混凝土 減水劑

1、混凝土減水劑混凝土減水劑 減水劑減水劑 定義：定義：減水劑是指在保持混凝土稠度不變的條件下，減水劑是指在保持混凝土稠度不變的條件下， 具有減水增強(qiáng)作用的外加劑。具有減水增強(qiáng)作用的外加劑。 分類： 按作用效果可分為：普通減水劑和高效減水劑。 按凝結(jié)時(shí)間可分為：標(biāo)準(zhǔn)型、早強(qiáng)型、緩凝型 按主要化學(xué)成分可分為：木質(zhì)素磺酸鹽系；多環(huán)芳香 族磺酸鹽系；水溶性樹脂磺酸鹽系；糖蜜類、腐植 酸鹽和復(fù)合型減水劑等。 減水劑減水劑 主要作用：主要作用： (1)(1)提高流動(dòng)性提高流動(dòng)性 在水灰比不變情況下，混凝土塌落度可增在水灰比不變情況下，混凝土塌落度可增 大大100-200mm100-200mm，明顯提高混凝土

2、流動(dòng)性，且不影響混凝土的，明顯提高混凝土流動(dòng)性，且不影響混凝土的 強(qiáng)度，泵送混凝土及其他大流動(dòng)性混凝土均需加入高效減水強(qiáng)度，泵送混凝土及其他大流動(dòng)性混凝土均需加入高效減水 劑。劑。 (2)(2)提高混凝土的強(qiáng)度提高混凝土的強(qiáng)度 在保持流動(dòng)性及水泥用量不變的情在保持流動(dòng)性及水泥用量不變的情 況下，可減少拌合水量況下，可減少拌合水量10%-20%10%-20%，從而降低了水灰比，使混，從而降低了水灰比，使混 凝土強(qiáng)度提高凝土強(qiáng)度提高15%-20%15%-20%，特別是早期強(qiáng)度提高更為顯著。摻，特別是早期強(qiáng)度提高更為顯著。摻 入高效減水劑是制備早強(qiáng)，高強(qiáng)，高性能混凝土的技術(shù)措施入高效減水劑是制備早強(qiáng)

3、，高強(qiáng)，高性能混凝土的技術(shù)措施 之一。之一。 減水劑減水劑 (3)(3)節(jié)約水泥節(jié)約水泥 在保持水灰比不變的條件下，可以在保持水灰比不變的條件下，可以 在減少拌合水量的同時(shí)，相應(yīng)減少水泥用量，即在減少拌合水量的同時(shí)，相應(yīng)減少水泥用量，即 在保持混凝土強(qiáng)度不變時(shí)，可節(jié)約水泥用量在保持混凝土強(qiáng)度不變時(shí)，可節(jié)約水泥用量10%-110%-1 5%5%，且有利于降低工程成本。，且有利于降低工程成本。 (4(4) )改善混凝土的耐久性改善混凝土的耐久性 由于減水劑的摻入，顯由于減水劑的摻入，顯 著改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的密實(shí)度提著改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的密實(shí)度提 高，透水性降低，從而可提高

4、抗?jié)B、抗凍、抗化高，透水性降低，從而可提高抗?jié)B、抗凍、抗化 學(xué)腐蝕及防銹蝕能力。此外，摻用減水劑后，還學(xué)腐蝕及防銹蝕能力。此外，摻用減水劑后，還 可以改善混凝土拌合物的泌水、離析現(xiàn)象，延緩可以改善混凝土拌合物的泌水、離析現(xiàn)象，延緩 混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間，減慢水泥水化放熱速混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間，減慢水泥水化放熱速 度，防止因內(nèi)外溫差而引起的裂縫。度，防止因內(nèi)外溫差而引起的裂縫。 減水劑的作用機(jī)理減水劑的作用機(jī)理 減水劑的主要成分是陰離子表面活性劑。之所以選 用陰離子表面活性劑，是由于陰離子表面活性劑的生產(chǎn) 和應(yīng)用相對(duì)廣泛，生產(chǎn)成本較低，也對(duì)水泥具有比較好 的減水效果。 混凝土減水劑并不與水泥

