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摘要：在拌合混凝土、砂浆或水泥净浆时，或者在额外拌合中掺入混凝土减水剂，可以有效改善混凝土的化学性能。减水剂属于混凝土外加剂，非特殊情况，加入量一般而言不能超过水泥量的5%。极少量的减水剂可以增加混凝土强度，改善混凝土，增加耐久度，但是很多减水剂使用不当，容易对混凝土收缩和裂缝造成负影响。本文以聚羧酸系减水剂为重点，首先分析了减水剂的市场需求及其特征，阐述了减水剂的工作原理，最后重点分析了减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响。
关键词：减水剂；工作原理；混凝土收缩裂缝；负影响；解决措施
文章编号：1674-3954（2013）09-0128-02
1 混凝土减水剂
减水剂是在满足混凝土规定稠度要求的前提下，减少混凝土中必要的单位用水量，提高混凝土强度和和易性的一种外加剂。评价混凝土质量好与坏、防水性能是否优劣的一个重要特征是硬化后的混凝土孔径大小和孔隙率。混凝土拌合物的水灰比决定了混凝土结构的防渗性能和密实度，决定了混凝土的孔径大小和孔隙率。当水灰比从0.4增加到0.7时，由于随着水灰比的增加混凝土的渗透系数随之增加，因此混凝土的渗透系数能够达到100倍以上。而减水剂可以大大降低水泥颗粒间的吸引力，其借助于极性吸附作用，对水泥具有强烈的分散作用，能够释放出凝絮体中的水，有效地破坏和阻碍颗粒间的凝絮作用，大大了降低拌合用水量，提高了混凝土的强度和和易性，显著减小了孔径和总孔率，改变了混凝土硬化后的毛细孔隙结构，最终提高混凝土结构的抗渗性能和密实度。
减水剂除上述作用以外，还具有以下几方面作用：提高抗冻性，有利于冬季施工；增加耐久性，避免混凝土建筑结构漏水；减少混凝土凝固的收缩率，增加耐化学腐蚀性能。
2 混凝土减水剂作用原理
2.1分散作用
由于水泥颗粒分子引力的作用，水泥加水拌合后，在水泥颗粒之中包裹了10～30%的拌合水，形成水泥浆絮凝结构，影响了混凝土拌合物的流动性，不能自有参与流动和润滑作用。由于水泥颗粒表面能够被减水剂分子定向吸附，当加入混凝土减水剂后，使水泥颗粒表面形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，带有同一种电荷，使絮凝结构破坏，释放出被包裹的部分水，这部分水释放后能够自由参与流动，从而有效地增加混凝土的流动性。以静电斥力作用为主的减水剂对水泥颗粒的分散减水机理如图1所示。
2.2润滑作用
减水剂中的强亲水基能够使很好地吸附混凝土颗粒表面形成吸附膜能，这一吸附膜能够很好地与水分子形成一层稳定的具有润滑功能的溶剂化水膜，因此，减水剂又能使混凝土流动性进一步提高，有效降低水泥颗粒间的滑动阻力。
2.3空间位阻作用
减水剂结构中的具有亲水性的聚醚侧链，它作用于混凝土结构缝隙的水溶液中，形成有一定厚度的、吸附于水泥颗粒表面的立体性亲水吸附层。当水泥颗粒靠近时，在水泥颗粒间产生空间位阻作用，吸附层开始重叠，重叠越多，阻碍水泥颗粒间凝聚的作用也越大，空间位阻斥力越大，从而能够很好保持混凝土的坍落度。以空间位阻作用为主的典型接枝梳状共聚物对水泥颗粒的分散减水机理如图2所示。
2.4接枝共聚支链的缓释作用
