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。
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)。
➢ 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
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 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
减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响
加减水剂前 加减水剂后
减
水
剂
分
散
减水作用是通过改善水
水
泥颗粒在水中的分散性
泥
而产生，颗粒的絮凝现
的
象因而减少或防止，被
机
束缚的水释放作为颗粒
理
之间的流动水。
没加减水剂的水泥浆
絮凝
加减水剂后的水泥浆
分散
5）增强减水剂对水泥颗粒分散的途径：
（1）增加颗粒表 面的ξ电位
特点：
➢ 具有较高的分子量，纯度较高；
➢ ➢
减副水作效用率小高。定，义在掺：量较小的条件下，可取得高效；
种类：
高效减水剂是一种在砼坍 落度基本相同的条件下能
➢ 改性木质素大磺幅酸度盐减，较少高拌分合子水量用的量纯木的质素盐；
➢ 磺化密胺缩外合加树剂脂，，一又般称是超钠塑盐化；剂。
➢ 磺化萘－甲醛缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐；
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
高效减水剂 High-range Water-reducer
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？
外单加纯剂依的靠作调用节水、水泥和骨料用量，难以解决下列 技术问题
➢ 用水量➢与改良善好混和凝易土性拌间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的物矛的盾和；易性； ➢ 施工操➢作调对整凝砼结凝时结间时、间放；热速度、强度增长的要求； ➢ 耐久性➢对控低制连强通度孔增隙长率；的要求。
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；
减水剂的作用机理
作
静电斥力
用
空间位阻
机
理
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。
外加剂是➢蚀解提和决高钢抗筋上冻锈述融蚀问、等题热作，开用改裂下、的善碱耐混－久凝骨性土料；性膨能胀、，硫以酸满盐足侵 工程特殊➢要节求约水的泥重用要量技，术降途低成径本；；
现在有7➢0～减8少0放％热以速上度的，混控凝制温土升使。用了外加剂；
1、减水剂 Water Reducers
减水剂——功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。
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 。
一般来说，C3A含量高的水泥与高效减水剂的相容 性较差；此外，用含碱量大、放热量大的水泥时， 通常相容性较差。
相容性好坏可以用净浆流动度测定方法评价
（3）立体的位 阻作用
（2）增加液－固 相的亲合力
6）减水剂与水泥的适用性
1、水泥 矿物成
分
2、水泥 碱性和细
度
3、石膏
4、减水 剂自身因
素
C3A含量越低， 其适应性越好。
掺量一样的同 种减水剂，碱
反之亦然。
性越高，流动
性越差。
水泥颗粒越细 ，所需的减水 剂量越多。
二水、半水石 膏和硬石膏的 溶解度和溶解 速度不同，在 混合物中C3A 和SO42-之间 的平衡将影响 减水剂的效果
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 碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结加构入减的水形剂成后。，絮凝
结构被打破
4）减水剂的作用效果
水坍 落浆效变果通稀：过、湿混润凝、土润拌滑和、流分动散性、增塑大化混 落，等当凝 度，灰量从作水土 随新 比 的而用当灰拌 随 增拌着，，坍比混 着 加合减取能落凝 减 而一物水得使度土 水 减定下水恒的剂的 剂 小时列泥定坍掺水 掺时，
➢ 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；
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。
。
掺量和形态， 如掺量过高会 推迟强度增长 和降低强度。
7）减水剂使用中的几个注意的问题
减水剂—水泥相容性问题 混凝土拌合物坍落度损失问题
减水剂—水泥的相容性与坍落度 损失
相容性，过去称“适应性”，是指减水剂与水泥之 间是否有不利于减水剂效率发挥的相互作用。
相容性好表现为减水率大、坍落度损失小，拌合物 和易性良好。
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
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；
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
➢ 水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力絮凝结构
当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面， 减离电水子荷剂基，分团 引子朝 起在水向 水泥水 泥颗，颗粒使粒表水相面泥互的吸颗排附粒斥表，面打带破有了几絮毫凝伏结的构负， 释放其包含的水，改善分散性——静电排斥作用；
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流动性。
灰度➢ 比
在，保使持混用凝水土量易不于变浇的注条、件成下型，密增实大；量坍的落增度，加改而善增和易大性
(inch)
➢ 在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比(
水胶比) ，提高混凝土强度和抗渗性；
➢ 在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少 水泥用量。 减水剂掺量(水泥质量的％) 减水减剂水剂掺掺量量对(水水泥灰质比量的的％影) 响