高效减水剂对混凝土性能的影响

高效减水剂对混凝土性能的影响摘要】介绍了高效减水剂的种类及国内外有关高效减水剂的质量标准，通过对比萘磺酸甲醛缩合物减水剂、聚羧酸系减水剂、三聚氰胺系减水剂等三类不同高效减水剂，详述了高效减水剂对新拌和硬化混凝土性能的影响，从而得到用聚羧酸系高效减水剂配制的混凝土具有坍落度损失小、抗裂性能较好及抗压强度高等优点的结论，最后提出现有高效减水剂存在的问题及高效减水剂今后研究开发的方向。

关键词 高效减水剂；坍落度；混凝土；抗裂性

Highefficiencywaterreducingagentonthepropertiesofconcrete

ZhouLi-ling1,YuanXia-wei2

(1.ShaoxingUniversitySchoolofCivilEngineeringCivilEngineering111classShaoxingZhejiang312000；

2.ShaoxingUniversitySchoolofCivilEngineeringShaoxingZhejiang312000)

【Abstract】Describesthetypesandqualitystandardsathomeandabroadaboutthesuperplasticizersuperplasticizer,bycontrastnaphthalenesulfonicacidformaldehydecondensatesuperplasticizer,superplasticizer,melaminesuperplasticizerthreedifferentefficientsuperplasticizer,detailingtheimpactofsuperplasticizeronnewpropertiesofhardenedconcretemixing,resultingpolylacticacidsuperplasticizerformulatedconcretewithslumploss,goodcrackresistanceandcompressivestrengthadvantagesconclusionsFinallysuperplasticizerexistingproblemsandsuperplasticizerfuturedirectionofresearchanddevelopment.

【Keywords】Superplasticizer;Slump;Concrete;Crackresistance

1.引言

（1）随着建筑业的迅速发展，建筑技术不断地提高并复杂化，促进了高强、超高强混凝土的发展和应用，同时对混凝土的工艺性能提出许多了更高更新的要求，如提高混凝土的强度与耐久性；降低混凝土的孔隙率等，因此普通混凝土已不能满足新的施工工艺要求，而混凝土外加剂的出现无疑是解决了这些问题。混凝土外加剂是现代混凝土不可缺少的组分之一，掺少量外加剂可以改善新拌混凝土的工作性能，提高硬化混凝土的物理力学性能和耐久性。同时，外加剂的研究和应用促进了混凝土生产、施工工艺以及新型混凝土的发展［1］。

（2）混凝土外加剂中，最引人注目的是高效减水剂。高效减水剂的发展已有40多年的历史。1962年日本的服部健一等将萘磺酸甲醛缩合物用作混凝土分散；1963年原联邦德国研制成功三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。由于这两种外加剂对水泥有强的分散作用，性能较普通减水剂有明显提高，因而被称为高效减水剂［2］。它的开发促进了混凝土的高强、超高强化，改善了混凝土的施工，实现了大体积的现代化的高速高效文明施工，因而促进了混凝土技术的迅猛发展。

2.高效减水剂的种类及特性

目前合成的高效减水剂都属于阴离子型高分子表面活性剂，按其活性基团阴离子的不同，可分为两大类:聚磺酸盐和聚羧酸盐。聚磺酸盐高效减水剂包括萘磺酸盐、三聚氰胺磺酸盐和氨基磺酸盐缓凝高效减水剂。聚羧酸盐类高效减水剂是(甲基)丙烯酸与其它单体的共聚物［3］。高效减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌和物的流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显着改善新拌混凝土的工作性能和混凝土各龄期强度。对混凝土凝结时间的影响及控制混凝土坍落度损失的能力都是因高效减水剂的品种而异的。

2.1萘磺酸甲醛缩合物减水剂。

萘磺酸甲醛缩合物减水剂(简称萘系减水剂，NSF)，主要成分为萘磺酸甲醛缩合物，是一种极性分子，其中的磺酸基是强亲水基团。它是由萘用浓硫酸磺化得到β——萘磺酸，与甲醛缩合、用苛性钠中和得到的萘磺酸钠甲醛缩合物，适合于配置高流态、高强度、高抗渗的高性能混凝土和预拌混凝土，还可以与其他外加剂复合使用。萘系减水剂是目前国内生产量最大、使用最广的高效减水剂。其特点是减水率较高，不引气，与水泥适应性好，价格相对便宜，与各种外加剂复合性能好；缺点是坍落度经时损失较大，混凝土有些发黏［4］。