新型的减水剂在制备的过程中，例如聚羧酸減水剂，接枝上一些支链在减水剂的分子上，该支链在高碱度的水泥水化环境中，不仅可以被慢慢被切断，释放出具有分数作用的多羧酸，而且可提供空间位阻效应，这样就可提高水泥粒子的分散效果，控制坍落度损失。
3 减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响
减水剂对混凝土收缩的负影响：
减水剂也成为现代混凝土不可缺少的主分之一，其特性直接影响到混凝土的收缩性能，其是混凝土不可缺少的外加剂之一。在混凝土坍落度相同的条件下，加减水剂的混凝土收缩率要比不加减水剂的混凝土高35%左右，因此，更易造成混凝土裂缝的产生。
3.1原因分析
（1）减水效果对混凝土原材料和配合比的依赖性大
混凝土减水率是一个十分严格的定义，但却会被经常造成误会，在很多不同场合，人们总是借用减税率来表示产品的减水效果。在较低掺量情况下，以聚羧酸系减水剂为例，其已经被证实减水率比其它品种减水剂大得多，具有较好的减水效果。但必须注意的是，聚羧酸系减水剂与其它减水剂相比，其减水效果受试验条件的影响更大。
在聚羧酸系减水剂的塑化效果影响因素中，混凝土中集料的砂率、颗粒级配的影响也较大。聚羧酸系减水剂的塑化效果与萘系等其它高效减水剂相比，其受细集料含泥量影响很大。
（2）减水效果对减水剂掺量的依赖性很大
一般情况下，随着减水剂掺量增加，混凝土的减水率也随之增大，尤其是聚羧酸系减水剂，掺量的大小直接影响其碱水效果。但是在实际应用中存在这样一个例外，即到了一定掺量后，减水效果随着掺量增加反而“降低”，这是因为此时混凝土拌合料板结，混凝土出现严重的泌水现象，坍落度法已经不能再表示其流动性。
（3）配制的凝土拌合物的性能对用水量十分敏感
混凝土拌合物性能的指标通常反映在保水性、粘聚性、流动性等方面。使用聚羧酸系减水剂配制的混凝土并不总是完全满足使用要求，配制的凝土拌合物的性能对用水量十分敏感，经常会出现一些问题。所以在实际试验时，目前描述混凝土拌合物性能时通常还用一些术语来形象地表示，例如严重泌水离析起堆扒底、严重露石起堆等。
3.2安全使用聚羧酸系减水剂必须注意的问题
（1）提高技术水平，稳定产品质量，加强技术储备
由于生产聚羧酸系减水剂的企业本身的技术力量有限，生产出的减水剂对于原材料、工艺的各种变动很难适应，同时对聚羧酸系减水剂生产技术的深层次理解不够，产品质量稳定性能欠缺。生产聚羧酸系减水剂的企业建议与高校及科研院所积极展开合作，适时调整合成工艺参数，对影响聚羧酸系减水剂产品性能的各种因素充分了解，通过联合或自主研发，稳定产品质量，通过创新产品，进一步适应市场需求。
（2）结合工程加强试配
由于原材料的变化，项目实施时的情况并不能简单的由项目招标时的试验结果来表示。外加剂混凝土所用原材料均应符合国家现行的有关规定和标准，包括水泥、掺合料、砂石以及外加剂等。应采用工程使用的原材料，试配掺外加剂的混凝土，同时检测条件与施工条件相同，根据设计及施工要求再确定检测项目。当混凝土性能要求或者工程所用原材料发生变化时，应再次进行混凝土减水剂添加的试配试验。
（3）严禁其它品种外加剂的混入
严禁其它减水剂或其它品种外加剂的混入，主要体现再两方面：①只能由外加剂生产厂或供应商进行聚羧酸系减水剂的复配，混凝土制备者也就是减水剂使用者只需检测验收其相关性能，不得将其它组分混入其中，也不得在其中复配任何其它组分。②用于掺聚羧酸系减水剂的混凝土的设备最好固定，例如混凝土运输车辆、搅拌设备、泵送设备等。