5、起化學(xué)反應(yīng)，是通過對(duì)新 拌混凝土的塑化作用起作用的，下面我們主要分析下減 水劑的作用機(jī)理。 一、吸附分散作用一、吸附分散作用 水泥在加水?dāng)嚢柽^程中，會(huì)產(chǎn)生一些絮凝狀結(jié)構(gòu)，如圖所 示： 從上圖我們可以看到，大量拌合水被絮凝狀結(jié)構(gòu)體包裹在 內(nèi)部，不能為漿體的流動(dòng)性做出貢獻(xiàn)，導(dǎo)致普通混凝土 為獲得一定用水量必須增加用水量，這將無疑降低混凝 土的其它性能，如強(qiáng)度降低、收縮開裂的危害增大、抗 滲性變差、耐久性降低。因此，為了我們需要通過某種 方法來釋放這些被包裹的自由水，使得其做出應(yīng)該的貢 獻(xiàn)，從而改善混凝土的性能。 摻入一定減水劑后，情況就不同了。減水劑的憎水基團(tuán)會(huì) 定向吸附在水泥顆粒的表面，而親水基

6、團(tuán)指向水溶液， 構(gòu)成單分子或多分子吸附膜。 從上圖我們可以看出，由于減水劑在水泥顆粒表面的 定向吸附，使水泥顆粒表面帶有相同符號(hào)的電荷（負(fù) 電荷），一方面在電性斥力的作用下，水泥顆粒體系 處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)；另外減水劑的加入還將促 使水泥初期形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)解體，從而釋放出自由 水，達(dá)到減水的效果。 同時(shí)，在水泥顆粒表面形成的溶劑化水膜對(duì)水泥漿體 所起的空間立體保護(hù)效應(yīng)也是保證體系穩(wěn)定存在的原 因。 潤濕作用潤濕作用 水泥加水?dāng)嚢韬?，其顆粒表面被水潤濕，潤濕的狀況對(duì)新 拌混凝土的性質(zhì)影響很大。水泥顆粒表面存在很多毛細(xì) 管，水分向毛細(xì)管內(nèi)部滲透的程度取決于毛細(xì)管半徑和 水對(duì)水泥表面的潤濕角。

7、在加入減水劑的體系中，水溶 液對(duì)水泥的潤濕角減小，則能增加水向水泥顆粒表面毛 細(xì)孔內(nèi)的滲透作用，這樣會(huì)增大水泥顆粒初始的水化面 積，從而起到潤濕作用。 潤滑作用潤滑作用 水泥顆粒表面溶劑化水膜的形成 減水劑分子在水泥漿體結(jié)構(gòu)中電離后定向吸附于水泥顆粒 表面，呈極性的親水基團(tuán)指向水溶液，易和水分子以氫 鍵的方式締合，從而形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，不僅 對(duì)水泥顆粒起空間立體保護(hù)作用，而且增加了水泥顆粒 之間相互潤滑的能力，也就是起到潤滑總用。 極性微氣泡的引入 減水劑屬于陰離子型表面活性劑，摻入水泥漿體系后 使水泥的表面自由能降低，也同時(shí)降低了溶液的表面 張力，因而在攪拌過程中，往往會(huì)引入一定量微

8、小的 氣泡。減水劑分子被定向吸附在氣泡膜上，憎水基團(tuán) 指向空氣、親水基團(tuán)指向水溶液的單分子或者多分子 吸附膜。由于減水劑分子的親水基一端因電離帶有一 定量的相同電荷，因此氣泡液膜上也帶有相同的電荷。 這樣，水泥與水泥、水泥與微氣泡、微氣泡與微氣泡 之間由于排斥作用表現(xiàn)為較好的分散作用。而且對(duì)于 水泥顆粒來說，極性微氣泡的存在，相當(dāng)于“滾珠軸 承”，增加了潤滑動(dòng)力。 減水劑作用機(jī)理的總結(jié)減水劑作用機(jī)理的總結(jié) 由于減水劑所起的吸附分散、潤濕、潤滑作用，只要能使 較少量的水就可以很容易地將混凝土拌合均勻，使新拌 混凝土的和易性得到明顯的改善，這就是減水劑的減水 機(jī)理。 當(dāng)然了，不同系列的減水劑，作用

9、機(jī)理不完全相同，新一 代的聚羧酸減水劑由于分子結(jié)構(gòu)的特殊性（梳型），空 間位阻起到的作用更大。 普通減水劑普通減水劑 普通減水劑：在混凝土塌落度基本相同的條件下，能減普通減水劑：在混凝土塌落度基本相同的條件下，能減 少拌合用水量的外加劑（一般減水率少拌合用水量的外加劑（一般減水率8%8%）。）。 在目前普通減水中，使用最廣泛的是在目前普通減水中，使用最廣泛的是木質(zhì)素磺酸鹽木質(zhì)素磺酸鹽，其，其 次是多元醇類，如次是多元醇類，如糖蜜，糖化鈣，淀粉水解物糖蜜，糖化鈣，淀粉水解物等。等。 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑根據(jù)其所帶陽離子不同，有木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑根據(jù)其所帶陽離子不同，有木質(zhì)木質(zhì) 素磺酸鈣（木鈣）

