探究混凝土减水剂对混凝土的影响

探究 混凝土减水剂对混凝土的影响

潘飞

身份证号码： 32132319841004****

摘要：减水剂技术在预拌混凝土中广泛采用，且在混凝土质量控制中起重要作用，由于超量使用现象时有发生，本文针对减水剂超掺量时对混凝土性能的影响进行分析，提出处理方法。

关键词：高效减水剂；混凝土；性能；影响

前言

混凝土中使用外加剂已被公认为是提高混凝土的强度、改善性能、节约水泥用量及节省能耗等方面的有效措施。最早使用的外加剂主要为氯化钙、氯化钠和石膏等无机盐类。二十世纪三十年代，美国、英国、日本等国家已相继在公路、隧道、地下等工程中开始使用引用、防冻等外加剂。随着混凝土制品品种日益增多、结构日趋复杂、构筑物向大型化发展，出现了许多超大型的特种结构物（如海上钻采平台，大跨径桥梁，运输液化天然气的水泥船，混凝土塔等），仅仅依靠振动、加压、真空等工艺已不能满足工程施工的要求。

1.减水剂的作用机理

减水剂技术在预拌混凝土中广泛采用，且在混凝土质量控制中起重要作用，由于超量使用现象时有发生，本文针对减水剂超掺量时对混凝土性能的影响进行分析，提出处理方法。

本文所论述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，系以羧酸类聚合物为主体的复合添加剂，具有大减水、高保坍、高增强等功能，特别适用于配制高耐久性、高流态、高保坍、高强以及对外观质量要求高的混凝土工程。减水剂在混凝土中可起到三个方面的作用。

用水量不变的情况下可以改善混凝土的和易性，增大混凝土坍落度；坍落度不变的情况下可以减少用水量，从而降低水胶比，提高混凝土强度；用水量不变的情况下达到相同强度可以减少胶凝材料用量，节约成本。一般需根据不同的使用条件通过试配选择合适的减水剂品种和掺量，以达到适用性和经济性要求。

2.减水剂对硬化水泥石结构的影响

（1）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。

（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入减水剂，它降低了固液界面长大。加的界面能，使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）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。

（5）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。

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。

3.减水剂掺量超掺数倍对混凝土性能的影响

第一种情况，在超高强混凝土中，因水胶比≤0.3甚至低至0.2，在此情况下通常表现出混凝土状态对减水剂掺量不敏感，为达到理想的流动性状态，减水剂掺量通常为一般正常掺量的5-8倍，即聚羧酸掺量需达到5%-8%。对于C50以下混凝土，如此高的掺量是不可思议的。但试验结果表明，在该掺量下混凝土各龄期强度发展良好，原因在于：减水剂对水泥的分散仅仅是物理吸附作用，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，通过空间位阻作用和静电斥力作用，使水泥颗粒絮凝结构解体，释放出被包裹的游离水，从而使混凝土的流动性增加，且聚羧酸系减水剂因其特殊的梳状结构，可以在一定时间内阻止水泥颗粒再次凝聚。因此具有良好的坍落度保持性能。一旦超过一定时间后，水泥水化产物将吸附在水泥颗粒表面的减水剂分子完全包裹，减水剂分子被屏蔽后分散作用完全消失，随后不再对混凝土有任何作用和影响，水泥正常水化，混凝土强度正常发展。当然，因减水剂掺量较高，混凝土液相中减水剂分子浓度大，在部分分子被水泥水化产物覆盖后，又有新的分子吸附在水泥水化物表面，阻止水泥颗粒迅速搭接形成网络，从而在一定程度上使得凝结时间有所延长，但一般水泥凝结不超过24小时。

第二种情况，减水剂本身具有一定的引气性和缓凝性，数倍超掺可能对混凝土性能产生较大不利影响。一般来说，缓凝组分的用量是根据气温环境、工程要求和减水剂正常掺量确定的，若缓凝组分超掺数倍，因缓凝组分在胶凝材料颗粒表面的大量吸附，影响胶凝材料的正常水化，轻则使凝结时间显著延长，重则导致混凝土数天不凝或永久性不凝。一般2天甚至更长时间凝结的混凝土，因水化过程被过于延缓，水化产物的种类和数量发生变化，造成混凝土强度永久性降低。

引气型减水剂超掺数倍，在正常掺量时混凝土含气量适当的情况下，超掺数倍后使含气量大大增加，混凝土浆体异常丰富，铲起时混凝土轻而飘，严重时混凝土如面包状疏松多孔，混凝土强度严重下降。

第三种情况，即使减水剂本身无引气型和缓凝型，成倍超掺后，若不注意及时调整用水量，也可能使新拌混凝土的和易性严重变差，产生严重的泌水、离析、抓底、板结等现象，且浇注后均一稳定性差，出现内分层现象，导致钢筋周围的混凝土水胶比增大，强度下降，使钢筋握裹力严重下降。严重超掺导致的大量泌水也会出现在混凝土表面及与模板接触的部位，导致这些部位的强度下降，拆模时易出现裂缝、蜂窝、麻面等缺陷，使混凝土抵御外界侵蚀的能力大大降低，严重影响混凝土的耐久性。

参考文献

[1]田培，王玲.国家标准GB8076-2008《混凝土外加剂》应用指南[M].中国标准出版社，2016.

[2]阮承祥.《混凝土外加剂及工作原理》[M].江西科学技术出版社，2015.

[3]陈建奎.《混凝土外加剂原理与应用》中国计划出版社，2015.