《混凝土外加剂》第3章 普通减水剂

第三章普通减水剂3.1普通减水剂的组成及化学性质3.2普通减水剂对混凝土性能的影响3.3普通减水剂的制备工艺3.4普通减水剂的适应范围与工程应用普通减水剂的特点：应用面最广、使用量最大、使用最早，最初为工业副产品。普通减水剂的主要作用：1.在不减少单位用水量情况下，改善新拌混凝土的和易性，提高流动度和工作度。2.在保持相同流动度下，减少用水量，提高混凝土的强度。3.在保持一定强度情况下，减少单位水泥用量，节约水泥。和易性——混凝土拌合物的和易性又称工作性，它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。流动性——指混凝土拌合物在自重力或机械振动力作用下易于产生流动、易于输送和易于充满混凝土模板地性质。粘聚性——混凝土拌合物在施工过程中保持整体均匀一致的能力。粘聚性好可保证混凝土拌合物在输送、浇灌、成型等过程中，不发生分层、离析，即保证硬化后混凝土内部结构均匀。保水性——混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能力。保水性好可保证混凝土拌合物在输送、成型及凝结过程中，不发生大的或严重的泌水，既可避免由于泌水产生的大量的连通毛细孔隙，又可避免由于泌水，使水在粗骨料和钢筋下部聚积所造成的界面粘结缺陷。

3.1普通减水剂的组成及化学性质普通减水剂种类：木质素磺酸盐类减水剂、羟基羧酸盐减水剂、糖钙减水剂、腐殖酸减水剂。1.木质素磺酸类减水剂a.木质素(Lignin)的来源与结构木质化植物中木质素

的作用：粘结作用，

提高强度作用。在纸纤维生产中，木

质素是多余有害的，

在木材蒸煮制浆过程

中与纤维通过过滤分

离后存在于滤液中，

提取滤液中的酒精（

乙醇）、香兰素（食

物添加剂），最后剩

下木质素（含量40%-60%）。b.木质素磺酸盐的性质式中M为Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+等。分子量：20000—50000之间。性质属于阴离子表面活性剂。

木质素磺酸盐性质原料造纸工艺软木（针叶）硬木（阔叶）芦苇、稻草（一年生）木质素含量16%—19%，对混凝土作用良好。木质素含量27%—37%，对混凝土作用优良。木质素含量更低，对混凝土作用最差。酸法碱法（大部分）木质素磺酸钙（木钙）木质素磺酸钠（木钠）2.其他类减水剂a.腐殖酸类减水剂（胡敏酸）：是一类高分子羟基芳基羧酸。b.棉浆、半纤维素类减水剂c.橡椀栲胶类减水剂腐殖酸减水剂3.2普通减水剂对混凝土性能的影响（木质素磺酸盐）木质素磺酸盐特点及作用：属于阴离子表面活性剂，能吸附在固液界面上形成界面吸附层，使界面层上分子与内部分子具有不同能量，即木质素磺酸盐水溶液表面张力小于纯水溶液，因而起分散和起泡作用。气泡的滚动和托浮作用会改进固液分散体系的和易性。木质素磺酸盐在水中解离成有机大分子阴离子和金属阳离子，大分子阴离子吸附在水泥固体颗粒表面，使水泥粒子带负电，电斥力使水泥粒子分开，水膜还能减小粒子间摩擦力起润滑作用。木质素磺酸盐分子中存在着羟基（—OH）和醚键（—Ｏ—），因而有缓凝作用，使水泥水化初期可减少结合水消耗而增加和易性。

１.对新拌混凝土性能的影响a.改善混凝土和易性影响和易性的因素：水泥品种、用量、骨料用量、砂率大小、用水量、浇注环境温度、湿度、工艺条件、静停时间等。当其他条件相同时和易性与减水剂的种类、掺量及掺加方法有关。木钙、木钠对塌落度影响样品掺量木钠木钙高效木钠+高效木钙+高效0.25%1401351691451450.5%2001952152152001.0%2312062382852651.5%240240250287270混凝土搅拌车混凝土搅拌机混凝土搅拌楼减水率：8%—15%