2.2聚羧酸系减水剂。

聚羧酸系高效减水剂(简称PC系列减水剂)是甲基丙烯酸与其他单体的共聚物，具有超分散性，能阻止混凝土坍落度损失，且不引起明显缓凝，是目前国内外化学外加剂研究与开发的重点。与其他高效减水剂相比，PC系列减水剂主要有以下突出的优点：低掺量(0.2％～0.5％)；分散性能好；保坍性好，90min内坍落度基本无损失；在相同流动度下，延缓凝结时间较少；分子结构自由度大，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大；合成中不使用甲醛，因而对环境不造成污染，是一种绿色环保产品。但聚羧酸系减水剂与其他外加剂的相容性不太稳定，故对PC系列减水剂的合成、作用机理和应用等方面的研究还有待进一步深人进行研究。

2.3三聚氰胺系减水剂。

三聚氰胺系减水剂(俗称密胺减水剂，SM)以三聚氰胺、甲醛等为原料，经过羟甲基化、磺化及缩合等工艺制成。在水泥混凝土拌合料中掺入少量三聚氰胺高效减水剂，它的阴离子一极能均匀地吸附在水泥颗粒表面，而另一极则均匀地吸附在水分子表面，使水泥不会被水直接包裹成团而形成“假凝”现象，水泥颗粒得到充分分散，故它是一种很好的水泥分散剂。由于它能增加水泥颗粒之间的润滑度，提高水泥混凝土的和易性及流动度，故在保持相同流动度的情况下，可减少水泥混凝土拌合用水量［5］。从这个意义上说，它又是一种减水早强剂。但三聚氰胺价格较高，生产工艺复杂，产品稳定性差，因而在很大程度上限制了其发展和应用。

3.高效减水剂对混凝土性能的影响

萘磺酸甲醛缩合物减水剂、聚羧酸系减水剂、三聚氰胺系减水剂三类高效减水剂对混凝土性能的影响是不同的。下面主要从对新拌混凝土、硬化混凝土以及混凝土耐久性等三方面分别阐述不同高效减水剂对于混凝土所产生的影响。

3.1对新拌混凝土性能的影响。

3.1.1减水作用。

高效减水剂比普通减水剂具有较高的减水率，普通减水剂的减水率一般低于10%，高效减水剂的减水率在20％～30％之间。高效减水剂减水率的高低决定于其化学结构、分子的构型、分子量大小和分子量分布。在相同掺量的情况下，聚羧酸盐类高效减水剂具有较高的减水率［6］。

3.1.2凝结时间。

高效减水剂对混凝土凝结时间的影响决定于高效减水剂的化学结构，三聚氰胺系高效减水剂对混凝土没有缓凝作用，甚至使得混凝土的凝结时间稍稍提前，但聚羧酸盐类高效减水剂则是缓凝性高效减水剂。

3.1.3离析和泌水。

高效减水剂对不同水泥的适应性不同，但高效减水剂的掺入，可有效减小甚至消除离析和泌水现象的发生［7］。

3.1.4坍落度和坍落度损失。

坍落度是表征混凝土流动性及和易性的重要指标之一。坍落度越大，混凝土的流动性越好。坍落度损失是指混凝土在搅拌好并经过一定时问后所测坍落度与其初始坍落度的差值(绝对值)。影响混凝土坍落度损失的因素很多，如水灰比、水泥和集料的特性及减水剂的种类等。减水剂不同，对混凝土塌落度损失也不同。经实验研究得知，30min内萘系减水剂混凝土的坍落度经时损失最大为60％，三聚氰胺系减水剂混凝土坍落度最大经时损失30％，聚羧酸系减水剂混凝土坍落度最大经时损失不足20％。这表明聚羧酸系减水剂的保坍性最好，其作用机理是，聚羧酸系减水剂在水泥中呈梯形的吸附形态，水泥粒子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力，具有更大的分散效果，并能保持其分散系统的稳定性，Zeta电位变化小［8］。所以，加入聚羧酸系减水剂的混凝土坍落度损失比常用减水剂小。

3.2对硬化混凝土性能的影响。

3.2.1混凝土抗压强度。

不同减水剂对硬化水泥浆体的强度及后期强度发展的影响作用不同。高效减水剂能大幅度地降低混凝土拌合物的拌合用水量，显着地改善水泥的水化程度，两者的综合效果是显着地提高混凝土各龄期的强度。经验表明，掺高效减水剂混凝土的抗压强度、抗弯强度和静态弹性模量较空白混凝土有不同程度的提高［9］。由实验所得：早期抗压强度最高的是聚羧酸系减水剂，其28d后的抗压强度也是最高的；萘系减水剂混凝土在3d时的抗压强度偏低，早强效果一般。

