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减水剂对混凝土质量的影响

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减水剂对混凝土质量的影响

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湖南城建职业技术学院，材检0901班

摘要：混凝土外加剂有很多种类，主要按其功能分类，有高性能减水剂、高效减水剂、普通减水剂、引气减水剂、泵送剂、早强剂、缓凝剂和引气剂等。高性能减水剂是近年开发的新型外加剂，目前主要使用品种为聚羧酸盐类产品，它具有“流状”的结构特点，根据其组成的分子设计引入不同功能团，控制成分比例和反应条件可生产出具有各种不同性能和特性的高性能型、早强型、标准型和缓凝高性能型等减水剂。
关键词：减水剂；应用；性能

1．前言
随着科学技术的发展，人们对混凝土的性能提出了各种新的更高的要求。从上世纪40年代开始推广混凝土外加剂以来，它的发展不但从微观亚微观层次改变了硬化混凝土的内部结构，并且在工艺过程改变了新拌混凝土的结构。
减水剂又称分散剂或塑化剂，是最常用和最重要的外加剂。使用它时能在不影响混凝土和易性的条件下使新拌混凝土的用水量减少。它的主要成分是表面活性剂，它对新拌混凝土所起的作用也主要是表面活性作用。
减水剂可以减少混凝土的拌合物的用水量，提高混凝土的强度和耐久性、抗渗性；改善混凝土的工作性，提高施工速度和施工质量，满足机械化施工要求，减少噪声及劳动强度，节约水泥用量等。

2.减水剂对新拌混凝土流变性质的影响
要制备流动性质好的新拌混凝土，必须拆开降低水泥颗粒间阻碍流动的粘滞结构，使水泥颗粒在水介质中充分分散。影响水泥胶融的性质很多，如水泥的矿物组成，水泥颗粒的形状尺寸，矿物结晶的完整程度以及操作条件和环境因素等。上述各种因素直接或间接地控制着浆体中水泥颗粒的稳定性。介质条件不同就有可能改变浆体中水泥颗粒所带电荷的数值，即改变颗粒间的静电斥力。
当新拌混凝土中适量加入减水剂后，水泥颗粒所带的电位增大，而水泥颗粒间的电性斥力大大增加，导致新拌混凝土的粘度下降，这样就促使整个分散体系的稳定性提高，流动性得到改善。
另外，水泥浆体从稀释到凝聚状态之间还存在着一个存在于两者之间的中间状态，即触变状态。这是由于水泥净浆中的凝聚结构在剪切速率增大的情况下再度分散引起的。具体表现为剪切速率增大时阻力减小，粘度减小。即浆体静止不同时成凝聚状态，若一经搅拌或摇动已凝聚的浆体又重新获得流动性。一般在水泥浆体中掺入适量减水剂能促使新拌混凝土显示出较强的触变性。这是由于水泥颗粒表面对减水剂的吸附溶剂化膜层的形成以及电位的提高等原因，若稍加振动又会表现出较好的流动性。不加减水剂的新拌混凝土的触变性要弱很多。

3.减水剂对新拌混凝土和易性的影响
影响新拌混凝土和易性的因素很多，主要是水泥，集料，用水量，外加剂的性质和用量，温度等因素。当其它条件相同时和易性则与减水剂的种类和掺量有一定关系。新拌混凝土的和易性通常用塌落度值测定来衡量。混凝土拌制后到浇灌需要有一段运输等候停放时间，往往使混凝土和易性变差，造成施工困难。实验证明掺用减水剂能改善混凝土的初始和易性，
但往往其坍落度损失要比不掺减水剂的基准混凝土要大些，其原因有：
⑴水泥中矿物吸附减水剂能力有强弱。水泥中主要矿物吸附减水剂能力顺序为C3A >C4AF>C3S>C2S，一加水搅拌，就促使较多分散剂涌聚到水泥颗粒表面，整个液相中减水剂浓度下降，当浇灌时，对水泥起分散作用的减水剂量渐显不足，因而坍落度随时间而逐渐减小。
⑵气泡外溢及水分蒸发。即使是非引气性减水剂在掺入混凝土中时也有一定气派引入，而在运输等过程中气泡不断外溢消散，并伴随着水分蒸发，高效减水剂表现的尤为显著。
⑶掺入减水剂后由于分散、湿润等作用，使水泥初期水化速度过快，水化产物增多，固体量增加，整个体系粘度增加，致使坍落度值下降较快，高温条件下更甚。

