混凝土減水劑

混凝土減水劑減水劑定義：減水劑是指在保持混凝土稠度不變的條件下，具有減水增強作用的外加劑。分類：按作用效果可分為：普通減水劑和高效減水劑。按凝結(jié)時間可分為：標(biāo)準(zhǔn)型、早強型、緩凝型按主要化學(xué)成分可分為：木質(zhì)素磺酸鹽系；多環(huán)芳香族磺酸鹽系；水溶性樹脂磺酸鹽系；糖蜜類、腐植酸鹽和復(fù)合型減水劑等。減水劑主要作用：(1)提高流動性在水灰比不變情況下，混凝土塌落度可增大100-200mm，明顯提高混凝土流動性，且不影響混凝土的強度，泵送混凝土及其他大流動性混凝土均需加入高效減水劑。(2)提高混凝土的強度在保持流動性及水泥用量不變的情況下，可減少拌合水量10%-20%，從而降低了水灰比，使混凝土強度提高15%-20%，特別是早期強度提高更為顯著。摻入高效減水劑是制備早強，高強，高性能混凝土的技術(shù)措施之一。減水劑(3)節(jié)約水泥在保持水灰比不變的條件下，可以在減少拌合水量的同時，相應(yīng)減少水泥用量，即在保持混凝土強度不變時，可節(jié)約水泥用量10%-15%，且有利于降低工程成本。(4)改善混凝土的耐久性由于減水劑的摻入，顯著改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的密實度提高，透水性降低，從而可提高抗?jié)B、抗凍、抗化學(xué)腐蝕及防銹蝕能力。此外，摻用減水劑后，還可以改善混凝土拌合物的泌水、離析現(xiàn)象，延緩混凝土拌合物的凝結(jié)時間，減慢水泥水化放熱速度，防止因內(nèi)外溫差而引起的裂縫。減水劑的作用機理

減水劑的主要成分是陰離子表面活性劑。之所以選用陰離子表面活性劑，是由于陰離子表面活性劑的生產(chǎn)和應(yīng)用相對廣泛，生產(chǎn)成本較低，也對水泥具有比較好的減水效果。混凝土減水劑并不與水泥起化學(xué)反應(yīng)，是通過對新拌混凝土的塑化作用起作用的，下面我們主要分析下減水劑的作用機理。一、吸附分散作用水泥在加水?dāng)嚢柽^程中，會產(chǎn)生一些絮凝狀結(jié)構(gòu)，如圖所示：從上圖我們可以看到，大量拌合水被絮凝狀結(jié)構(gòu)體包裹在內(nèi)部，不能為漿體的流動性做出貢獻(xiàn)，導(dǎo)致普通混凝土為獲得一定用水量必須增加用水量，這將無疑降低混凝土的其它性能，如強度降低、收縮開裂的危害增大、抗?jié)B性變差、耐久性降低。因此，為了我們需要通過某種方法來釋放這些被包裹的自由水，使得其做出應(yīng)該的貢獻(xiàn)，從而改善混凝土的性能。摻入一定減水劑后，情況就不同了。減水劑的憎水基團會定向吸附在水泥顆粒的表面，而親水基團指向水溶液，構(gòu)成單分子或多分子吸附膜。從上圖我們可以看出，由于減水劑在水泥顆粒表面的定向吸附，使水泥顆粒表面帶有相同符號的電荷（負(fù)電荷），一方面在電性斥力的作用下，水泥顆粒體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)；另外減水劑的加入還將促使水泥初期形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)解體，從而釋放出自由水，達(dá)到減水的效果。同時，在水泥顆粒表面形成的溶劑化水膜對水泥漿體所起的空間立體保護(hù)效應(yīng)也是保證體系穩(wěn)定存在的原因。潤濕作用水泥加水?dāng)嚢韬?，其顆粒表面被水潤濕，潤濕的狀況對新拌混凝土的性質(zhì)影響很大。水泥顆粒表面存在很多毛細(xì)管，水分向毛細(xì)管內(nèi)部滲透的程度取決于毛細(xì)管半徑和水對水泥表面的潤濕角。在加入減水劑的體系中，水溶液對水泥的潤濕角減小，則能增加水向水泥顆粒表面毛細(xì)孔內(nèi)的滲透作用，這樣會增大水泥顆粒初始的水化面積，從而起到潤濕作用。潤滑作用水泥顆粒表面溶劑化水膜的形成減水劑分子在水泥漿體結(jié)構(gòu)中電離后定向吸附于水泥顆粒表面，呈極性的親水基團指向水溶液，易和水分子以氫鍵的方式締合，從而形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，不僅對水泥顆粒起空間立體保護(hù)作用，而且增加了水泥顆粒之間相互潤滑的能力，也就是起到潤滑總用。極性微氣泡的引入減水劑屬于陰離子型表面活性劑，摻入水泥漿體系后使水泥的表面自由能降低，也同時降低了溶液的表面張力，因而在攪拌過程中，往往會引入一定量微小的氣泡。減水劑分子被定向吸附在氣泡膜上，憎水基團指向空氣、親水基團指向水溶液的單分子或者多分子吸附膜。由于減水劑分子的親水基一端因電離帶有一定量的相同電荷，因此氣泡液膜上也帶有相同的電荷。這樣，水泥與水泥、水泥與微氣泡、微氣泡與微氣泡之間由于排斥作用表現(xiàn)為較好的分散作用。而且對于水泥顆粒來說，極性微氣泡的存在，相當(dāng)于“滾珠軸承”，增加了潤滑動力。減水劑作用機理的總結(jié)由于減水劑所起的吸附分散、潤濕、潤滑作用，只要能使較少量的水就可以很容易地將混凝土拌合均勻，使新拌混凝土的和易性得到明顯的改善，這就是減水劑的減水機理。當(dāng)然了，不同系列的減水劑，作用機理不完全相同，新一代的聚羧酸減水劑由于分子結(jié)構(gòu)的特殊性（梳型），空間位阻起到的作用更大。普通減水劑普通減水劑：在混凝土塌落度基本相同的條件下，能減少拌合用水量的外加劑（一般減水率>8%）。在目前普通減水中，使用最廣泛的是木質(zhì)素磺酸鹽，其次是多元醇類，如糖蜜，糖化鈣，淀粉水解物等。木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑根據(jù)其所帶陽離子不同，有木質(zhì)素磺酸鈣（木鈣）、木質(zhì)素磺酸鈉（木鈉）、木質(zhì)素磺酸鎂（木鎂）等。其中木鈣減水劑（又稱M型減水劑）使用較多。木鈣減水劑的摻量，一般為水泥質(zhì)量的0.2%-0.3%木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽減水劑是亞硫酸法生產(chǎn)紙漿的副產(chǎn)品。木材與亞硫酸鈉一起在高溫高壓下蒸煮后，將纖維素與木質(zhì)素分離，纖維素漿用于造紙、生產(chǎn)人造絲等。剩下的木質(zhì)素磺酸鹽廢液經(jīng)發(fā)酵脫糖，提取酒精后的廢液（亞硫酸鹽酒槽廢液），經(jīng)濃縮噴霧干燥，即得到棕色粉狀的木質(zhì)素磺酸鈣木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑作用機理：

