關于混凝土中添加減水劑的作用機理分析

任小敏 張義祥

摘要：當前混凝土中水的存在形式主要有三種：即自由水，吸附水和結合水。在混凝土形成初期，其中的水主要是以自由水的形式存在。然而，水泥顆粒在凝結的過程中，25%左右的自由水會被包裹在其中，因而使得混凝土的流動性變差。而加入減水劑后，這種被自由水被水泥顆粒包裹的狀態會被破壞掉，自由水得以釋放，從而提高了混凝土的流動性。另外，減水劑在提高混凝土工作中，減少混凝土坍塌度等方面都具有重要的作用。然而，減水劑究竟是怎樣提高混凝土流動性，改善混凝土工作度的呢，本文將重點探討和分析混凝土減水劑的作用機理。

關鍵詞：混凝土；減水劑；作用機理

一、混凝土減水劑作用機理

（一）減水劑的靜電斥力作用

在水泥被水化后，水泥的中的主要礦物以及相關的水化礦物，在受到離子間范德華力里的作用下，在水化過程中，這些礦物會因為帶有不同的電荷，例如有的礦物帶正電荷，有的帶負電荷，從而產生凝聚的現象，這就使得整個混凝土產生了絮凝結構，因而混凝土的流動性等變差。而減水劑作為一種活性劑，其表面附有很多陰離子，將減水劑加入到混凝土中，減水劑中含有的負離子如co?，so?等就會由于受到混凝土中含有的正電荷，如ca2+的作用而被吸附在混凝土顆粒的表面，這樣也就在混凝土表面形成了擴散雙電層的離子分布即Zeta電位分布，因而混凝土中的表面顆粒會受到這個離子分布中靜電斥力的作用而分散開來，從而把吸附于水泥土中的水狀顆粒釋放出來，從而提高了混凝土中自由水含量，混凝土的流動性也就提高了。當然如果Zeta的電位值的絕度值越大，那么它產生的靜電斥力也就越大，所起到的減水效果也就越好。

（二）減水劑的立體位阻效應

當減水劑加入到水泥土中后，減水劑中含有的各種不同長度的有機分子鏈，會以不同的吸附狀態呈現在水泥土顆粒表面，而不同有機分子鏈之所以會呈現出不同的吸附狀態，這主要是因為各個有機分子鏈的結構是不一樣的。因此，化學作用原理也就不一樣了。然而這種不同的吸附狀態卻會直接影響減水劑對減少混凝土坍塌度的作用。舉個例子，三聚氰胺系和萘系的減水劑，其中的有機分子鏈是以棒狀鏈的吸附狀態，吸附于水泥土顆粒表面的，所以這種吸附是一種平直吸附，其具有的靜電排斥作用相對比較低。當這類減水劑的有機長鏈都吸附于混凝土表面時，如上面說提到的其形成的Zeta電位會因為這種吸附狀態而快速降低，其產生的靜電斥力也會相應的逐漸變弱，從而導致整個混凝土表面顆粒之間的范德華力成為主導作用力，因而使得混凝土坍落度提高，即混凝土在這種情況下容易發生坍落。

又例如氨基磺酸類的減水劑，其有機分子廠鏈以齒輪狀，線狀或者環狀的方式吸附在水泥土顆粒表面的，這種吸附方式使得水泥上顆粒之間，呈現出立體交錯的靜電斥力，而在這種呈現立體交錯的吸附狀態的晴況下，其Zeta的靜電斥力也具有立體的作用力，從而使得整個靜電斥力的作用強調加大，因而混凝土的坍塌度減小，從而有效的保障了混凝土不容易出現坍落的現象。