10、、素磺酸鈣（木鈣）、木質(zhì)素磺酸鈉（木鈉）、木質(zhì)素磺木質(zhì)素磺酸鈉（木鈉）、木質(zhì)素磺 酸鎂（木鎂）酸鎂（木鎂）等。其中木鈣減水劑（又稱等。其中木鈣減水劑（又稱M M型減水劑）型減水劑） 使用較多。木鈣減水劑的摻量，一般為水泥質(zhì)量的使用較多。木鈣減水劑的摻量，一般為水泥質(zhì)量的0.2%0.2% -0.3%-0.3% 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 木質(zhì)素磺酸鹽減水劑是亞硫酸法生產(chǎn)紙漿的副產(chǎn)木質(zhì)素磺酸鹽減水劑是亞硫酸法生產(chǎn)紙漿的副產(chǎn) 品。木材與亞硫酸鈉一起在高溫高壓下蒸煮后，品。木材與亞硫酸鈉一起在高溫高壓下蒸煮后， 將纖維素與木質(zhì)素分離，纖維素漿用于造紙、生將纖維素與木質(zhì)素分離，纖維素漿用于

11、造紙、生 產(chǎn)人造絲等。剩下的木質(zhì)素磺酸鹽廢液經(jīng)發(fā)酵脫產(chǎn)人造絲等。剩下的木質(zhì)素磺酸鹽廢液經(jīng)發(fā)酵脫 糖，提取酒精后的廢液（亞硫酸鹽酒槽廢液），糖，提取酒精后的廢液（亞硫酸鹽酒槽廢液）， 經(jīng)濃縮噴霧干燥，即得到棕色粉狀的木質(zhì)素磺酸經(jīng)濃縮噴霧干燥，即得到棕色粉狀的木質(zhì)素磺酸 鈣鈣 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 作用機(jī)理：作用機(jī)理： 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 作用機(jī)理：作用機(jī)理： 2 2 引氣作用引氣作用：木質(zhì)素磺酸鹽由于能降低氣液表面：木質(zhì)素磺酸鹽由于能降低氣液表面 張力，而具有一定的引起性（引氣量張力，而具有一定的引起性（引氣量2%-3%2%-3%），微氣），微氣 泡的滾

12、動(dòng)和浮托作用改善了水泥漿的和易性。泡的滾動(dòng)和浮托作用改善了水泥漿的和易性。 3 3 初期水化的抑制作用初期水化的抑制作用：木質(zhì)素磺酸鹽中除含有：木質(zhì)素磺酸鹽中除含有 糖之外，本身的分子中含有緩凝集團(tuán)羥基（糖之外，本身的分子中含有緩凝集團(tuán)羥基（-OH-OH）和）和 醚鍵（醚鍵（-O-O-），因此有緩凝作用。這種對(duì)水泥初期水），因此有緩凝作用。這種對(duì)水泥初期水 化的抑制作用使化學(xué)結(jié)合水減少，而相對(duì)的游離水增化的抑制作用使化學(xué)結(jié)合水減少，而相對(duì)的游離水增 多，使水泥漿流動(dòng)性提高。多，使水泥漿流動(dòng)性提高。 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 作用效果：作用效果： 當(dāng)保持水泥用量和混凝土塌落度不變

13、時(shí)，其減水率為當(dāng)保持水泥用量和混凝土塌落度不變時(shí)，其減水率為10%10% -15%-15%，混凝土，混凝土2828天強(qiáng)度提高天強(qiáng)度提高10%-20%10%-20%； 若保持混凝土的抗壓強(qiáng)度和塌落度不變，可節(jié)省水泥用若保持混凝土的抗壓強(qiáng)度和塌落度不變，可節(jié)省水泥用 量量10%10%左右；左右； 如保持混凝土的配合比不變，則可提高混凝土塌落度如保持混凝土的配合比不變，則可提高混凝土塌落度80-80- 100mm100mm 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 新拌混凝土性能：新拌混凝土性能： (1)(1)流動(dòng)性：流動(dòng)性： 摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑在保摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑在保 持水灰比不變的情況下，