表一：各品种减水剂对混泥土坍塌度的影响
外加剂品种
外加剂掺加量（%）

0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.75
1.0

普通减水剂
坍塌度损失（cm）
2.5
6.1
13.2
15.3
16.9
18.0
19.2
18.9

高效引气减水剂
2.5
--
--
14.8
--
18.4
21.5
21.3

高效非引气减水剂
2.5
--
--
15.1
--
20.0
22.5
23.0

由表一可以看出坍落度随减水剂的掺量增加而增大。减水剂掺量为水泥用量的0.5%以内时，其坍落度增大幅度较大，若超过0.5%，其坍落度增加的幅度明显下降。但是普通减水剂的常用量为0.25%，超掺量会显示出强烈延缓凝结和硬化作用，而高效减水剂的常用掺量为0.50%-0.75%。在常用掺量下，当配合比和用水量相同时，掺普通减水剂者坍落度可增大2倍以上，而高效减水剂可增大3倍以上。

4.减水剂对混凝土凝结时间的影响
混凝土凝结时间是施工中一项重要的参数，尤其是对大体积混凝土施工更为重要。适量的掺加缓凝剂可延缓混凝土的凝结时间，便于解决施工中所出现的问题。减水剂和高效减水剂对混凝土凝结时间的影响结果如下表二。

表二：减水剂和高效减水泥对混泥土凝结时间的影响
减水剂名称及掺量（%）
水灰比（w/c)
坍塌度（cm）
凝结时间（h）
初凝
终凝
普通减水剂
0
0.735
4
6
11
0.3
0.735
9
9
13.5
FDN
0
0.43
10
8.5
11.5
0.5
0.36
10
9.5
12.5
UNF-2
0
0.612
3.8
6
9.4
0.5
0.593
5.0
6.5
9.2
1.0
0.576
4.5
6
8.6
SN-П
0
0.70
8.5
6.3
8.5
1.0
0.54
9.0
6.5
8.5

从表二数据可以看出在常用掺量下，木钙和蜜糖减水剂延缓混凝土的凝结时间，属于缓凝减水剂。FDN,UNF-2和SN-Ⅱ高效能减水剂对混凝土的凝结时间影响不大。若上述减水剂超掺量使用时（推荐掺量的一倍或一倍以上）木钙将会使混凝土严重缓凝，甚至发生不凝。而奈系建水泥超掺量使用时也会产生缓凝，早期强度降低。
温度对掺减水剂混凝土的凝结时间影响规律与普通混凝土相类似，随着温度的提高，水泥的水化反应速率加快，其凝结时间和硬化过程也相应缩短。不同温度条件下掺与不掺普通减水剂的混凝土凝结时间情况如表三
表三：不同温度条件下掺与不掺普通减水剂的混泥土凝结时间
水泥品种及标号
减水剂掺量（kg/m2）
水泥用量（kg/m2)
凝结时间（h）
20
25
30
35
初凝
终凝
初凝
终凝
初凝
终凝
初凝
终凝
P.O52.5
0
220
8
14
6
11
5.5
9.4
5
8
0.25
195
9
16
6.5
12.8
6.3
11.5
3.5
9.8

温度对掺高效减水剂混凝土凝结时间的影响与掺普通减水剂者大致相同，环境温度高凝结时间提前，反之延缓。

5.减水剂对混凝土抗压强度的影响
抗压强度是混凝土最重要的力学性质之一。在一定条件下工程上要求混凝土其它性质往往与混凝土的强度之间存在着密切的联系。长期以来研究混凝土强度理论的基本出发点都是把水泥石的抗压强度性能作为主要影响因素，加以考虑并建立了一系列说明水泥石空隙率与密实度与强度之间的关系式：
R=ARC(C/W-B)。
式中：R-混凝土抗压强度；
A B-经验常数；
RC-水泥的实际强度；
C/W-灰水比。
  由上式可看出混凝土强度的重要因素是水泥浆的水灰比和水化程度有关。在加入减水剂后使混凝土中水灰比有较大幅度的下降，水泥石内部空隙体积明显减少，水泥石更加致密，使混凝土的抗压强度有显著的提高。
    由表四中普通减水剂不同掺量与混凝土抗压强度之间的关系可以看出，在标准养护条件下普通减水剂的适宜掺量为0.25%左右，若掺量超过0.3%时个龄期混凝土的抗压强度显著下降。
表四：普通减水剂不同掺量与混凝土抗压强度之间的关系
减水剂掺量(%)
抗压强度（kg f/cm2）
1d
.3d
7d
28d
90d
0
54
103
182
316
396
0.15
63
129
205
362
438
0.25
61
161
220
384
419
0.30
57
154
213
372
411
0.40
48
123
195
361
403
0.70
10
112
183
283
311

