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摘 要：在水工混凝土施工中，各种减水剂的应用非常普及，本文就混凝土减水剂的性质、作用及使用中应当注意的问题提出了一己之见。
关键词：减水剂；水工混凝土；应用
Abstract： The hydraulic concrete construction， various water reducer application is very popular article on the nature of the concrete water reducer， the role and use should be noted that the issues raised in the own prejudices.
Keywords： water reducer； hydraulic concrete； Applications
1.概述
隨着混凝土生产技术的进步和施工工艺的提升，现代水工混凝土施工无论从浇筑强度、浇筑进度和施工质量保证方面都提出了更高的要求。为了提高混凝土的工作性能，在施工过程中各种化学助剂（混凝土外加剂）使用越来越普遍，而混凝土减水剂是一种应用普及、使用效果良好的混凝土外加剂，它不仅可以减少混凝土用水量、节省水泥用量、降低塌落度损失，而且对于改善混凝土的工作性、提高混凝土强度起着至关重要的作用，对新拌混凝土的工作性和硬化后的混凝土物理机械性能发挥着巨大功效。
2.混凝土减水剂的分类及发展应用
2.1定义
减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度，或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。
2.2减水剂的分类
目前市场上常用的几种减水剂为：木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂等。而聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土减水剂。聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品。
2.3聚羧酸系高性能减水剂结构特点和作用机理
聚羧酸系减水剂是通过带双键的阴离子单体（如：甲基丙烯酸，甲基丙烯磺酸钠，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等）和带双键的支链大单体（如：甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯，烯丙基聚乙二醇等）通过自由基聚合反应得到的产物，国内有学者将其称为高性能减水剂，它的分子结构如下图所示：
聚羧酸系减水剂是一种表面活性剂，属阴离子型表面活性剂。它吸附于水泥颗粒表面使颗粒显示电性能，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥，使水泥颗粒被分散而释放颗粒间多余的水分而产生减水作用。另一方面，由于加入减水剂后，水泥颗粒表面形成吸咐膜，影响水泥的水化速度，使水泥石晶体的生长更为完善，减少水分蒸发的毛细空隙，网络结构更为致密，提高了水泥砂浆的硬度和结构致密性。
2.4相对于其他减水剂具有的优点：
（1）低掺量，在掺量为0.5%-1.5%时，能发挥很好的分散性能。
（2）高减水率，在0.15-0.35的水胶比范围内均具有有效性。
（3）强分散力，掺混凝土流动性能保持好，保坍性好，60min内坍落度基本无损失
（4）和易性好，掺聚羧酸系减水剂的混凝土在同等条件下，其扩展度，泌水率均优于相同条件下掺萘系减水剂的混凝土。
（5）分子结构可变性强，聚羧酸分子可以通过改变不同的反应单体和反应条件来调节其分子结构，从而得到理想的设计目标，具有广阔的设计空间。
（6）绿色环保，聚羧酸系减水剂的原料中不含有甲醛等有毒物质，对环境污染小。聚羧酸系减水剂的发展可分为四个阶段：第一阶段：起步阶段（1981～1989），1982年，日本花王公司Okada等发明了AE减水剂，1984年，日本触媒公司Tsubakimo等发明了带有磺酸基、羧基、聚氧化烯基的减水剂；第二阶段：初级发展阶段（1990～1994），聚羧酸系减水剂的研究偏重于引气剂、抑制坍落度损失外加剂和减缩剂等，如苯乙烯马来酸酐聚醚共聚物引气剂、聚烷基醇与丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸与马来酸酐共聚物等；第三阶段：快速发展阶段（1995～1999），此阶段研究主要以羧酸系木钙改性高分散性羧酸系共聚物合成原料的选择为主；第四阶段：成熟完善阶段（2000～至今），研究主要集中在使用产品后新拌混凝土的减水性能和坍落度保持性能以及混凝土的引气、离析泌水、凝结和可泵送的一些综合性能。
