關(guān)于混凝土中添加減水劑的作用機(jī)理分析

任小敏 張義祥

摘要：當(dāng)前混凝土中水的存在形式主要有三種：即自由水，吸附水和結(jié)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，水泥顆粒在凝結(jié)的過(guò)程中，25%左右的自由水會(huì)被包裹在其中，因而使得混凝土的流動(dòng)性變差。而加入減水劑后，這種被自由水被水泥顆粒包裹的狀態(tài)會(huì)被破壞掉，自由水得以釋放，從而提高了混凝土的流動(dòng)性。另外，減水劑在提高混凝土工作中，減少混凝土坍塌度等方面都具有重要的作用。然而，減水劑究竟是怎樣提高混凝土流動(dòng)性，改善混凝土工作度的呢，本文將重點(diǎn)探討和分析混凝土減水劑的作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞：混凝土；減水劑；作用機(jī)理

一、混凝土減水劑作用機(jī)理

（一）減水劑的靜電斥力作用

在水泥被水化后，水泥的中的主要礦物以及相關(guān)的水化礦物，在受到離子間范德華力里的作用下，在水化過(guò)程中，這些礦物會(huì)因?yàn)閹в胁煌碾姾桑缬械牡V物帶正電荷，有的帶負(fù)電荷，從而產(chǎn)生凝聚的現(xiàn)象，這就使得整個(gè)混凝土產(chǎn)生了絮凝結(jié)構(gòu)，因而混凝土的流動(dòng)性等變差。而減水劑作為一種活性劑，其表面附有很多陰離子，將減水劑加入到混凝土中，減水劑中含有的負(fù)離子如co?，so?等就會(huì)由于受到混凝土中含有的正電荷，如ca2+的作用而被吸附在混凝土顆粒的表面，這樣也就在混凝土表面形成了擴(kuò)散雙電層的離子分布即Zeta電位分布，因而混凝土中的表面顆粒會(huì)受到這個(gè)離子分布中靜電斥力的作用而分散開(kāi)來(lái)，從而把吸附于水泥土中的水狀顆粒釋放出來(lái)，從而提高了混凝土中自由水含量，混凝土的流動(dòng)性也就提高了。當(dāng)然如果Zeta的電位值的絕度值越大，那么它產(chǎn)生的靜電斥力也就越大，所起到的減水效果也就越好。

（二）減水劑的立體位阻效應(yīng)

當(dāng)減水劑加入到水泥土中后，減水劑中含有的各種不同長(zhǎng)度的有機(jī)分子鏈，會(huì)以不同的吸附狀態(tài)呈現(xiàn)在水泥土顆粒表面，而不同有機(jī)分子鏈之所以會(huì)呈現(xiàn)出不同的吸附狀態(tài)，這主要是因?yàn)楦鱾€(gè)有機(jī)分子鏈的結(jié)構(gòu)是不一樣的。因此，化學(xué)作用原理也就不一樣了。然而這種不同的吸附狀態(tài)卻會(huì)直接影響減水劑對(duì)減少混凝土坍塌度的作用。舉個(gè)例子，三聚氰胺系和萘系的減水劑，其中的有機(jī)分子鏈?zhǔn)且园魻铈湹奈綘顟B(tài)，吸附于水泥土顆粒表面的，所以這種吸附是一種平直吸附，其具有的靜電排斥作用相對(duì)比較低。當(dāng)這類(lèi)減水劑的有機(jī)長(zhǎng)鏈都吸附于混凝土表面時(shí)，如上面說(shuō)提到的其形成的Zeta電位會(huì)因?yàn)檫@種吸附狀態(tài)而快速降低，其產(chǎn)生的靜電斥力也會(huì)相應(yīng)的逐漸變?nèi)?，從而?dǎo)致整個(gè)混凝土表面顆粒之間的范德華力成為主導(dǎo)作用力，因而使得混凝土坍落度提高，即混凝土在這種情況下容易發(fā)生坍落。

又例如氨基磺酸類(lèi)的減水劑，其有機(jī)分子廠鏈以齒輪狀，線狀或者環(huán)狀的方式吸附在水泥土顆粒表面的，這種吸附方式使得水泥上顆粒之間，呈現(xiàn)出立體交錯(cuò)的靜電斥力，而在這種呈現(xiàn)立體交錯(cuò)的吸附狀態(tài)的晴況下，其Zeta的靜電斥力也具有立體的作用力，從而使得整個(gè)靜電斥力的作用強(qiáng)調(diào)加大，因而混凝土的坍塌度減小，從而有效的保障了混凝土不容易出現(xiàn)坍落的現(xiàn)象。

