减水剂对混凝土性能影响

1、1 引言混凝土外加剂是在混凝土、 水泥净桨或砂浆拌合时、 拌合前或额外拌合中掺入， 用以改善混 凝土性能的化学物质。非特殊情况，加入量一般不超过水泥质量的5。目前，针对混凝土工程的各种特殊要求， 已经研制出了许多种能满足各式各样要求的外加剂， 将它们以适当方 式加到混凝土中就可以达到一些预期的效果。 根据这些外加剂的作用， 可分为减水剂、 速凝 剂、缓凝剂、引气利、防水剂、粘结剂、膨胀剂、阻锈剂、消泡剂、脱模剂、着色剂、防潮 剂等等。这些混凝土外加剂按其主要功能可分为四类：(1) 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括减水剂、引气剂和泵送剂等。(2) 调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括

2、缓凝剂、早强剂和速凝剂等。(3) 改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4) 改善混凝土其它性能的外加剂，包括粘结剂、膨胀剂、阻锈剂、消泡剂、脱模剂、着色 剂、防潮剂等等。本文先介绍几种常用的外加剂， 再着重对混凝土减水剂的分类、 作用机理、 现状及发展加以 阐述。 此外，本文还针对目前常用的几种检测混凝土初终凝时间的方法， 分析了其优点和不 足。并提出了一种新的检测方法收缩率测定法。2混凝土外加剂外加剂的分类对外加剂可按其功能和化学成分分类。按功能分类， 有改善混凝土拌和物流变性能的， 有调节混凝土凝结时间和硬化性能的， 有改 善混凝土耐久性能的 ; 按化学成分分类，有无

3、机类、有机类、有机无机复合类共三类。21 1 混凝土减水剂 减水剂能在不影响和易性的条件下使给定混凝土的拌和用水量减少， 在不影响用水量的条件 下使混凝土拌和物的和易性增加。此类减水剂可分为普通减水剂和高效减水剂。 普通减水剂 : 要求减水率 5%，龄期为 3-7 天的混凝土抗压强度提高 10%，龄期为 28 天的 混凝土抗压强度提高 5%以上。常用的普通减水剂有木质素磺酸钙减水剂。 高效减水剂 : 能大幅度地减少拌和用水量或显著提高混凝土的流动度。要求减水率10% ,龄期为 3 天的混凝土抗压强度提高 25%以上，龄期为 28 天的混凝土抗压强度提高巧 %以上。 目前常用的有聚烷基芳基磺酸盐

4、类和密胺类减水剂。减水剂对新拌棍凝土性能的影响主要有和易性的改善， 拌和用水量的减水以及含气量有所增 加，凝结时间有所延长和水泥水化放热速度减缓。减水剂对硬化混凝土性能的影响主要有强度的提高， 变形能力的增强， 抗渗能力的提高和耐 冻融性能的提高，且对钢筋无危害，有减缓混凝土中钢筋锈蚀的作用。21 2 缓凝剂 缓凝剂的种类 : 普通缓凝剂 : 能延长混凝土凝结时间的外加剂。 缓凝减水剂 : 兼有缓凝和减水功能的外加剂。 缓凝高效减水剂 : 兼有缓凝和显著减水功能的外加剂。 缓凝引气减水剂 : 兼有缓凝、引气和减水功能的外加剂。 缓凝引气高效减水剂 : 兼有缓凝、引气和显著减水功能的外加剂。 缓

5、凝外加剂能延长混凝土的凝结时间， 使新拌混凝土在较长时间内保持塑性， 有利于浇筑成 型和提高施工质量及降低水泥初期的水化热。缓凝外加剂主要用于炎热气候下施工的混凝土、 大体积混凝土及需长时间停放或长距离运输 的混凝土。缓凝剂及缓凝减水剂不宜用于日最低气温5C以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土；缓凝高效减水剂不宜用于日最低气温为0 C以下施工的混凝土。 缓凝剂及缓凝减水剂的品种及其掺量， 应根据混凝土的凝结时间、运输距离、停 放时间、强度等要求来确定，严禁过量掺人。 过量掺人将导致棍凝土凝结时间显著推迟，早 期强度降低，甚至不凝、 假凝。 缓凝剂和缓凝减水剂一般先配成

