增加，對混凝土和(hé / huò)易性起到(dào)促進作用，使得坍落速度更快；溫度低時(shí)，分子(zǐ)運動緩慢，減水劑的(de)促進作用降低，則坍落速度也(yě)變得緩慢。從混凝土塌落度和(hé / huò)塌落範圍考慮，高效減水劑的(de)含量控制在(zài)0.5%～0.75%較爲(wéi / wèi)合理，無謂的(de)增加高效減水劑含量，并不(bù)會增加混凝土的(de)有效和(hé / huò)易性，且會造成成本浪費。

2.1.2高效減水劑對混凝土凝結時(shí)間影響較大(dà)

混凝土凝結時(shí)間關系着混凝土施工的(de)人(rén)、材、機布置和(hé / huò)施工工藝的(de)選擇。一(yī / yì ／yí)般而(ér)言，要(yào / yāo)求凝結時(shí)間盡量短，并保持在(zài)一(yī / yì ／yí)個(gè)範圍内，以(yǐ)減少模闆等物資的(de)占壓。

試驗證明，高效減水劑的(de)種類和(hé / huò)使用量會對混凝土凝結時(shí)間造成一(yī / yì ／yí)定程度的(de)影響。實驗室水泥凝結實驗表明：

（1）不(bù)同品種的(de)水泥加入FDN高效減水劑，加入量相同時(shí)，普通水泥的(de)初凝時(shí)間爲(wéi / wèi)182～265min，礦渣水泥的(de)凝結時(shí)間爲(wéi / wèi)291min～420，這(zhè)個(gè)時(shí)差已經對施工組織設計造成影響；（2）在(zài)礦渣水泥中加入FDN高效減水劑，加入量爲(wéi / wèi)0.25%時(shí)，測得凝結時(shí)間爲(wéi / wèi)356min（初）至483min（終），加入量增加爲(wéi / wèi)1.00%時(shí)，凝結時(shí)間爲(wéi / wèi)703（初）至801min（終）。這(zhè)個(gè)結果表明，高效減水劑的(de)選擇和(hé / huò)設計配比，對水泥凝結時(shí)間的(de)影響還是(shì)比較大(dà)的(de)。

因此，混凝土配比設計時(shí)，需要(yào / yāo)根據使用目的(de)選擇合适的(de)高效減水劑和(hé / huò)使用比例。

2.1.3高效減水劑對水泥水化熱的(de)影響較小

研究結果表明，普通水泥的(de)3d累計水化熱爲(wéi / wèi)242J/g，7d累計水化熱爲(wéi / wèi)284J/g；加入CRS高效減水劑後，普通水泥的(de)3d累計水化熱爲(wéi / wèi)242J/g，7d累計水化熱爲(wéi / wèi)275J/g。由此可見，高效減水劑對于(yú)水泥的(de)水化熱影響并不(bù)大(dà)。不(bù)同的(de)高效減水劑對水化熱的(de)影響不(bù)盡相同，需根據使用目的(de)選擇。

2.2高效減水劑在(zài)混凝土硬化過程中的(de)作用

将高效減水劑含量作爲(wéi / wèi)變量，混凝土抗壓強度與和(hé / huò)易性作爲(wéi / wèi)定量，宋曉輝研究了(le／liǎo)高效減水劑含量對混凝土抗壓強度的(de)影響。實驗結果顯示，當FDN高效減水劑的(de)摻入量由0.25%增加到(dào)0.5%時(shí)，3d抗壓強度由21.1MPa增加到(dào)28.9MPa，增長率36.9%；7d強度由35.6MPa增長到(dào)44.8MPa，增長率25.8%；28d強度則由51.4MPa增長了(le／liǎo)13.6%達到(dào)58.4MPa。高效減水劑摻入量的(de)增加對混凝土初始強度的(de)提高效率顯著，對最終強度也(yě)有不(bù)小的(de)提高。