（三）減水劑的潤滑作用

減水劑含有大量的親水基團，這些基團可以定向的被水泥顆粒吸附在其表面，然后這些親水基團大部分都以氫鍵的形式和水泥中的水分子相結合，而水分之間本身就存在氫鍵，因此多個氫鍵結合的水分子，可以在水泥的顆粒表面形成一層相對比較穩定的水膜，這層水膜又可以防止水泥之間的不同顆粒直接相關接觸，從而起到了增強水泥顆粒之間潤滑能力的作用，水泥顆粒之間潤滑能力的提高又在一定程度上提高了水泥的流動性。另外，在混凝土中還有的泥漿氣泡，在加入減水劑后，其中的親水基團同樣會被這些氣泡所吸附包裹，從而使得氣泡之間也形成一層水膜，那么這些泥漿氣泡和水泥顆粒之間滑動能力也得到了提高，因而整個混凝土的流動性進一步加強。

二、減水劑和水泥的適應性問題

根據在混凝土中加入減水劑的技術規范，減水劑和水泥之間還存在一定的適應性問題。如果減水劑不能適應某種水泥，那么它的作用效果也就體現不出來，相反，如何可以很好的適應該水泥的特征，那么減水劑的效果如增強流動性，減少坍落度等就會快速直觀的表現出來。水泥和減水劑之間的適應性，受到很多因素的影響，比如水泥堿性的影響，水泥礦物成分的影響和水泥石膏細度等的影響。

（一）水泥堿性的影響

在現代工程項目中，普硅水泥或者純硅水泥應用的比較廣泛，但是這兩種水泥的堿性相對較高，另外在水泥中的外摻材料和相關的石砂等也都含有一定量的堿。而水泥和減水劑能否相互適應，其堿含量具有很大影響的作用。根據相關試驗表明，摻量一樣的同種減水劑，采用堿含量高的水泥，其水泥凈漿的流動性就較差，塑化效果亦差。

（二）水泥礦物成分的影響

水泥中C3A的含量越低，減水劑與水泥的適應性較好；當水泥中C3A的含量高時，減水劑的使用效果較差。各種試驗表明，C3A含量高的水泥，將形成大量的鈣礬石，須消耗大量的水，使混凝土流動度降低，需增加減水劑的用量。這是因為減水劑溶解后，優先選擇性地吸附在C3A或其初期水化物表面，從而使對其它粒子產生分散作用，有效的減水劑量相應減少。

（三）水泥中石膏和水泥細度的影響

石膏控制硅酸鹽水泥的凝結時間與硬化速度，一般會以二水石膏、半水石膏、可溶性或不可溶性硬石膏（無水石膏）等幾種形式存在。由于它們的溶解度和溶解速度是不相同的，在混合物中C3A與S04-2。之間的平衡將直接影響減水劑的使用效果。以無水石膏作為調凝劑的水泥碰到木鈣、糖鈣減水劑時，會產生嚴重的不適應性，不僅得不到預期的效果，而且往往會引起流動損失過快甚至異常凝結。因此，對于摻有硬石膏的水泥，在使用減水劑時要特別小心。

當水泥細度增加時，水泥比表面積就增大。因此，就需要有更多的分散劑的分子，吸附覆蓋在水泥顆粒表面，才能達到預期的使用效果。水泥顆粒越細，其凈漿流動穩定性越差，要有好的流動性，則所需的減水劑就要增多。

三、總結

從上面的分析，可以看出，減水劑之所以能夠作用于混凝土中起到提高混凝土流動性，增強混凝土潤滑性和減少混凝土坍落性的效果，其主要原理在于減水劑的靜電斥力，立體位阻效應和潤滑的作用原理。然而，盡管減水劑可以在混凝土中起到提高其流動性等作用，但是混凝土和減水劑之間，還存在一個相互適應的問題，要確定減水劑能在混凝土中發揮其應有的作用，那么就需要考慮水泥堿性，水泥礦物成分，水泥石膏和水泥細度等，對減水劑的影響。

參考文獻：

[1]朱培君，佟雅，陳倩.關于混凝土減水劑作用機理的探討[J].化工科技，2013（2），202-204.

[2]李丹為，魏海明，羅志遠，苗幕.淺析高效減水劑在混凝土中的作用[J].混凝土，2014（6），335-338.