高效减水剂对混凝土性能的影响
2022-06-09
在混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌合水量的外加剂称为高效减水剂。高效减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土工作性。本问主要讨论了高效减水剂对硬化水泥石结构的影响及减水剂作用机理问题。
高效减水剂适用于各类工业与民用建筑、水利、交通、港口、市政等工程中的预制和现浇筑钢筋混凝土；适用于高强、超高强和中等强度混凝土，以及要求早强、适度抗冻、大流动性混凝土；适用于蒸养工艺的预制混凝土构件；适用于做各种复合型外加剂的减水增强组分（即母料）。
1.高效减水剂对硬化水泥石结构的影响
（1）硬化水泥石的强度，主要取决于水泥石的结构密实度与水泥石中孔隙分布。硬化水泥石的结构是由各种粒子及它们中间的孔隙和水分所组成的多孔体。
（2）水泥终凝后具有一定的几何形状。在最初阶段形成的主要是发育得不够好的微晶凝聚体，或称水化物凝胶。这些尺寸很小的微晶，无规则地沉积于水泥熟料颗粒表面上。继续水化使这些微晶呈辐射状向外生长，形成纤维状晶体，末端尖细而有岔。这些纤维状晶体在水泥粒子周围生长形成了许多大小不等的孔隙，中间包裹水分。继续水化使纤维状晶体再向外伸长，使水泥粒子相互搭接而形成三度空间网络结构。进一步水化使网络结构逐渐密实而增加了强度。
（3）减水剂对胶凝体向结晶体的转变过程有些延缓，这是由于减水剂使溶解度加大，溶解速度加快。使初期加有减水剂后有更多处于亚稳状态的微晶凝聚体，而表面的一层减水剂膜阻碍并延缓了微晶向结晶态的转化过程。从热力学稳定性看，小颗粒表面积大，表面自由能Z值高，热力学状态是不稳定的，微晶凝聚体会自动溶解而重新沉积于晶体表面上使其长大。加入减水剂，它降低了固液界面的界面能，使此变化过程的自由能变化（-△Z）要小些，这就使凝胶体转化过程的趋势减弱。
（4）结晶过程的延缓，有利于晶体长大。减水剂抑制了结晶速度，对生成更大更完整的结晶有利。减水剂的加人使晶体长的大些，互相搭接更好，网络结构更为密实，这可提高水泥石强度及密实性。
（5）水泥石是非均质的多孔材料。研究其微观结构可进一步了解其性能及影响因素。研究发现，当水泥石内总孔隙和大毛细孔减少时能改善水泥石结构，大幅度提高强度。
（6）从孔结构看，减水剂主要目的之一是减少用水量，这使硬化水泥石中毛细孔径变小，孔隙体积减少。而在不减少用水量时，由于分散作用及抑制结晶作用，虽然总孔隙体积改变不大，但使毛细孔径变小，这对水泥石强度的提高将产生明显的影响。
2.减水剂作用机理模型
（1）高效减水剂加到水泥拌合物中后，它较快地被吸附于水泥颗粒表面上。从此，减水剂将开始发挥作用。减水剂的很大部分（约80%）被水泥颗粒吸附了，使这些水泥粒子可较长时间稳定存在而不聚集变大，这就起了分散作用。与此同时，减水剂对水泥水化作用也产生了影响，可加速或减慢水泥的水化过程。
（2）由于减水剂的分散作用，使水泥粒子更多保持隔离状态，使水化初期增大了水泥粒子反应面积，减水剂分散作用愈好此效果愈明显。这阶段水泥水化反应以溶解--水化--结晶过程方式进行。除了表面积外，还有盐效应、形成不稳定络合物等均使溶解度加大，加速水泥的溶解过程，从而使水化物增多。虽然减水剂的成膜会阻碍反应进行，但其影响较小，其综合效果是加大了初期水化反应速度。
（3）随着反应进行，水化产物逐渐积聚于水泥颗粒表面上。前一阶段速度愈快，产物就愈多，覆盖于水泥颗粒上的水化物也愈多，但它还未构成对反应速度的主要控制因素。此阶段，水化反应仍以溶解反应过程为主，而溶液已基本上达到饱和，控制反应速度的离子扩散速度近于常数，几种作用综合效果使水化反应速度保持不变。加入减水剂，形成络合物将影响反应物参加反应的能力；形成的膜也妨碍水化反应；减水剂对水分子的缔合作用将影响水分子的运动，前一阶段水化产物的多少也对这阶段速度有所影响。因此，加入减水剂将使这一阶段水泥水化反应速度减慢。