6、适当浓度的溶液， 加放拌和 在水中使用。 配制的溶液应定期检查， 防止浓度不均而造成质量事故。 缓凝剂及缓凝减水剂 可与其他外加剂复合使用。 配制溶液时应注意其共溶性， 确定混合后不发生絮凝、 沉淀等不 良现象时方可先混合， 否则应分别配制成溶液并分别加放在搅拌机内。 掺缓凝剂的混凝土在 终凝后才能浇水养护。21 3 早强剂 早强外加剂分类 : 普通早强剂 : 加速混凝土早期强度发展的外加剂。一般不具有或具有较小的减水功能，对 混凝土后期强度影响不大。 早强减水剂 : 兼有早强和减水功能的外加剂。能提高混凝土的早期强度，具有一定的减水 功能，且能使混凝土后期强度和耐久性能有所提高。 早强高效减

7、水剂 :兼有早强和显著减水功能的外加剂。能显著提高混凝土的早期强度、和 易性、后期强度及耐久性。早强外加剂适用于日最低气温不低于一5C环境下的混凝土施工。 大多数产品为复合载体故必须以干粉掺人使用， 并适当延长搅拌时间。 掺加时应加在水泥里， 不得加在潮湿的砂石上， 以免造成硫酸钠与集料表面的水接触后结块， 搅拌时不易分散， 使混凝土干裂。 当粉剂中有 结块和粗粒时，必须粉碎，通过 30 目筛筛后方可使用。宜以体积法计量，这可避免产品受 潮造成掺量不准。早强加外剂不得用于含有活性骨料的混凝土结构。21 4 混凝土防冻剂 是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。 防冻剂

8、分类 :（ 按掺量能塑化效果分类 ）高效防冻剂 : 系减水剂 12%（一般为 20%），掺量小于或等于水泥质量的 5%，适用于日最低 气温为-15 C 20 C的防冻剂。普通防冻剂 : 系减水率较小及掺量较大的防冻剂。防冻剂的适用范围：目前国内防冻剂产品适用的气温范围为-20 C OC,在更低的气温下施工时可采用其他冬季施工措施， 如暖棚法、 综合蓄热法等。 掺防冻剂混凝土采用一层塑料薄 膜、两层草袋或其他用品覆盖养护时，在日气温-5 C一 +5C正负温交替条件下， 可使用早强剂或早强减水剂；日最低气温为-15 C、-20 C时可分别采用规定温度为 -10 C或-15 C的防冻 剂; 氯盐类防

9、冻剂适用于无筋混凝土工程 ; 氯盐钢筋类防冻剂适用于允许掺用氯盐的钢筋混 凝土工程 ； 无氯盐类防冻剂可用于钢筋混凝土和预应力混凝土。但硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸 盐类外加剂不得用于预应力混凝土及镀锌钢材或与铁相接触部位的钢筋混凝土结构。含有六价铬盐、亚硝酸盐等有毒防冻剂，禁止用于饮水工程及与食品相接触的工程。21 5 混凝土膨胀剂能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。膨胀剂的种类 ： 硫铝酸、钙类膨胀剂，其掺量一般为水泥质量的8%一 15%; 氧化钙类，这类膨胀剂的掺量为水泥质量的3%-5%; 复合膨胀剂 ; 金属类膨胀剂，铝粉膨胀剂一般掺量为水泥质量的1/100000。一般用在标号为及以上的硅酸

10、盐水泥和普通硅酸盐水泥中。采用其他水泥时须经过试验。 膨胀混凝土（砂浆）的配合比设计与普通混凝土 （砂浆）相同。每1m3所用膨胀剂的质量与 1m3 实际水泥质量之和，作为每1m3混凝土（砂浆）水泥的质量。铁屑膨胀剂的质量不计算在水泥 用量内。 膨胀剂的实际掺量须通过试验确定。 膨胀混凝土 （砂浆）宜采用机械搅拌， 必须搅拌 均匀，一般比普通混凝土 （砂浆）的搅拌时间需延长 30s以上。膨胀混凝土（砂浆）必须在潮湿 状态下养护14天以上，或用喷涂养护剂养护 ；在日最低气温低于+5C时，可采用40C热水 搅拌并采用保温措施 ;膨胀混凝土 （砂浆）可采用蒸气养护。混凝土减水剂减水剂是混凝土外加剂中应