WR=(W0

—W1)/W0×100%

W0：基准混凝土单位用水量；

W1：掺外加剂混凝土单位用水量b.减少单位用水量实际计算水泥水化硬化所需用水量25%（以水泥质量为100%）。生产混凝土时为了保持流动性，便于施工，用水量超过此值。这些水化过程中不需要的水称为游离水分。游离水分蒸发形成混凝土中的空隙。c.改变混凝土的凝结时间初凝：自加水时至水泥浆开始失去塑性，流动性降低所需的时间。终凝：自加水时至水泥浆完全失去塑性并开始一定初始结构强度所需的间。不早于45min，不宜过快，以完成各种工序。不迟于6.5h，不宜过迟，尽早凝结硬化，产生强度。凝结时间测定方法：贯入阻力实验（贯入阻力仪）R=P/AR—贯入阻力，MPaP—贯入深度25mm时所需压力NA—贯入仪试针的截面积，mm2

测初凝时间100mm2

测终凝时间20

mm2

A：普通硅酸盐水泥混凝土；B：掺木质素磺酸钙后的普通硅酸盐混凝土；C：掺木质素磺酸钙后的矿渣硅酸盐混凝土d.水化热混凝土凝结硬化过程是放热过程，掺入减水剂后，放热量与不掺大致相同，不同的在于改变了水化热峰值出现的时间与高度。也就是说减水剂推迟了水泥的放热过程。木质素掺量为0.25%，水化热峰值推迟3—8h。e.泌水混凝土由水、胶凝材料、细骨料、粗骨料、外加剂等拌合硬化而成，它会产生不均匀的情况有三种：骨料沉底、浆体上浮浆体沉底、骨料上浮水分上浮逸出（泌水）混凝土离析混凝土的宏观不均匀性混凝土宏观上是均匀的，但是上表面不均匀，内部局部不均匀泌水机理解决混凝土泌水的途径(1)混凝土配合比方面，适当增加胶凝材料用量，适当提高混凝土的砂率。在保证施工性能的前提下，尽量减少单位用水量。

(2)原材料方面，选用较细的胶凝材料和高品质的引气剂。

(3)减水剂方面，选用混凝土泌水较小、流动度大的高效减水剂。

(4)施工方面，严格控制混凝土振捣时问，避免过振。

(5)通过外加剂改善混凝土的泌水。

如果减水剂的分子量较大、分子链较长，会使混凝土的泌水减少，但是同时减水剂的减水率较低。如果分子量较小、分子链较短，则使减水率增加，同时使混凝土的泌水率增大。有些减水剂在主分子链上存在支链，无论主链支链，较长时会使混凝土泌水减水，但减水率也相应降低。混合组成（复合型外加剂）2.对硬化混凝土性能的影响（1）强度强度理论：鲍罗米公式R=AR0(C/W－B)A、B——常数R——混凝土强度

R0——水泥标号C/W——水灰比孔隙率R=3100（1－Vp）2.7

Vp——混凝土孔隙率木质素磺酸盐：a.减水剂的减水作用降低水灰比，孔隙体积

减小，砼更为致密，强度提高。b.引气作用,用量大时含气量增加，强度反

而下降。减水剂对抗拉强度无明显影响。（2）收缩与徐变收缩：砼在干燥过程中，发生气孔水和毛细水的蒸发，毛细水的蒸发使毛细孔中形成负压，产生收缩力，导致砼收缩。残余收缩为收缩量的30%—60%。砼的极限收缩值（50—90）×10-5mm/mm(1m收缩0.5—0.9mm)。