（三）減水劑的潤(rùn)滑作用

減水劑含有大量的親水基團(tuán)，這些基團(tuán)可以定向的被水泥顆粒吸附在其表面，然后這些親水基團(tuán)大部分都以氫鍵的形式和水泥中的水分子相結(jié)合，而水分之間本身就存在氫鍵，因此多個(gè)氫鍵結(jié)合的水分子，可以在水泥的顆粒表面形成一層相對(duì)比較穩(wěn)定的水膜，這層水膜又可以防止水泥之間的不同顆粒直接相關(guān)接觸，從而起到了增強(qiáng)水泥顆粒之間潤(rùn)滑能力的作用，水泥顆粒之間潤(rùn)滑能力的提高又在一定程度上提高了水泥的流動(dòng)性。另外，在混凝土中還有的泥漿氣泡，在加入減水劑后，其中的親水基團(tuán)同樣會(huì)被這些氣泡所吸附包裹，從而使得氣泡之間也形成一層水膜，那么這些泥漿氣泡和水泥顆粒之間滑動(dòng)能力也得到了提高，因而整個(gè)混凝土的流動(dòng)性進(jìn)一步加強(qiáng)。

二、減水劑和水泥的適應(yīng)性問(wèn)題

根據(jù)在混凝土中加入減水劑的技術(shù)規(guī)范，減水劑和水泥之間還存在一定的適應(yīng)性問(wèn)題。如果減水劑不能適應(yīng)某種水泥，那么它的作用效果也就體現(xiàn)不出來(lái)，相反，如何可以很好的適應(yīng)該水泥的特征，那么減水劑的效果如增強(qiáng)流動(dòng)性，減少坍落度等就會(huì)快速直觀的表現(xiàn)出來(lái)。水泥和減水劑之間的適應(yīng)性，受到很多因素的影響，比如水泥堿性的影響，水泥礦物成分的影響和水泥石膏細(xì)度等的影響。

（一）水泥堿性的影響

在現(xiàn)代工程項(xiàng)目中，普硅水泥或者純硅水泥應(yīng)用的比較廣泛，但是這兩種水泥的堿性相對(duì)較高，另外在水泥中的外摻材料和相關(guān)的石砂等也都含有一定量的堿。而水泥和減水劑能否相互適應(yīng)，其堿含量具有很大影響的作用。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)表明，摻量一樣的同種減水劑，采用堿含量高的水泥，其水泥凈漿的流動(dòng)性就較差，塑化效果亦差。

（二）水泥礦物成分的影響

水泥中C3A的含量越低，減水劑與水泥的適應(yīng)性較好；當(dāng)水泥中C3A的含量高時(shí)，減水劑的使用效果較差。各種試驗(yàn)表明，C3A含量高的水泥，將形成大量的鈣礬石，須消耗大量的水，使混凝土流動(dòng)度降低，需增加減水劑的用量。這是因?yàn)闇p水劑溶解后，優(yōu)先選擇性地吸附在C3A或其初期水化物表面，從而使對(duì)其它粒子產(chǎn)生分散作用，有效的減水劑量相應(yīng)減少。

（三）水泥中石膏和水泥細(xì)度的影響

石膏控制硅酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間與硬化速度，一般會(huì)以二水石膏、半水石膏、可溶性或不可溶性硬石膏（無(wú)水石膏）等幾種形式存在。由于它們的溶解度和溶解速度是不相同的，在混合物中C3A與S04-2。之間的平衡將直接影響減水劑的使用效果。以無(wú)水石膏作為調(diào)凝劑的水泥碰到木鈣、糖鈣減水劑時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不適應(yīng)性，不僅得不到預(yù)期的效果，而且往往會(huì)引起流動(dòng)損失過(guò)快甚至異常凝結(jié)。因此，對(duì)于摻有硬石膏的水泥，在使用減水劑時(shí)要特別小心。

當(dāng)水泥細(xì)度增加時(shí)，水泥比表面積就增大。因此，就需要有更多的分散劑的分子，吸附覆蓋在水泥顆粒表面，才能達(dá)到預(yù)期的使用效果。水泥顆粒越細(xì)，其凈漿流動(dòng)穩(wěn)定性越差，要有好的流動(dòng)性，則所需的減水劑就要增多。

三、總結(jié)

從上面的分析，可以看出，減水劑之所以能夠作用于混凝土中起到提高混凝土流動(dòng)性，增強(qiáng)混凝土潤(rùn)滑性和減少混凝土坍落性的效果，其主要原理在于減水劑的靜電斥力，立體位阻效應(yīng)和潤(rùn)滑的作用原理。然而，盡管減水劑可以在混凝土中起到提高其流動(dòng)性等作用，但是混凝土和減水劑之間，還存在一個(gè)相互適應(yīng)的問(wèn)題，要確定減水劑能在混凝土中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，那么就需要考慮水泥堿性，水泥礦物成分，水泥石膏和水泥細(xì)度等，對(duì)減水劑的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱培君，佟雅，陳倩.關(guān)于混凝土減水劑作用機(jī)理的探討[J].化工科技，2013（2），202-204.

[2]李丹為，魏海明，羅志遠(yuǎn)，苗幕.淺析高效減水劑在混凝土中的作用[J].混凝土，2014（6），335-338.