（4）在水化反应中后期，水化产物达到一定厚度后，水分子穿过水化产物层的扩散速度将成为控制水化反应的主要因素，水化反应以固相反应方式进行。加入减水剂，使毛细孔中的水成为有一定减水剂浓度的溶液，由于渗透压对扩散的反作用，将阻碍水分子向水化产物层中扩散，使毛细孔孔径变小，将增大孔中水分的内聚力，对水分子有束缚作用，再加上络合、成膜等作用，减水剂使水泥中后期水化反应速度减慢了。
高效减水剂适用于各类工业与民用建筑、水利、交通、港口、市政等工程中的预制和现浇筑钢筋混凝土；适用于高强、超高强和中等强度混凝土，以及要求早强、适度抗冻、大流动性混凝土；适用于蒸养工艺的预制混凝土构件；适用于做各种复合型外加剂的减水增强组分（即母料）。
1.高效减水剂对硬化水泥石结构的影响
（1）硬化水泥石的强度，主要取决于水泥石的结构密实度与水泥石中孔隙分布。硬化水泥石的结构是由各种粒子及它们中间的孔隙和水分所组成的多孔体。
（2）水泥终凝后具有一定的几何形状。在最初阶段形成的主要是发育得不够好的微晶凝聚体，或称水化物凝胶。这些尺寸很小的微晶，无规则地沉积于水泥熟料颗粒表面上。继续水化使这些微晶呈辐射状向外生长，形成纤维状晶体，末端尖细而有岔。这些纤维状晶体在水泥粒子周围生长形成了许多大小不等的孔隙，中间包裹水分。继续水化使纤维状晶体再向外伸长，使水泥粒子相互搭接而形成三度空间网络结构。进一步水化使网络结构逐渐密实而增加了强度。
（3）减水剂对胶凝体向结晶体的转变过程有些延缓，这是由于减水剂使溶解度加大，溶解速度加快。使初期加有减水剂后有更多处于亚稳状态的微晶凝聚体，而表面的一层减水剂膜阻碍并延缓了微晶向结晶态的转化过程。从热力学稳定性看，小颗粒表面积大，表面自由能Z值高，热力学状态是不稳定的，微晶凝聚体会自动溶解而重新沉积于晶体表面上使其长大。加入减水剂，它降低了固液界面的界面能，使此变化过程的自由能变化（-△Z）要小些，这就使凝胶体转化过程的趋势减弱。
（4）结晶过程的延缓，有利于晶体长大。减水剂抑制了结晶速度，对生成更大更完整的结晶有利。减水剂的加人使晶体长的大些，互相搭接更好，网络结构更为密实，这可提高水泥石强度及密实性。
（5）水泥石是非均质的多孔材料。研究其微观结构可进一步了解其性能及影响因素。研究发现，当水泥石内总孔隙和大毛细孔减少时能改善水泥石结构，大幅度提高强度。
（6）从孔结构看，减水剂主要目的之一是减少用水量，这使硬化水泥石中毛细孔径变小，孔隙体积减少。而在不减少用水量时，由于分散作用及抑制结晶作用，虽然总孔隙体积改变不大，但使毛细孔径变小，这对水泥石强度的提高将产生明显的影响。
2.减水剂作用机理模型
（1）高效减水剂加到水泥拌合物中后，它较快地被吸附于水泥颗粒表面上。从此，减水剂将开始发挥作用。减水剂的很大部分（约80%）被水泥颗粒吸附了，使这些水泥粒子可较长时间稳定存在而不聚集变大，这就起了分散作用。与此同时，减水剂对水泥水化作用也产生了影响，可加速或减慢水泥的水化过程。
（2）由于减水剂的分散作用，使水泥粒子更多保持隔离状态，使水化初期增大了水泥粒子反应面积，减水剂分散作用愈好此效果愈明显。这阶段水泥水化反应以溶解--水化--结晶过程方式进行。除了表面积外，还有盐效应、形成不稳定络合物等均使溶解度加大，加速水泥的溶解过程，从而使水化物增多。虽然减水剂的成膜会阻碍反应进行，但其影响较小，其综合效果是加大了初期水化反应速度。
（3）随着反应进行，水化产物逐渐积聚于水泥颗粒表面上。前一阶段速度愈快，产物就愈多，覆盖于水泥颗粒上的水化物也愈多，但它还未构成对反应速度的主要控制因素。此阶段，水化反应仍以溶解反应过程为主，而溶液已基本上达到饱和，控制反应速度的离子扩散速度近于常数，几种作用综合效果使水化反应速度保持不变。加入减水剂，形成络合物将影响反应物参加反应的能力；形成的膜也妨碍水化反应；减水剂对水分子的缔合作用将影响水分子的运动，前一阶段水化产物的多少也对这阶段速度有所影响。因此，加入减水剂将使这一阶段水泥水化反应速度减慢。
（4）在水化反应中后期，水化产物达到一定厚度后，水分子穿过水化产物层的扩散速度将成为控制水化反应的主要因素，水化反应以固相反应方式进行。加入减水剂，使毛细孔中的水成为有一定减水剂浓度的溶液，由于渗透压对扩散的反作用，将阻碍水分子向水化产物层中扩散，使毛细孔孔径变小，将增大孔中水分的内聚力，对水分子有束缚作用，再加上络合、成膜等作用，减水剂使水泥中后期水化反应速度减慢了。