研究還發現，高效減水劑的(de)加入，還将對混凝土造成以(yǐ)下有利的(de)影響：（1）可以(yǐ)有效節約水泥用量，有利于(yú)混凝土的(de)保養成型和(hé / huò)裂縫控制；（2）在(zài)相同的(de)混凝土坍塌落度和(hé / huò)強度的(de)情況下，高效減水劑的(de)加入，對混凝土流動性的(de)增強效果顯著；（3）降低用水量，有利于(yú)保證混凝土的(de)齡期強度和(hé / huò)最終強度。

3混凝土組分對高效減水劑性能的(de)影響分析

混凝土是(shì)由級配骨料、砂、水和(hé / huò)水泥攪拌而(ér)成的(de)混合物，加入其中的(de)高效減水劑想要(yào / yāo)充分發揮其應有的(de)功效，還需研究混凝土組分對高效減水劑作用的(de)影響。

混凝土中的(de)級配骨料和(hé / huò)砂可以(yǐ)統稱爲(wéi / wèi)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理可知，高效減水劑主要(yào / yāo)針對水泥發生作用，進而(ér)影響混凝土的(de)性質。因此，研究水泥對高效減水劑的(de)影響是(shì)研究高效減水劑對混凝土性能影響的(de)重要(yào / yāo)方向。

研究表明，水泥自身的(de)性質如成分組成、細度和(hé / huò)顆粒形狀對高效減水劑性能的(de)發揮都存在(zài)一(yī / yì ／yí)定影響。

3.1水泥成分對高效減水劑性能發揮的(de)影響

實驗中發現，高效減水劑含量一(yī / yì ／yí)定時(shí)，礦渣水泥比普通水泥的(de)塑化效果要(yào / yāo)好。礦渣水泥中存在(zài)的(de)礦渣小粒子(zǐ)，在(zài)攪拌過程中，有助于(yú)高效減水劑和(hé / huò)水、水泥的(de)充分接觸，相較于(yú)普通水泥，礦渣水泥更利于(yú)高效減水劑的(de)流通和(hé / huò)均勻分布，更有利于(yú)高效減水劑發揮其相應的(de)作用，直觀表現就(jiù)是(shì)礦渣水泥的(de)塑化效果好于(yú)普通水泥。

3.2水泥粒度對高效減水劑作用能力的(de)影響

研究發現，水泥的(de)粒度對高效減水劑的(de)效能發揮具有很大(dà)的(de)影響。在(zài)保持其它工藝條件和(hé / huò)組分不(bù)變的(de)情況下，水泥的(de)粒度越小，高效減水劑越能發揮其性能；反之(zhī)，水泥的(de)粒度越大(dà)，高效減水劑對水泥的(de)增塑作用越差。從微觀角度分析，水泥粒度越小，單位體積内水泥粒子(zǐ)越多，比表面積越大(dà)，和(hé / huò)高效減水劑的(de)接觸越充分，越有利于(yú)高效減水劑效能的(de)發揮。

實驗數據表明，減水劑的(de)含量爲(wéi / wèi)1%時(shí)，水泥細度越大(dà)，高效減水劑的(de)效能發揮的(de)越充分，水泥漿流動性越好；但當減水劑含量少于(yú)0.3%時(shí)，水泥的(de)細度對高效減水劑的(de)促進作用基本不(bù)存在(zài)。

3.3水泥顆粒形狀對高效減水劑作用能力的(de)影響

水泥顆粒形狀對高效減水劑作用能力的(de)影響表現爲(wéi / wèi)，水泥拌合後，不(bù)同形狀的(de)水泥顆粒，其産生絮凝聚構的(de)大(dà)小和(hé / huò)難易度各不(bù)相同，水泥漿液的(de)流動性相差較大(dà)，加入的(de)高效減水劑其作用環境不(bù)同，産生的(de)有利效果不(bù)同，進而(ér)影響其作用能力。