1分散作用：木質(zhì)素磺酸鹽是陰離子型高分子表面活性劑，具有半膠體質(zhì)，能在界面上的分子層吸附。木質(zhì)素磺酸鹽摻入水泥漿中，離解成大分子陰離子和金屬陽離子（如鈉離子，鈣離子）。呈現(xiàn)較強的表面活性的大分子陰離子吸附在水泥粒子的表面上，使水泥粒子帶負(fù)電荷，由于相同電荷相互排斥使水泥粒子分散。同時，由于木質(zhì)素磺酸鹽是親水性的，吸附層在水泥粒子周圍是溶劑化的膜也能阻障水泥凝聚（空間障礙），因此使水泥粒子和二次凝聚粒子（占10%-30%）分散開來，釋放出凝體中所含的水和空氣，這樣游離水增多，使水泥漿的流行性提高。

木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑作用機理：2引氣作用：木質(zhì)素磺酸鹽由于能降低氣液表面張力，而具有一定的引起性（引氣量2%-3%），微氣泡的滾動和浮托作用改善了水泥漿的和易性。3初期水化的抑制作用：木質(zhì)素磺酸鹽中除含有糖之外，本身的分子中含有緩凝集團羥基（-OH）和醚鍵（-O-），因此有緩凝作用。這種對水泥初期水化的抑制作用使化學(xué)結(jié)合水減少，而相對的游離水增多，使水泥漿流動性提高。木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑作用效果：當(dāng)保持水泥用量和混凝土塌落度不變時，其減水率為10%-15%，混凝土28天強度提高10%-20%；若保持混凝土的抗壓強度和塌落度不變，可節(jié)省水泥用量10%左右；如保持混凝土的配合比不變，則可提高混凝土塌落度80-100mm木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑新拌混凝土性能：(1)流動性：摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑在保持水灰比不變的情況下，可使拌合物的塌落度增加6-8cm。一般來說，混凝土中摻減水劑會引起較快的塌落度損失。但即使如此，在攪拌和澆筑的間隔時不長（30min）時還是有益的。當(dāng)較高溫度時塌落度損失較大，當(dāng)用高堿水泥時尤甚。用后摻法，即混凝土攪拌幾分鐘后再加入外加劑可減少塌落度損失，這樣可防止C3A組分最初水化引起的過量吸附。木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑新拌混凝土性能：(2)引氣性：摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑使混凝土含氣量達(dá)到2%-3%，而達(dá)不到引氣混凝土含氣量（4%6%）。因此他不是典型引氣劑，典型引氣劑摻量低得多（0.002%-0.006%）。將木質(zhì)素磺酸鹽與引氣劑按一定比例配合就可得到引氣減水劑。加消泡劑磷酸三丁酯可減少木質(zhì)磺酸鹽的引氣作用。（3）泌水性和離析性摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑能減少單位用水量，并能引起適量的氣泡，故能提高拌合物的穩(wěn)定性和均勻性，減少泌水和離析，防止初期收縮和龜裂等缺點。木鈣對混凝土泌水的影響木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑新拌混凝土性能：(2)水化放熱由圖可知：