3.2.2混凝土早期开裂性。

目前，实际应用中的混凝土评定指标常常为混凝土强度与坍落度，而忽视了混凝土的体积稳定性问题。体积稳定性不良会引起混凝土早期收缩，形成裂缝。若混凝土早期的收缩裂缝处理不当，就会加速混凝土的开裂，这不但会影响建筑物的外观和使用功能，而且会对建筑物的结构安全性和耐久性造成危害。影响混凝土早期开裂性能的因素有很多，如外加剂品种和掺量、环境温度及风速等都会

使混凝土出现裂缝［10］。使用三聚氰胺系减水剂混凝土的开裂面积及最大裂缝宽度与其他减水剂相比较小，但其开裂面积分别是使用聚羧酸系减水剂和萘系减水剂的76％和52％，最大裂缝宽度是使用聚羧酸系减水剂和萘系减水剂的40％左右。这说明减水剂的种类对混凝土的开裂时间影响较小。

3.2.3收缩和徐变。

高效减水剂用于减少混凝土用水量而提高强度或节约水泥时，混凝土收缩值小于空白混凝土；用于增加坍落度而改善和易性时，收缩值略高于或等于空白混凝土。高效减水剂对混凝土徐变的影响与对收缩的影响的规律相同，只是当掺入高效减水剂而不节约水泥，抗压强度明显提高时，徐变显着减小［6］。

3.3对混凝土耐久性的影响。

3.3.1冻融性。

混凝土的抗冻融性在其他条件相同的情况下，很大程度上是受水灰比和合气量这两个重要因素制约。实验发现，混凝土的水灰比愈小，其抗冻融性能愈好，掺入具有一定引气作用的减水剂，其抗冻融性能有更大的改善。目前国内常用的

高效减水剂由于减水率高和微量的引气性，使得混凝土的抗冻融性有显着提高。

3.3.2抗渗性。

一般影响抗渗性较大的是水灰比，当水灰比大于0.55时，由于拌和混凝土所使用的水远远超过水泥水化所需要的水，因此在混凝土中存在着水化剩余水、早期蒸发水和泌水通道等留下的原生孔缝将导致混凝土的透水性急剧增加，但若水灰比太低，由于混凝土的和易性太差而导致无法制成充分密实的混凝土结构，其抗渗性能还是无法提高。采用减水剂或引气减水剂，在和易性相同情况下，就可大幅度地减少拌和用水量。若掺入引入适量微小气泡的减水剂，由于减少泌水通道，从而对提高其抗渗及抗冻性能均会起好的作用。

3.3.3对钢筋混凝土性能的影响。

混凝土的碳化与钢筋混凝土结构的耐久性密切相关。混凝土结构从表面开始遭受二氧化碳的作用，混凝土中的水化产物氢氧化钙慢慢地变成碳酸钙丧失碱性。当碳化作用深入到钢筋部位后，就使原来起保护钢筋的“钝化膜”遭到破坏从而使钢筋受到电化学腐蚀。当加入外加剂，外加剂中含有大量氯离子，则对钢筋的电化学腐蚀作用将明显加剧，为此在钢筋混凝土中氯离子含量应加以严格控制。有试验结果表明，掺高效减水剂的混凝土碳化速度比不掺减水剂的混凝土有明显缓慢，可以克服矿渣水泥抗碳化性能低的缺陷，有效抑制了钢筋的锈蚀，使混凝土总钢筋产生锈蚀的危害明显减轻［11］。

4.存在的问题

混凝土施工技术不同对混凝土性能的要求也不同，用单一高效减水剂难以满足各种类型的高性能混凝土。在已商品化的高效减水剂的实际应用过程中，也存在如下一些问题［12］：(l)萘磺酸盐甲醛缩合物及三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物两个系列的高效减水剂，以适中的掺加量塑化普通混凝土时，几乎不存在问题。但以较高掺量塑化高强或高流态混凝土时，混凝土的坍落度损失太快，必须和缓凝、引气成分配合使用，才能用于配制泵送混凝土。(2)以较高掺量配制高流动性混凝土时，易有泌水现象发生，需要与保水剂配合使用。(3)所有的已商品化的高效减水剂几乎没有引气性，赋予混凝土抗冻融的能力有限，只好与引气剂配合使用。(4)已商品化的高效减水剂除聚羧酸类外，都是甲醛的缩合物，甲醛的使用对人体和环境都有危害。

5.研究动向

通过对已应用的各种高效减水剂性能的比较和对各种减水剂分子与水泥颗粒作用机理的研究，聚羧酸类高效减水剂将是今后研究和开发的目标。聚羧酸类高效减水剂分子中分子组成、主链的长短、活性基团的类型等等都决定着减水剂的性能。通过精心设计分子结构，合理调整共聚单体配比，将会合成出一系列性能优异的高效减水剂。

参考文献

［1］刘秉京.国内外混凝土外加剂现状［J］.中国港湾建设，2024,(2):7～10.

［2］陈剑雄.高效减