电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构， 释放其包含的水，改善分散性——静电排斥作用； 由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸 附层包裹在水泥颗粒表面，产生空间位阻效应，阻 加入减水剂后，絮凝 碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。
结构被打破
离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负 减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附
高效减水剂是一种在砼坍
1) 减水剂的组成与分子结构特点
减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的
离子基团和碳氢分子链，其中：
离子基团是酸根离子或氨基，如：－SO3-、－COO-、 －NH 3 +等； 碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。
其结构如下图所示：
碳氢链
阴离子基团 木质素磺酸盐的重复结构单元
4）减水剂的作用效果
通过湿润、润滑、分散、塑化等作用，能使水泥 当坍落度恒定时 浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从而，取得下列 当水灰比一定时， ，新拌混凝土的水 效果： 混凝土拌合物的坍 坍 灰比随着减水剂掺 落 水 落度随着减水剂掺 量的增加而减小 在保持用水量不变的条件下，增大坍落度，改善和易性 度 灰 量的增加而增大 ，使混凝土易于浇注、成型密实； 比
极性微气泡及水膜所起润滑作用示意图
减水剂的作用过程
当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散
体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌 合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：
水具有高表面张力(氢键分子结构) 加减水剂前的 絮凝结构 水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力
当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，
能减水剂。 特点→掺量低、减水率高、保坍性好、不离析和不泌 水、收缩率低。一定的引气性和轻微的缓凝性，环境 友好性。
带有聚氧化乙烯侧链的梳状聚合物长久保持工作性能的机理示意图
聚羧酸大分子在水泥及其水化产物上的吸附形态主要以主链 吸附而侧链分散分布在液相中，呈梳状柔性吸附成网状结构， 这种结构具有较高的空间位阻效应。同时，侧链上带有的众 多亲水活性基团使水泥颗粒与水的亲和力增大，水泥颗粒表 面溶剂化作用增强，水化膜增厚。其分散减水作用机理以空 间位阻斥力为主，其次是水化膜润滑作用和静电斥力作用， 同时还具有一定的引气隔离“滚珠”效应和降低固液界面能 效应 。
2) 减水剂的物理化学特征
可溶于水，能显著降低水的表面张力；
能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，
形成表面吸附分子层，降低水－固界面张力。
3）高效减水剂的作用机理
改性木质素磺酸盐、磺化密胺树脂和萘磺酸盐三种
以静电排斥作用为主；
含有羧基和/或醚基的聚合物以空间位阻最重要，因
为在其分子链结构中，主链上含有高度密集的支链 ，形成“梳状”大分子链；
复合功能
早强减水剂； 缓凝减水剂； 引气减水剂。
普通减水剂 Water-reducer
特点： 一般含有杂质； 减水率较小，约10%； 有一些副作用； 主要品种 木质素磺酸盐(木钙， ) 副作用：引进气泡多而大 羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸钠等) 副作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合物含气量 多元醇(如糖钙等) ； 副作用：缓凝但不影响含气量
减水剂的作用机理
作 用 机 理
静电斥力
空间位阻
润滑作用
3.1） 静电斥力学说
主要适用于→萘系、三聚氰胺系和改良
的木质素磺酸盐。
对水泥浆的分散作用→吸附、静电斥力
（ξ电位）和分散。
减水剂的作用模式
图 1、絮凝状结构
水泥拌水后的絮凝结构 减水剂作用简图
3.2）空间位阻学说
主要适用于→以聚羧酸系减水剂为代表的第三代高性
高效减水剂 High-range Water-reducer
特点： 具有较高的分子量，纯度较高； 减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效； 定义： 副作用小。 种类： 落度基本相同的条件下能 改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素盐； 大幅度减少拌合水用量的 磺化密胺缩合树脂，一般是钠盐； 外加剂，又称超塑化剂。 磺化萘－甲醛缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐； 含有羧基和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧酸酯 ，聚醚等；
聚羧酸脂系高效减水剂的作用机理(空间位阻)
3.3）润滑作用
高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥
颗粒表面，又以氢键形式与水分子缔合，再加 上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表 面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒间的直接 接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润 滑作用，从而进一步提高浆体的能上能在和易性不变时，减少单位用
水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或 二者都具备又不改变含气量的外加剂。 组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表 面活性物质。 种类：
减水效果
普通 减水剂(也称塑化剂，Plasticiser)； 高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser)。
学习要求
掌握外加剂的重要种类； 物理化学特征； 作用机理； 应用及其负作用。
为什么要使用外加剂？
单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列 外加剂的作用
技术问题
用水量与良好和易性间的矛盾； 改善混凝土拌合物的和易性； 调整砼凝结时间； 施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求； 控制强度增长； 耐久性对低连通孔隙率的要求。 提高抗冻融、热开裂、碱－骨料膨胀、硫酸盐侵 外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足 蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性； 工程特殊要求的重要技术途径； 节约水泥用量，降低成本； ～ 减少放热速度，控制温升。 现在有70 80％以上的混凝土使用了外加剂；
混凝土外加剂 Admixtures for Concrete
高效减水剂及其作用机理
王海峰
基本概念
外加剂——在混凝土中加入除四种主要组分以外的
其它外加材料。 种类——化学外加剂和矿物外加剂：
矿物外加剂：掺加量在水泥质量5%以上的称为掺和料； 化学外加剂：掺加量在水泥质量5%以下的称为外加剂。