3.聚羧酸系减水剂在水工混凝土中发挥的功效作用
3.1增加混凝土流动性
当减水剂被掺加到混凝土中后，混凝土的流动性明显增加，便于工地的施工。流动性增加的原因主要是水泥颗粒吸附了减水剂后，颗粒之间的排斥力增强，颗粒分散的更好，故混凝土的流动性增强。
3.2减少坍落度损失
坍落度损失是衡量混凝土性能的重要指标，坍落度损失越小，越有利于混凝土的长时间施工，如：远程运送混凝土等。
3.3引气性
减水剂的引气作用可以在新拌混凝土中引入一定量的气泡，有效地改善混凝土内部的孔结构，从而提高混凝土的力学性能。在提高水工混凝土抗冻性能方面，聚羧酸系减水剂的加入，使得混凝土内部的孔间距变小，对混凝土受冻时的破坏力起缓冲作用，从而提高混凝土抗冻性；在提高水工混凝土抗渗性能方面，聚羧酸系减水剂的加入可以减少用水量，从而，混凝土的孔隙率降低，有害孔减少，孔径分布更均匀，切断混凝土中毛细孔通路，提高混凝土的抗渗性。
4.减水剂在水工混凝土使用中应当注意的问题
4.1由于我国各地区矿石资源相差各异，水泥生产工艺不同，掺合料种类和比例千差万别，导致了水泥品种多样性，不同地区的同一水泥品种其性能也相去甚远。聚羧酸系减水剂具有很高的减水率，但是它和水泥的相容性、适应性一直存在问题，因此，使用减水剂时要进行多次的试配、试拌，以找到最合适、最科学的用量。
4.2几乎各种水工混凝土都掺加减水剂，但是必须根据工程需要、施工条件、气候、成型工艺等因素选择合适的减水剂。一般说来，配置早强、高强混凝土采用高效减水剂，温度在20℃以上时，采用引气性大减水剂或缓凝减水剂，气温较低时多用复合型早强减水剂。
4.3计量精确问题，减水剂虽然在混凝土中掺加量小，但是其所起的作用却非常明显，因此在拌制过程中，一定要严格按照混凝土配合比或使用说明中的推荐用量，减水剂多掺会导致混凝土离析泌水，出现抓底现象，没有粘聚性。会给运输带来麻烦。另外，会因其中缓凝成分多，出现凝结时间长，影响施工。掺量少了又起不到应有的作用，因此掺量大或者掺量小了都会产生隐患、造成质量事故，应该严格计量、正确使用。
参考文献
[1] 冯浩、朱清江.混凝土外加剂工程应用手册[K].北京：中国建筑工业出版社，1999
[2] GB8076-2008，混凝土外加剂[S].
[3] SL352-2006，水工混凝土试验规程[S].
【作者简介】王铁强，高级工程师，长期从事水利科学研究与质量检测工作。
【文章编号】1627-6868（2017）06-0064-02
关键词：减水剂；水工混凝土；应用
Abstract： The hydraulic concrete construction， various water reducer application is very popular article on the nature of the concrete water reducer， the role and use should be noted that the issues raised in the own prejudices.
Keywords： water reducer； hydraulic concrete； Applications
1.概述
隨着混凝土生产技术的进步和施工工艺的提升，现代水工混凝土施工无论从浇筑强度、浇筑进度和施工质量保证方面都提出了更高的要求。为了提高混凝土的工作性能，在施工过程中各种化学助剂（混凝土外加剂）使用越来越普遍，而混凝土减水剂是一种应用普及、使用效果良好的混凝土外加剂，它不仅可以减少混凝土用水量、节省水泥用量、降低塌落度损失，而且对于改善混凝土的工作性、提高混凝土强度起着至关重要的作用，对新拌混凝土的工作性和硬化后的混凝土物理机械性能发挥着巨大功效。
2.混凝土减水剂的分类及发展应用
2.1定义
减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度，或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。
2.2减水剂的分类
目前市场上常用的几种减水剂为：木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂等。而聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土减水剂。聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品。
2.3聚羧酸系高性能减水剂结构特点和作用机理