6.减水剂对混凝土耐久性能的影响
6.1对抗冻融性的影响
混凝土的抗冻融性在其他条件相同的情况下，很大程度上是受水灰比和合气量这两个重要因素制约。实验发现，混凝土的水灰比愈小，其抗冻融性能愈好，掺入具有一定引气作用的减水剂，其抗冻融性能有更大的改善。目前国内常用的减水剂均有不同程度的减水和引气作用，因此也将有利于提高混凝土的抗冻融性。
另外需加以谁明，混凝土这种多孔多相聚集体其包含着各种不同尺寸的孔隙，孔中水的性质随孔径不同而有很大差异。从混凝土气泡结构和抗冻融性能的关系的研究结果发现，即使混凝土中引入相同数量的空气，由于外加剂的品种不同，气泡在混凝土中的结构，即气泡直径和分布形状的不同，因而对抗冻融性能的影响也有明显的差异。一般在混凝土中引入2%的气体上就可以改善混凝土的耐久性，若引气量超过6%，则不但会使混凝土的强度显著降低，而且耐久性也会有下降趋势。所以适宜的含气量控制范围一般为2%-5%。
6.2对抗渗性的影响
一般影响抗渗性较大的是水灰比，当水灰比大于0.55时，由于拌和混凝土所使用的水远远超过水泥水化所需要的水，因此在混凝土中存在着水化剩余水、早期蒸发水和泌水通道等留下的原生孔缝将导致混凝土的透水性急剧增加，但若水灰比太低，由于混凝土的和易性太差而导致无法制成充分密实的混凝土结构，其抗渗性能还是无法提高。
采用减水剂或引气减水剂，在和易性相同情况下，就可大幅度地减少拌和用水量。若掺入引入适量微小气泡的减水剂，由于减少泌水通道，从而对提高其抗渗及抗冻性能均会起好的作用，若在减水剂中适量复合些膨胀剂，在有限条件下也是制成抗渗性能良好的密实混凝土的一个有效途径。掺加不同类型的减水剂对抗渗性的影响见表五。
表五：掺加不同类型的减水剂对抗渗性的影响
减水剂名称及掺量（%）
水灰比（W/C）
坍落度（cm）
抗渗等级
普通减水剂
0
0.61
2.0
S10
0.25
0.48
2.0
S20
FDN
0
0.5
9.0
S30
0.5
0.41
12.0
S30
UNF-2
0
0.56
2.0
S6
0.5
0.51
3.0
S20
6.3对碳化及钢筋锈蚀的影响
混凝土的碳化与钢筋混凝土结构的耐久性密切相关。混凝土结构从表面开始遭受CO2的作用，混凝土中的水化产物Ca(OH)2慢慢地变成CaCO3丧失碱性。当碳化作用深入到钢筋部位后，就使原来起保护钢筋的“钝化膜”遭到破坏从而使钢筋受到电化学腐蚀。当加入外加剂，外加剂中含有大量氯离子，则对钢筋的电化学腐蚀作用将明显加剧。为此在钢筋混凝土中氯离子含量应加以严格控制。有试验结果表明，掺优度减水剂的混凝土碳化速度比不掺减水剂的混凝土有明显缓慢，可以克服矿渣水泥抗碳化性能低的缺陷，使之达到普通水泥抗碳化的水平，混凝土总钢筋产生锈蚀的危害明显减轻。若在减水剂中再复合此阻锈剂（如亚硝酸钠等）那钢筋的阻锈能力将进一步提高，而混凝土的整体耐久性将有明显提高。
7.结论与展望
(1)减水剂的作用极大程度地改善了新拌混凝土的物理性能，提高了硬化后混凝土的强度等级和耐久性，节约了水泥用量。
(2)减水剂对水泥性能的影响存在多重作用，评价减水剂对混凝土性能影响时应充分给予考虑。根据不同的作用目的，选择不同减水剂，对诸影响因素有所取舍。
(3)减水剂与水泥的相容性也是评价减水剂性能的指标之一，若出现不相容性则会使混凝土性能改善不明显，甚至使混凝土构件更易出现裂纹。
参考文献
（1） 廖国胜，马保国等。减水剂在混凝土中的应用。北京出版社，2002
（2） 李崇智，冯乃谦等。减水剂的研究发展。高等教育出版社，2001
（3） 伊训周，杨医博。减水剂对比实验研究。中国铁道出版社，2005
（4） 林燕妮。水泥与减水剂相容性的研究。化学工业出版社，2004
（5） 张冠伦。混凝土外加剂原理与应用。中国技术工业出版社。1989
（6） 杨利民。高效减水剂对混凝土体积稳定性的影响。山西建筑，2008
（7） 潘卫育，杨毅文，郭伟等。混凝土减水剂的应用技术与质量控制。科学出版社，2002
（8） 严心娥，程磊，王文斌。减水剂对混凝土性能的影响。知识产权出版社，2001
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