在12h內(nèi)，摻木鈉的水化放熱速率最低。木質(zhì)素磺酸鹽對水泥水化的延緩作用主要是分子結(jié)構(gòu)決定的，與其中含糖沒有多大的關(guān)系。木鈣對水化放熱速率的影響木質(zhì)素磺酸鹽減水劑能顯著降低水化放熱速率，控制水化放熱量，因此可防止混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，這對大體積混凝土施工是十分有利的。木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑適用范圍：木鈣減水劑可用于一般混凝土工程，尤其適用于大規(guī)模、大體積澆筑、滑膜施工、泵送混凝土及夏季施工等。木鈣減水劑不宜單獨用于冬季施工，在日最低氣溫低于5℃時，應(yīng)與早強劑或早強劑、防凍劑復(fù)合使用。木鈣減水劑也不宜單獨用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土。高效減水劑高效減水劑：在混凝土塌落度基本相同的條件下，能大幅度減少拌合用水量的外加劑（一般減水率12%-25%）。20世紀(jì)60年代初，國外市場出現(xiàn)了三種高效減水劑（或超塑化劑），它們是萘磺酸鹽甲醛縮合物、多環(huán)芳烴磺酸鹽甲醛縮合物和三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物。20世紀(jì)90年代初，高性能混凝土的研究和開發(fā)要求更高減水劑的超塑化劑，因此，以聚丙烯酸鹽及其接枝共聚物為代表的聚羧酸鹽系新型超塑化劑得到迅速發(fā)展。

聚羧酸鹽系高效減水劑超塑化劑：能使低水膠比的新拌混凝土的工作性保持一定時間周期，而不影響水泥體系的凝結(jié)和硬化的化學(xué)外加劑。同時，外加劑必須能與系統(tǒng)的其他成分相容，特別是和其他的化學(xué)外加劑相容。典型的超塑化劑不應(yīng)該干擾控制凝結(jié)外加劑（緩凝劑、促凝劑）、混凝土引氣外加劑和抗水沖擊外加劑的作用。

聚羧酸鹽系高效減水劑優(yōu)點：（1）摻量低（0.2%-0.5%）而發(fā)揮高的分散性能；（2）保坍性好，90min內(nèi)坍落度基本無損失；（3）在相同流動度下比較時，延緩凝結(jié)時間較少；（4）分子結(jié)構(gòu)上自由度大，外加劑制造技術(shù)上可控制的參數(shù)多，高性能化的潛力大；（5）由于合成中不使用甲醛，因而對環(huán)境不造成污染；（6）與水泥和其他種類的混凝土外加劑相容性好；（7）使用聚羧酸類減水劑，可用更多的礦渣或粉煤灰取代水泥，從而降低成本；

聚羧酸鹽系高效減水劑優(yōu)點：（8）總堿含量低，與水泥的適應(yīng)性較好；（9）低收縮，有一定的引氣量；（10）主鏈合成的原料來源較廣，單體通常有丙烯酸甲基丙烯酸馬來酸酐（甲基）丙烯酸乙酯乙酸乙烯酯和烯丙基磺酸鈉等；（11）聚合途徑多樣化，如可利用共聚、接枝、嵌段等，其合成工藝相對較簡單。

聚羧酸鹽系高效減水劑作用機理：1.靜電斥力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(jié)構(gòu),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,其帶有的陰離子活性基團（-SO3-、-COO-等）通過離子鍵、共價鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地吸附在水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面形成雙電層，水泥顆粒帶上同種電荷,產(chǎn)生靜電斥力,促使水泥顆粒相互分散,致使水泥的絮凝結(jié)構(gòu)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。聚羧酸鹽系高效減水劑作用機理：2.空間位阻作用

減水劑分子中的長聚醚側(cè)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(dāng)水泥顆粒相互靠近到達(dá)一定距離時,親水立體層產(chǎn)生重疊,于是在水泥顆粒間產(chǎn)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。聚羧酸鹽系高效減水劑作用機理：3.潤滑作用減水劑分子中帶有極性親水基,如-COOH、-OH、-NH2、-SO3H、(-O-R-)n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(jié)構(gòu),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