14、可持水灰比不變的情況下，可 使拌合物的塌落度增加使拌合物的塌落度增加6-8cm6-8cm。 一般來說，混凝土中摻減水一般來說，混凝土中摻減水 劑會(huì)引起劑會(huì)引起較快的塌落度損失。較快的塌落度損失。 但即使如此，在攪拌和澆筑但即使如此，在攪拌和澆筑 的間隔時(shí)不長（的間隔時(shí)不長（30min30min）時(shí)還）時(shí)還 是有益的。當(dāng)是有益的。當(dāng)較高溫度較高溫度時(shí)塌時(shí)塌 落度損失較大，當(dāng)用落度損失較大，當(dāng)用高堿高堿水水 泥時(shí)尤甚。泥時(shí)尤甚。 用用后摻法后摻法，即混凝土攪拌幾分，即混凝土攪拌幾分 鐘后再加入外加劑鐘后再加入外加劑可減少塌落可減少塌落 度損失度損失，這樣可防止，這樣可防止C C3 3A A組分組分

15、 最初水化引起的過量吸附。最初水化引起的過量吸附。 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 新拌混凝土性能：新拌混凝土性能： (2)(2)引氣性：引氣性： 摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑使混摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑使混 凝土含氣量達(dá)到凝土含氣量達(dá)到2%-3%2%-3%，而達(dá)，而達(dá) 不到引氣混凝土含氣量（不到引氣混凝土含氣量（4%64%6 % %）。因此他不是典型引氣劑，）。因此他不是典型引氣劑， 典型引氣劑摻量低得多（典型引氣劑摻量低得多（0.00.0 02%-0.006%02%-0.006%）。）。 將木質(zhì)素磺酸鹽與引氣劑按將木質(zhì)素磺酸鹽與引氣劑按 一定比例配合就可得到一定比例配合就可得到引氣引氣 減水

16、劑減水劑。 加消泡劑加消泡劑磷酸三丁酯磷酸三丁酯可減少可減少 木質(zhì)磺酸鹽的引氣作用。木質(zhì)磺酸鹽的引氣作用。 （3 3）泌水性和離析性）泌水性和離析性 摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑能減少摻木質(zhì)素磺酸鹽減水劑能減少 單位用水量，并能引起適量的單位用水量，并能引起適量的 氣泡，故能提高拌合物的穩(wěn)定氣泡，故能提高拌合物的穩(wěn)定 性和均勻性，減少泌水和離析，性和均勻性，減少泌水和離析， 防止初期收縮和龜裂等缺點(diǎn)。防止初期收縮和龜裂等缺點(diǎn)。 木鈣對(duì)混凝土泌水的影響木鈣對(duì)混凝土泌水的影響 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 新拌混凝土性能：新拌混凝土性能： (2)(2)水化放熱水化放熱 由圖可知：由圖可知： 在

17、在12h12h內(nèi)，摻木鈉的水化放熱內(nèi)，摻木鈉的水化放熱 速率最低。木質(zhì)素磺酸鹽對(duì)水泥速率最低。木質(zhì)素磺酸鹽對(duì)水泥 水化的延緩作用主要是分子結(jié)構(gòu)水化的延緩作用主要是分子結(jié)構(gòu) 決定的，與其中含糖沒有多大的決定的，與其中含糖沒有多大的 關(guān)系。關(guān)系。 木鈣對(duì)水化放熱速率的影響木鈣對(duì)水化放熱速率的影響 木質(zhì)素磺酸鹽減水劑能顯木質(zhì)素磺酸鹽減水劑能顯 著降低水化放熱速率，控制水著降低水化放熱速率，控制水 化放熱量，因此可防止混凝土化放熱量，因此可防止混凝土 產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，這對(duì)大體產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，這對(duì)大體 積混凝土施工是十分有利的。積混凝土施工是十分有利的。 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑 適

18、用范圍：適用范圍： 木鈣減水劑可用于一般混凝土工程，尤其適用于大規(guī)模、木鈣減水劑可用于一般混凝土工程，尤其適用于大規(guī)模、 大體積澆筑、滑膜施工、泵送混凝土及夏季施工等。木大體積澆筑、滑膜施工、泵送混凝土及夏季施工等。木 鈣減水劑不宜單獨(dú)用于冬季施工，在日最低氣溫低于鈣減水劑不宜單獨(dú)用于冬季施工，在日最低氣溫低于55 時(shí)，應(yīng)與早強(qiáng)劑或早強(qiáng)劑、防凍劑復(fù)合使用。木鈣減水時(shí)，應(yīng)與早強(qiáng)劑或早強(qiáng)劑、防凍劑復(fù)合使用。木鈣減水 劑也不宜單獨(dú)用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土。劑也不宜單獨(dú)用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土。 高效減水劑高效減水劑 高效減水劑：高效減水劑：在混凝土塌落度基本相同的條件下，能在混凝土塌落度基本

