关于混凝土中添加减水剂的作用机理分析

任小敏 张义祥

摘要：当前混凝土中水的存在形式主要有三种：即自由水，吸附水和结合水。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，水泥颗粒在凝结的过程中，25%左右的自由水会被包裹在其中，因而使得混凝土的流动性变差。而加入减水剂后，这种被自由水被水泥颗粒包裹的状态会被破坏掉，自由水得以释放，从而提高了混凝土的流动性。另外，减水剂在提高混凝土工作中，减少混凝土坍塌度等方面都具有重要的作用。然而，减水剂究竟是怎样提高混凝土流动性，改善混凝土工作度的呢，本文将重点探讨和分析混凝土减水剂的作用机理。

关键词：混凝土；减水剂；作用机理

一、混凝土减水剂作用机理

（一）减水剂的静电斥力作用

在水泥被水化后，水泥的中的主要矿物以及相关的水化矿物，在受到离子间范德华力里的作用下，在水化过程中，这些矿物会因为带有不同的电荷，例如有的矿物带正电荷，有的带负电荷，从而产生凝聚的现象，这就使得整个混凝土产生了絮凝结构，因而混凝土的流动性等变差。而减水剂作为一种活性剂，其表面附有很多阴离子，将减水剂加入到混凝土中，减水剂中含有的负离子如co?，so?等就会由于受到混凝土中含有的正电荷，如ca2+的作用而被吸附在混凝土颗粒的表面，这样也就在混凝土表面形成了扩散双电层的离子分布即Zeta电位分布，因而混凝土中的表面颗粒会受到这个离子分布中静电斥力的作用而分散开来，从而把吸附于水泥土中的水状颗粒释放出来，从而提高了混凝土中自由水含量，混凝土的流动性也就提高了。当然如果Zeta的电位值的绝度值越大，那么它产生的静电斥力也就越大，所起到的减水效果也就越好。

（二）减水剂的立体位阻效应

当减水剂加入到水泥土中后，减水剂中含有的各种不同长度的有机分子链，会以不同的吸附状态呈现在水泥土颗粒表面，而不同有机分子链之所以会呈现出不同的吸附状态，这主要是因为各个有机分子链的结构是不一样的。因此，化学作用原理也就不一样了。然而这种不同的吸附状态却会直接影响减水剂对减少混凝土坍塌度的作用。举个例子，三聚氰胺系和萘系的减水剂，其中的有机分子链是以棒状链的吸附状态，吸附于水泥土颗粒表面的，所以这种吸附是一种平直吸附，其具有的静电排斥作用相对比较低。当这类减水剂的有机长链都吸附于混凝土表面时，如上面说提到的其形成的Zeta电位会因为这种吸附状态而快速降低，其产生的静电斥力也会相应的逐渐变弱，从而导致整个混凝土表面颗粒之间的范德华力成为主导作用力，因而使得混凝土坍落度提高，即混凝土在这种情况下容易发生坍落。

又例如氨基磺酸类的减水剂，其有机分子厂链以齿轮状，线状或者环状的方式吸附在水泥土颗粒表面的，这种吸附方式使得水泥上颗粒之间，呈现出立体交错的静电斥力，而在这种呈现立体交错的吸附状态的晴况下，其Zeta的静电斥力也具有立体的作用力，从而使得整个静电斥力的作用强调加大，因而混凝土的坍塌度减小，从而有效的保障了混凝土不容易出现坍落的现象。

（三）减水剂的润滑作用

减水剂含有大量的亲水基团，这些基团可以定向的被水泥颗粒吸附在其表面，然后这些亲水基团大部分都以氢键的形式和水泥中的水分子相结合，而水分之间本身就存在氢键，因此多个氢键结合的水分子，可以在水泥的颗粒表面形成一层相对比较稳定的水膜，这层水膜又可以防止水泥之间的不同颗粒直接相关接触，从而起到了增强水泥颗粒之间润滑能力的作用，水泥颗粒之间润滑能力的提高又在一定程度上提高了水泥的流动性。另外，在混凝土中还有的泥浆气泡，在加入减水剂后，其中的亲水基团同样会被这些气泡所吸附包裹，从而使得气泡之间也形成一层水膜，那么这些泥浆气泡和水泥颗粒之间滑动能力也得到了提高，因而整个混凝土的流动性进一步加强。

二、减水剂和水泥的适应性问题

根据在混凝土中加入减水剂的技术规范，减水剂和水泥之间还存在一定的适应性问题。如果减水剂不能适应某种水泥，那么它的作用效果也就体现不出来，相反，如何可以很好的适应该水泥的特征，那么减水剂的效果如增强流动性，减少坍落度等就会快速直观的表现出来。水泥和减水剂之间的适应性，受到很多因素的影响，比如水泥碱性的影响，水泥矿物成分的影响和水泥石膏细度等的影响。

（一）水泥碱性的影响

在现代工程项目中，普硅水泥或者纯硅水泥应用的比较广泛，但是这两种水泥的碱性相对较高，另外在水泥中的外掺材料和相关的石砂等也都含有一定量的碱。而水泥和减水剂能否相互适应，其碱含量具有很大影响的作用。根据相关试验表明，掺量一样的同種减水剂，采用碱含量高的水泥，其水泥净浆的流动性就较差，塑化效果亦差。

（二）水泥矿物成分的影响

水泥中C3A的含量越低，减水剂与水泥的适应性较好；当水泥中C3A的含量高时，减水剂的使用效果较差。各种试验表明，C3A含量高的水泥，将形成大量的钙矾石，须消耗大量的水，使混凝土流动度降低，需增加减水剂的用量。这是因为减水剂溶解后，优先选择性地吸附在C3A或其初期水化物表面，从而使对其它粒子产生分散作用，有效的减水剂量相应减少。

（三）水泥中石膏和水泥细度的影响

石膏控制硅酸盐水泥的凝结时间与硬化速度，一般会以二水石膏、半水石膏、可溶性或不可溶性硬石膏（无水石膏）等几种形式存在。由于它们的溶解度和溶解速度是不相同的，在混合物中C3A与S04-2。之间的平衡将直接影响减水剂的使用效果。以无水石膏作为调凝剂的水泥碰到木钙、糖钙减水剂时，会产生严重的不适应性，不仅得不到预期的效果，而且往往会引起流动损失过快甚至异常凝结。因此，对于掺有硬石膏的水泥，在使用减水剂时要特别小心。

当水泥细度增加时，水泥比表面积就增大。因此，就需要有更多的分散剂的分子，吸附覆盖在水泥颗粒表面，才能达到预期的使用效果。水泥颗粒越细，其净浆流动稳定性越差，要有好的流动性，则所需的减水剂就要增多。

三、总结

从上面的分析，可以看出，减水剂之所以能够作用于混凝土中起到提高混凝土流动性，增强混凝土润滑性和减少混凝土坍落性的效果，其主要原理在于减水剂的静电斥力，立体位阻效应和润滑的作用原理。然而，尽管减水剂可以在混凝土中起到提高其流动性等作用，但是混凝土和减水剂之间，还存在一个相互适应的问题，要确定减水剂能在混凝土中发挥其应有的作用，那么就需要考虑水泥碱性，水泥矿物成分，水泥石膏和水泥细度等，对减水剂的影响。

参考文献：

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[2]李丹为，魏海明，罗志远，苗幕.浅析高效减水剂在混凝土中的作用[J].混凝土，2014（6），335-338.