研究表明，水泥顆粒形狀爲(wéi / wèi)碎石形狀時(shí)，加入的(de)高效減水劑的(de)作用能力，明顯強于(yú)水泥顆粒形狀爲(wéi / wèi)卵石形狀時(shí)的(de)作用能力。可以(yǐ)理解爲(wéi / wèi)，随時(shí)狀态的(de)水泥顆粒拌合時(shí)，更容易形成絮凝聚構，形成的(de)絮凝聚構更穩定，結構更連續，有利于(yú)高效減水劑發揮其本身效力。而(ér)有卵石形狀水泥顆粒組成的(de)絮凝聚構，容易發生崩潰，徐甯聚構連續性不(bù)高，即便不(bù)加入高效減水劑，一(yī / yì ／yí)部分遊離水也(yě)會發散出(chū)來(lái)加入水泥漿液的(de)拌合，如此一(yī / yì ／yí)來(lái)，高效減水劑的(de)作用能力就(jiù)不(bù)能很充分的(de)發揮出(chū)來(lái)。

4高效減水劑的(de)種類與特性

國(guó)内外高強度高性能混凝土中常用的(de)高效減水劑主要(yào / yāo)有以(yǐ)下四大(dà)類。

一(yī / yì ／yí)是(shì)多環芳香族磺酸鹽類。使用較爲(wéi / wèi)普遍的(de)一(yī / yì ／yí)種減水劑，具有成本低、減水率高的(de)優點，同時(shí)具有拌合品塌落度損失比較嚴重的(de)缺陷。使用中可以(yǐ)向其中添加緩凝組分複合使用或者選擇具有緩釋性能的(de)此類減水劑，以(yǐ)減少塌落度的(de)損失，保證高效減水劑效能的(de)發揮。

二是(shì)水溶性樹脂磺酸鹽類，主要(yào / yāo)爲(wéi / wèi)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(de)相容性較好，和(hé / huò)其他(tā)減水劑混合使用時(shí)也(yě)能保持很好的(de)相容性。實踐表明，此類減水劑摻量低但減水率高，性能優良，在(zài)一(yī / yì ／yí)定比例範圍内，減水率随摻入量的(de)增加而(ér)提高。摻入量一(yī / yì ／yí)旦超出(chū)臨界比例，對混凝土的(de)緩凝作用明顯。此類減水劑不(bù)得和(hé / huò)木質素磺酸鹽類減水劑混合使用。

三是(shì)脂肪族類，主要(yào / yāo)有聚羧酸鹽類、聚丙烯酸鹽類。此類減水劑與傳統減水劑差異較大(dà)，需準确認識其作用機理，謹慎使用。

最後一(yī / yì ／yí)類以(yǐ)改性木質素磺酸鈣、改性丹甯爲(wéi / wèi)代表的(de)其它類型。

多種減水劑一(yī / yì ／yí)起使用時(shí)，需要(yào / yāo)注意其相互之(zhī)間的(de)影響。除了(le／liǎo)單純的(de)減水性能外，複合型高效減水劑還可以(yǐ)具有速凝、早強、防凍等特性，需根據使用目的(de)複配。

5總結

高效減水劑在(zài)混凝土中的(de)使用具有重要(yào / yāo)意義。不(bù)管是(shì)對混凝土質量的(de)控制還是(shì)對施工成本的(de)控制，高效減水劑都會發揮重要(yào / yāo)作用。

充分了(le／liǎo)解高效減水劑的(de)性質和(hé / huò)作用機理，才能根據使用環境正确選擇高效減水劑的(de)種類；充分了(le／liǎo)解高效減水劑和(hé / huò)混凝土中組分相互影響的(de)關系，才能因地(dì / de)制宜，研制出(chū)科學合理的(de)混凝土配比；充分了(le／liǎo)解高效減水劑作用能力的(de)影響因素，才能确定高效減水劑的(de)使用比例，進而(ér)調配出(chū)經濟性和(hé / huò)可操作性兼備的(de)混凝土。