4 结束语
混凝土减水剂的研发，应用是混凝土外加剂发展史上的一个里程碑。由于其分子结构可调性比较大，通过改变分子结构中官能团的种类和数量，我们能够赋予其更高的使用性能，例如低温早期强度型、高坍落度保持型、抗收缩型、低粘型等。减水剂将无疑地成为混凝土外加剂技术的发展方向，其市场亦将面临一个极大的发展机遇。
关键词：减水剂；工作原理；混凝土收缩裂缝；负影响；解决措施
文章编号：1674-3954（2013）09-0128-02
1 混凝土减水剂
减水剂是在满足混凝土规定稠度要求的前提下，减少混凝土中必要的单位用水量，提高混凝土强度和和易性的一种外加剂。评价混凝土质量好与坏、防水性能是否优劣的一个重要特征是硬化后的混凝土孔径大小和孔隙率。混凝土拌合物的水灰比决定了混凝土结构的防渗性能和密实度，决定了混凝土的孔径大小和孔隙率。当水灰比从0.4增加到0.7时，由于随着水灰比的增加混凝土的渗透系数随之增加，因此混凝土的渗透系数能够达到100倍以上。而减水剂可以大大降低水泥颗粒间的吸引力，其借助于极性吸附作用，对水泥具有强烈的分散作用，能够释放出凝絮体中的水，有效地破坏和阻碍颗粒间的凝絮作用，大大了降低拌合用水量，提高了混凝土的强度和和易性，显著减小了孔径和总孔率，改变了混凝土硬化后的毛细孔隙结构，最终提高混凝土结构的抗渗性能和密实度。
减水剂除上述作用以外，还具有以下几方面作用：提高抗冻性，有利于冬季施工；增加耐久性，避免混凝土建筑结构漏水；减少混凝土凝固的收缩率，增加耐化学腐蚀性能。
2 混凝土减水剂作用原理
2.1分散作用
由于水泥颗粒分子引力的作用，水泥加水拌合后，在水泥颗粒之中包裹了10～30%的拌合水，形成水泥浆絮凝结构，影响了混凝土拌合物的流动性，不能自有参与流动和润滑作用。由于水泥颗粒表面能够被减水剂分子定向吸附，当加入混凝土减水剂后，使水泥颗粒表面形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，带有同一种电荷，使絮凝结构破坏，释放出被包裹的部分水，这部分水释放后能够自由参与流动，从而有效地增加混凝土的流动性。以静电斥力作用为主的减水剂对水泥颗粒的分散减水机理如图1所示。
2.2润滑作用
减水剂中的强亲水基能够使很好地吸附混凝土颗粒表面形成吸附膜能，这一吸附膜能够很好地与水分子形成一层稳定的具有润滑功能的溶剂化水膜，因此，减水剂又能使混凝土流动性进一步提高，有效降低水泥颗粒间的滑动阻力。
2.3空间位阻作用
减水剂结构中的具有亲水性的聚醚侧链，它作用于混凝土结构缝隙的水溶液中，形成有一定厚度的、吸附于水泥颗粒表面的立体性亲水吸附层。当水泥颗粒靠近时，在水泥颗粒间产生空间位阻作用，吸附层开始重叠，重叠越多，阻碍水泥颗粒间凝聚的作用也越大，空间位阻斥力越大，从而能够很好保持混凝土的坍落度。以空间位阻作用为主的典型接枝梳状共聚物对水泥颗粒的分散减水机理如图2所示。
2.4接枝共聚支链的缓释作用
新型的减水剂在制备的过程中，例如聚羧酸減水剂，接枝上一些支链在减水剂的分子上，该支链在高碱度的水泥水化环境中，不仅可以被慢慢被切断，释放出具有分数作用的多羧酸，而且可提供空间位阻效应，这样就可提高水泥粒子的分散效果，控制坍落度损失。
3 减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响
减水剂对混凝土收缩的负影响：