聚羧酸系减水剂是通过带双键的阴离子单体（如：甲基丙烯酸，甲基丙烯磺酸钠，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等）和带双键的支链大单体（如：甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯，烯丙基聚乙二醇等）通过自由基聚合反应得到的产物，国内有学者将其称为高性能减水剂，它的分子结构如下图所示：
聚羧酸系减水剂是一种表面活性剂，属阴离子型表面活性剂。它吸附于水泥颗粒表面使颗粒显示电性能，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥，使水泥颗粒被分散而释放颗粒间多余的水分而产生减水作用。另一方面，由于加入减水剂后，水泥颗粒表面形成吸咐膜，影响水泥的水化速度，使水泥石晶体的生长更为完善，减少水分蒸发的毛细空隙，网络结构更为致密，提高了水泥砂浆的硬度和结构致密性。
2.4相对于其他减水剂具有的优点：
（1）低掺量，在掺量为0.5%-1.5%时，能发挥很好的分散性能。
（2）高减水率，在0.15-0.35的水胶比范围内均具有有效性。
（3）强分散力，掺混凝土流动性能保持好，保坍性好，60min内坍落度基本无损失
（4）和易性好，掺聚羧酸系减水剂的混凝土在同等条件下，其扩展度，泌水率均优于相同条件下掺萘系减水剂的混凝土。
（5）分子结构可变性强，聚羧酸分子可以通过改变不同的反应单体和反应条件来调节其分子结构，从而得到理想的设计目标，具有广阔的设计空间。
（6）绿色环保，聚羧酸系减水剂的原料中不含有甲醛等有毒物质，对环境污染小。聚羧酸系减水剂的发展可分为四个阶段：第一阶段：起步阶段（1981～1989），1982年，日本花王公司Okada等发明了AE减水剂，1984年，日本触媒公司Tsubakimo等发明了带有磺酸基、羧基、聚氧化烯基的减水剂；第二阶段：初级发展阶段（1990～1994），聚羧酸系减水剂的研究偏重于引气剂、抑制坍落度损失外加剂和减缩剂等，如苯乙烯马来酸酐聚醚共聚物引气剂、聚烷基醇与丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸与马来酸酐共聚物等；第三阶段：快速发展阶段（1995～1999），此阶段研究主要以羧酸系木钙改性高分散性羧酸系共聚物合成原料的选择为主；第四阶段：成熟完善阶段（2000～至今），研究主要集中在使用产品后新拌混凝土的减水性能和坍落度保持性能以及混凝土的引气、离析泌水、凝结和可泵送的一些综合性能。
3.聚羧酸系减水剂在水工混凝土中发挥的功效作用
3.1增加混凝土流动性
当减水剂被掺加到混凝土中后，混凝土的流动性明显增加，便于工地的施工。流动性增加的原因主要是水泥颗粒吸附了减水剂后，颗粒之间的排斥力增强，颗粒分散的更好，故混凝土的流动性增强。
3.2减少坍落度损失
坍落度损失是衡量混凝土性能的重要指标，坍落度损失越小，越有利于混凝土的长时间施工，如：远程运送混凝土等。
3.3引气性
减水剂的引气作用可以在新拌混凝土中引入一定量的气泡，有效地改善混凝土内部的孔结构，从而提高混凝土的力学性能。在提高水工混凝土抗冻性能方面，聚羧酸系减水剂的加入，使得混凝土内部的孔间距变小，对混凝土受冻时的破坏力起缓冲作用，从而提高混凝土抗冻性；在提高水工混凝土抗渗性能方面，聚羧酸系减水剂的加入可以减少用水量，从而，混凝土的孔隙率降低，有害孔减少，孔径分布更均匀，切断混凝土中毛细孔通路，提高混凝土的抗渗性。
4.减水剂在水工混凝土使用中应当注意的问题
4.1由于我国各地区矿石资源相差各异，水泥生产工艺不同，掺合料种类和比例千差万别，导致了水泥品种多样性，不同地区的同一水泥品种其性能也相去甚远。聚羧酸系减水剂具有很高的减水率，但是它和水泥的相容性、适应性一直存在问题，因此，使用减水剂时要进行多次的试配、试拌，以找到最合适、最科学的用量。
4.2几乎各种水工混凝土都掺加减水剂，但是必须根据工程需要、施工条件、气候、成型工艺等因素选择合适的减水剂。一般说来，配置早强、高强混凝土采用高效减水剂，温度在20℃以上时，采用引气性大减水剂或缓凝减水剂，气温较低时多用复合型早强减水剂。
4.3计量精确问题，减水剂虽然在混凝土中掺加量小，但是其所起的作用却非常明显，因此在拌制过程中，一定要严格按照混凝土配合比或使用说明中的推荐用量，减水剂多掺会导致混凝土离析泌水，出现抓底现象，没有粘聚性。会给运输带来麻烦。另外，会因其中缓凝成分多，出现凝结时间长，影响施工。掺量少了又起不到应有的作用，因此掺量大或者掺量小了都会产生隐患、造成质量事故，应该严格计量、正确使用。
参考文献
[1] 冯浩、朱清江.混凝土外加剂工程应用手册[K].北京：中国建筑工业出版社，1999
[2] GB8076-2008，混凝土外加剂[S].
[3] SL352-2006，水工混凝土试验规程[S].
【作者简介】王铁强，高级工程师，长期从事水利科学研究与质量检测工作。
【文章编号】1627-6868（2017）06-0064-02