混凝土減水劑的研究和應用

摘 要：詳細介紹了混凝土減水劑的分子結構、作用機理、制備方法及其性能的影響因素。簡要概述了國內外混凝土減水劑的研究進展，并提出了今后混凝土減水劑的發展方向。

關鍵詞：減水劑 分散系數 混凝土

未來的高性能混凝土除具備良好的工作性，優異的力學性能和耐久性外；還應具備高耐磨性，超低收縮性，高韌性，高彈性，超低發熱性，超早強性非磁性等多種功能。隨著混凝土向高強化，高性能化發展，同時由于我國地理因素，氣候以及混凝土原材料來源的差異性，要求混凝土外加劑必須具備多種功能和性能。由此可見單一品種混凝土外加劑已不能適應混凝土技術的發展。混凝土外加劑必須走復合型路子，向多種功能，復合型方向發展。

1高性能減水劑的種類

高性能減水劑分為改性木質素系、萘系、密胺系、氨基磺酸系、聚.羧酸系等五大類。前四種主要通過磺化縮合，將帶強極性官能團的單體縮聚而得到產物，而聚羧酸類的減水劑則主要通過不飽和單體在引發劑作用下共聚，即將帶活性基團的側鏈接枝到聚合物的主鏈上而獲得。聚羧酸系減水劑的分子結構呈梳形，特點是在主鏈上帶多個活性基團，并且極性較強；側鏈也帶有親水性的活性基團，并且鏈較長、數量多；疏水基的分子鏈段較短，數量也少。如用以下通式來表示聚羧酸系減水劑的化學結構，則實際代表物的化學式只是其中某些部分組合。高性能減水劑一般由一種或數種成分復合而成。我國的高效泵送劑大多數是通過高效減水劑、普通減水劑、引氣劑、緩凝劑、增稠劑等幾種組分復合而成的，具有較高減水率和一定的塌落度保持性能。由于復合外加劑配方波動較大，與不同水泥的相容性較差，另外，各生產企業技術水平差異很大，不能保證外加劑產品的高質量和正確應用，工程中常出現外加劑適應性不良、混凝土離析泌水、緩凝時間過長、塑性收縮裂縫較多，耐久性不良等眾多問題。我國尚未制定高性能減水劑標準，其技術發展水平與國外發達水平相比，差距較大。

2減水劑的作用機理

2.1靜電斥力作用和空間位阻作用

水泥加水拌合后，由于水泥顆粒間存在引力作用會形成絮凝結構，使10%～30%的拌合水被包裹于其中，不能參與自由流動，失去潤滑作用，影響混凝土拌合物的流動性。加入減水劑后，減水劑分子會定向吸附于水泥顆粒表面，其帶有的陰離子基團會使水泥顆粒表面形成雙電層，令水泥顆粒帶上同種電荷，產生靜電斥力，促使水泥顆粒相互分散，致使水泥的絮凝結構解體，釋放出被包裹的水分，從而有效地增加混凝土拌合物的流動性。減水劑分子中的長聚醚側鏈具有親水性，可以伸展于水溶液中，減水劑分子吸附于水泥顆粒表面后，會在所吸附的水泥顆粒表面形成有一定厚度的親水立體層。當水泥顆粒相互靠近到達一定距離時，親水立體層產生重疊，于是在水泥顆粒間產生空間位阻作用，阻礙水泥顆粒的凝聚，使混凝土的坍落度得到很好的保持。

2.2潤滑作用

減水劑分子中帶有極性親水基，如-COOH、-0H、-NH2、-SO3H、（-0-R-）等，這些基團通過吸附、分散、潤濕、潤滑等表面活性作用，為水泥顆粒提供分散性及流動性。減水劑具有的親水作用，可使水泥顆粒表面形成具有一定機械強度的溶劑化水膜，這不僅可以破壞水泥的絮凝結構，而且可以提高水泥顆粒表面的潤濕性，為水泥顆粒與骨料顆粒間的相對運動提供潤滑作用，使新拌混凝土和易性更好。另外，減水劑分子主鏈具有親油性，減水劑的吸附可以降低水泥顆粒的固液界面能，降低體系總能量，提高分散體系的熱力學穩定性，有利于水泥顆粒的分散。

3分子結構對產物性能的影響

3.1主鏈長度

主鏈長度主要取決于相對分子質量的大小。若聚合物的相對分子質量太小，主鏈過短，則所帶負電基團過少，排斥力差，減水劑維持混凝土坍落度的能力不高；若聚合物的相對分子質量太大，主鏈過長，則不僅會發生一個減水劑分子與多個水泥顆粒吸附，產生凝聚導致流動性變差，還會屏蔽分子主鏈上發揮減水作用的功能基，從而使其分散性降低。

3.2聚醚側鏈長度

聚醚側鏈越短，水泥漿體流動性損失越快，在一定范圍內，隨著聚醚側鏈長度的增加，減水劑的減水率和坍落度保持性都相應增加，但如果聚醚側鏈過長，則側鏈間就可能會發生纏結，水泥顆粒間會形成橋連，導致水泥漿體的流動性變差。不同共聚單體減水劑的聚醚側鏈長度對流動性的影響也不一致，對于（甲基）丙烯酸類減水劑，聚醚鏈越長，流動性越好；但對于馬來酸酐類減水劑，聚醚鏈越短，流動性越好。

4減水劑的研究和應用

目前普通減水劑中，使用最廣泛的是木質素磺酸鹽，其次是多元醇類，如糖蜜、糖化鈣、淀粉水解物等。其他普通減水劑因資源和成本問題使用較少。木質素磺酸鹽減水劑是亞硫酸鹽法生產紙漿的副產品。木質素磺酸鹽減水劑的摻量為水泥重量的0.20%～0.30%，最佳為0.25%。在與不摻外加劑的混凝土保持相同的坍落度的情況下，減水率為8%～10%。在保持相同用水量時，可使坍落度增加6～8cm。減水作用的效果與水泥品種及用量、骨料的種類、混凝土的配比有關。

高效減水劑是高分子表面活性劑，并且有強的固、液界面活性作用。在水泥分散體系中，它們能吸附在水泥粒子表面上，并形成帶負電的強電場，使水泥漿體產生分散，因此使水泥漿體的流動性大大提高。相反，它們氣、液表面活性小，幾乎不降低水的表面張力， 因此起泡作用很小，對混凝土無引氣作用。在與基準混凝土保持相同坍落度時，摻高效減水劑可大幅度減少混凝土的用水量，并且減水率隨著摻量的增加而提高。高效減水劑主要用于配制高強混凝土、流態混凝土和高性能混凝土。高效減水劑的摻入，可提高混凝土的流動性、強度，同時可以節約水泥用量。高性能減水劑是具有高效減水、適當引氣并能減少和防止坍落度經時損失的外加劑，是制備高流動性混凝土，泵送混凝土，高強、高性能混凝土以及高密實性混凝土的必要組成材料。其主要成分幾乎都是聚合物電解質類。

5結語

聚羧酸系減水劑的研究已成為混凝土外加劑研究中的一個熱點問題，隨著聚羧酸系減水劑的作用機理、結構號性能的關系等研究日益深入，合成工藝日趨成熟，聚羧酸系減水劑將會越來越廣泛地應用到各種工程中。聚羧酸系減水劑工業的發展不僅推動整個混凝土材料的發展，而且將推動我國城市建設及經濟的快速發展。

參考文獻：

[1]王子明.聚羧酸系高性能減水劑應用[J].中國建筑，2012

[2]廖兵.聚羧酸系高效減水劑的研究和應用[J].化工進展，2012