减水剂也成为现代混凝土不可缺少的主分之一，其特性直接影响到混凝土的收缩性能，其是混凝土不可缺少的外加剂之一。在混凝土坍落度相同的条件下，加减水剂的混凝土收缩率要比不加减水剂的混凝土高35%左右，因此，更易造成混凝土裂缝的产生。
3.1原因分析
（1）减水效果对混凝土原材料和配合比的依赖性大
混凝土减水率是一个十分严格的定义，但却会被经常造成误会，在很多不同场合，人们总是借用减税率来表示产品的减水效果。在较低掺量情况下，以聚羧酸系减水剂为例，其已经被证实减水率比其它品种减水剂大得多，具有较好的减水效果。但必须注意的是，聚羧酸系减水剂与其它减水剂相比，其减水效果受试验条件的影响更大。
在聚羧酸系减水剂的塑化效果影响因素中，混凝土中集料的砂率、颗粒级配的影响也较大。聚羧酸系减水剂的塑化效果与萘系等其它高效减水剂相比，其受细集料含泥量影响很大。
（2）减水效果对减水剂掺量的依赖性很大
一般情况下，随着减水剂掺量增加，混凝土的减水率也随之增大，尤其是聚羧酸系减水剂，掺量的大小直接影响其碱水效果。但是在实际应用中存在这样一个例外，即到了一定掺量后，减水效果随着掺量增加反而“降低”，这是因为此时混凝土拌合料板结，混凝土出现严重的泌水现象，坍落度法已经不能再表示其流动性。
（3）配制的凝土拌合物的性能对用水量十分敏感
混凝土拌合物性能的指标通常反映在保水性、粘聚性、流动性等方面。使用聚羧酸系减水剂配制的混凝土并不总是完全满足使用要求，配制的凝土拌合物的性能对用水量十分敏感，经常会出现一些问题。所以在实际试验时，目前描述混凝土拌合物性能时通常还用一些术语来形象地表示，例如严重泌水离析起堆扒底、严重露石起堆等。
3.2安全使用聚羧酸系减水剂必须注意的问题
（1）提高技术水平，稳定产品质量，加强技术储备
由于生产聚羧酸系减水剂的企业本身的技术力量有限，生产出的减水剂对于原材料、工艺的各种变动很难适应，同时对聚羧酸系减水剂生产技术的深层次理解不够，产品质量稳定性能欠缺。生产聚羧酸系减水剂的企业建议与高校及科研院所积极展开合作，适时调整合成工艺参数，对影响聚羧酸系减水剂产品性能的各种因素充分了解，通过联合或自主研发，稳定产品质量，通过创新产品，进一步适应市场需求。
（2）结合工程加强试配
由于原材料的变化，项目实施时的情况并不能简单的由项目招标时的试验结果来表示。外加剂混凝土所用原材料均应符合国家现行的有关规定和标准，包括水泥、掺合料、砂石以及外加剂等。应采用工程使用的原材料，试配掺外加剂的混凝土，同时检测条件与施工条件相同，根据设计及施工要求再确定检测项目。当混凝土性能要求或者工程所用原材料发生变化时，应再次进行混凝土减水剂添加的试配试验。
（3）严禁其它品种外加剂的混入
严禁其它减水剂或其它品种外加剂的混入，主要体现再两方面：①只能由外加剂生产厂或供应商进行聚羧酸系减水剂的复配，混凝土制备者也就是减水剂使用者只需检测验收其相关性能，不得将其它组分混入其中，也不得在其中复配任何其它组分。②用于掺聚羧酸系减水剂的混凝土的设备最好固定，例如混凝土运输车辆、搅拌设备、泵送设备等。
4 结束语
混凝土减水剂的研发，应用是混凝土外加剂发展史上的一个里程碑。由于其分子结构可调性比较大，通过改变分子结构中官能团的种类和数量，我们能够赋予其更高的使用性能，例如低温早期强度型、高坍落度保持型、抗收缩型、低粘型等。减水剂将无疑地成为混凝土外加剂技术的发展方向，其市场亦将面临一个极大的发展机遇。