掺减水剂：前两个月收缩大，三个月后收缩小——成型后早期加强养护，较小收缩。徐变：砼在恒定载荷的长期作用下，沿着作用力的方向的变形随时间不断增长，一般要延续2—3年才逐渐趋于稳定，这种在长期载荷作用下产生的变形称为徐变。徐变应变瞬时应变瞬时恢复残余形变徐变恢复（3）抗渗性减水剂→水灰比下降→砼密实性提高→引气性→少量气泡→阻断了毛细管的通道→开放孔成为封闭孔→抗渗性提高（4）抗冻融性在某一冻结温度下存在结冰水和过冷水，结冰水产生体积膨胀（9%）及过冷水发生迁移，引起压力的结果。砼在掺入减水剂后，由于减水剂的增强作用及引入一定数量独立微小气泡，使砼抗冻融性有较大提高。（5）钢筋锈蚀与碳化钢筋锈蚀→电化学腐蚀：由于氯离子的存在，发生原电池反应。减水剂生产时原料含氯，当氯离子含量小于1%，锈蚀程度不增加。耐久性与碳化相关：硬化砼长期暴露在空气中，与空气中二氧化碳反应：Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O，逐渐失去碱性（钢筋处于强碱性中不锈蚀），碳化由表面向内部→碳化不影响强度，但不能保护钢筋（原PH值12.5，碳化后PH小于11.5，有氧时钢筋表面钝化膜被破坏。）Fe(OH)3比Fe的体积大2—2.5倍，且疏松，形不成保护膜，并且使钢筋体积增大，产生膨胀应力，保护层开裂、脱落，加速钢筋锈蚀，使承载能力下降至破坏。减水剂具有减水作用，可使水灰比下降，抑制碳化。3.3普通减水剂的制备工艺1.木质素磺酸盐减水剂（木钙、木钠）制浆木质素磺酸盐（副产品）纤维浆，生产化纤织物或造纸分离木钙的生产过程（亚硫酸盐制浆法）把木片与亚硫酸盐蒸煮，木质素发生磺化反应，转化为水溶性。

碱法分子量最小亚硫酸制浆蒸中性法 煮液酸碱度（PH）酸性法 分子量高，木钙质量最好（一般方法）

生产流程：b.木钠的生产工艺（木质素磺酸钠）分子结构与木钙相同，只是大分子中的磺酸基团形成的不是钙盐而是钠盐，因此生产过程中用NaOH取代Ca(OH)2来中和废液。废液→中和（置换）→发酵→超精滤→浓缩→喷粉c.木质素磺酸盐生产的质量控制水分：＜7%影响有效成分含量，吸潮水不溶物：＜2%杂质，非有效成分PH值：4.5~5.5还原糖：＜8%影响砼缓凝，降低有效成分。2.腐殖酸减水剂腐殖酸中大部分不溶于水和酸，在有碱存在的条件下生成盐而溶解。草炭烘干干燥分离碱煮去渣烘干磺化清液浓缩磨细成品NaOHNa2SO43.棉浆减水剂废液棉短绒蒸煮烘干氯化球磨沉淀过滤成品NaOH过滤氯气滤液Na2CO34.栲胶及其废渣提取物3.4普通减水剂的适应范围与工程应用1.普通减水剂应用技术要点

①应用广泛：普通混凝土、大体积砼、水工、泵送、防水、现浇砼、预制砼、钢筋砼、预应力砼

现场搅拌砼，然后浇注商品砼：建筑场外搅拌后，经过运输入现场直接浇注：混凝土现浇

预制砼 现场预制预制砼：场外预制（定做的、买现成的砼构件）不宜使用：蒸养砼

②有缓凝作用，日最高气温高于5℃时使用。③适宜掺量（0.25%，不超过3%），宜于湿掺④砼拌合物从出机运输到浇注的时间（夏季：小于1h，冬季：小于2h）⑤减水剂与胶结料及其他外加剂的相容性⑥加强养护2.普通减水剂容易出现的工程质量问题①流动性不好掺量不够②长时间不凝结掺量过大

③强度不够④假凝（急凝）水泥、外加剂相容性3普通减水剂的工程应用葛洲坝水利工程1974年到1985年施工，浇注砼1250万立