19、相同的條件下，能大大 幅度減少拌合用水量幅度減少拌合用水量的外加劑（一般減水率的外加劑（一般減水率12%-25%12%-25%）。）。 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代初，國外市場(chǎng)出現(xiàn)了三種高效減水劑（或年代初，國外市場(chǎng)出現(xiàn)了三種高效減水劑（或 超塑化劑），它們是超塑化劑），它們是萘磺酸鹽甲醛縮合物、多環(huán)芳烴磺萘磺酸鹽甲醛縮合物、多環(huán)芳烴磺 酸鹽甲醛縮合物酸鹽甲醛縮合物和和三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物。 2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代初，高性能混凝土的研究和開發(fā)要求更高年代初，高性能混凝土的研究和開發(fā)要求更高 減水劑的超塑化劑，因此，以聚丙烯酸鹽及其接枝共聚減水劑的超塑化劑，因此

20、，以聚丙烯酸鹽及其接枝共聚 物為代表的物為代表的聚羧酸鹽系新型超塑化劑聚羧酸鹽系新型超塑化劑得到迅速發(fā)展。得到迅速發(fā)展。 聚羧酸鹽系高效減水劑聚羧酸鹽系高效減水劑 超塑化劑：超塑化劑： 能使低水膠比的新拌混凝土的能使低水膠比的新拌混凝土的工作性保持一定時(shí)間工作性保持一定時(shí)間 周期周期，而不影響水泥體系的凝結(jié)和硬化的化學(xué)外加劑。，而不影響水泥體系的凝結(jié)和硬化的化學(xué)外加劑。 同時(shí)，外加劑必須能與系統(tǒng)的其他成分相容，特別同時(shí)，外加劑必須能與系統(tǒng)的其他成分相容，特別 是是和其他的化學(xué)外加劑相容和其他的化學(xué)外加劑相容。典型的超塑化劑不應(yīng)該干。典型的超塑化劑不應(yīng)該干 擾控制凝結(jié)外加劑（緩凝劑、促凝劑）、混

21、凝土引氣外擾控制凝結(jié)外加劑（緩凝劑、促凝劑）、混凝土引氣外 加劑和抗水沖擊外加劑的作用。加劑和抗水沖擊外加劑的作用。 聚羧酸鹽系高效減水劑聚羧酸鹽系高效減水劑 聚羧酸鹽系高效減水劑聚羧酸鹽系高效減水劑 聚羧酸鹽系高效減水劑聚羧酸鹽系高效減水劑 1.1.靜電斥力作用靜電斥力作用 水泥加水拌合后水泥加水拌合后, , 由于水泥顆粒間存在引力作用會(huì)由于水泥顆粒間存在引力作用會(huì) 形成絮凝結(jié)構(gòu)形成絮凝結(jié)構(gòu), , 使使10%-30%10%-30%的拌合水被包裹于其中的拌合水被包裹于其中, , 不能不能 參與自由流動(dòng)參與自由流動(dòng), , 失去潤滑作用失去潤滑作用, , 影響混凝土拌合物的流影響混凝土拌合物的流

22、動(dòng)性。動(dòng)性。 加入減水劑后加入減水劑后, , 減水劑分子會(huì)定向吸附于水泥顆粒減水劑分子會(huì)定向吸附于水泥顆粒 表面表面, , 其帶有的其帶有的陰離子活性基團(tuán)陰離子活性基團(tuán)（-SO-SO3 3- -、-COO-COO-等）通等）通 過離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵及范德華力等相互作用過離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地緊緊地 吸附在水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面形成雙電層，水吸附在水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面形成雙電層，水 泥顆粒帶上同種電荷泥顆粒帶上同種電荷, , 產(chǎn)生靜電斥力產(chǎn)生靜電斥力, , 促使水泥顆粒相促使水泥顆粒相 互分散互分散, , 致使水泥的絮凝結(jié)構(gòu)解體致使水泥的絮凝結(jié)構(gòu)解體, , 釋放出被包