11、用最广泛、 效果最显著的一种掺拌材料， 它的主要作用是改善混 凝土拌和物的流变性能。 在混凝土中添加减水剂， 能够减少用水量，提高混凝土强度， 增大 混凝土的流变性，同时还能节约水泥用量。221 减水剂的发展历史近代混凝土减水剂的发展已有 60多年的历史。 20世纪 30 年代初，美国、英国、日本等已经在公路、隧道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。到 60 年代，混凝土减水剂得到 了较快发展。 1962 年，日本的服部健一等将萘磺酸甲醛高缩合物用作减水剂。几乎在同时， 前德意志联邦共和国研制成功了三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物减水剂。另外， 同时出现的还有多环芳烃磺酸盐甲醛 缩合物减水剂。目前国

12、外对萘系、 三聚氰胺系等高效减水剂的研究和应用已日趋完善， 不少科研机构已开始 转向对聚梭酸盐系高性能减水剂的开发与研究。 90 年代，日本在该领域投人了大量的人力 与资源，并获得了成功，开发出了一系列性能较为优异的聚羧酸盐系减水剂。 1995 年以后， 聚羧酸盐系减水剂在日本的使用量超过了萘系减水剂。聚羧酸盐系高效减水剂是直接用有机化工原料通过接酯共聚反应合成的高分子表面活性剂， 它不仅能吸附在水泥颗粒表面上， 使水泥颗粒表面带电而互相排斥， 而且还因具有支链的位 阻作用，从而对水泥分散的作用更强、更持久 . 因此，聚羧酸盐系减水剂被认为是目前最高 效的新一代减水剂。22 2 混凝土减水剂的

13、分类按功能分类（1）按塑化效果分类：分为普通减水剂（ 减水率在 5以上 ）和高效减水剂 （ 减水率在 12以上 ） 。（2）按引气量分类：分为引气减水剂 （含气量3. 5 5. 5%）和非引气减水剂（含气量V 3%, 一般在 2左右 ） 。（3）按混凝土的凝结时间和早期强度分类：分为标准型、缓凝型和早强型减水剂。标准型可以使混凝土的初凝及终凝时间缩短不大于 1h,延长不超过2h;早强型兼具减水和提高混凝 土的早期强度的作用。缓凝型初凝时间延长至少1h，但不小于3. 5h;终凝时间延长不超过35h。按化学成分分类：（1）木质素磺酸盐类：应用较普遍的为木质素磺酸钙,它是阴离子表面活剂。其掺量为水泥

14、质量的0. 2 0. 3%,减水率为515%, 28d抗压强度提高1015%，在水泥用量不变， 强度相近条件下, 可节约水泥 51 帆。适用于日最低气温十 5Y 以上的各种预制及现浇混凝 土、钢筋混凝土及预应力混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土、防水泥凝土、大模板施工用 混凝土及滑模施工用混凝土,但不宜用于蒸养混凝土。（2）聚烷基芳族磺酸盐类：为阴离子高效减水剂。国内现生产的有MF（B .荼磺酸甲醛缩合物的钠盐）、MF（甲基荼磺酸甲醛缩合物钠盐 ）及FDN JN、UNF SN 2等均属此类。常用 量为水泥质量的0. 5 1 %,减水率为10 25%; 28d抗压强度提高15 50%。（3）三聚氰

15、胺甲树脂磺酸盐类：属阴离子型，系早强、非引气型的高效减水剂。如国产SM减水剂，磺化三聚氰胺树脂 （SM）。掺量为水泥质量的 0. 5 1. 0%，减水率为1027%, 28d抗压强度提高30 50%。适用于蒸养混凝土、高强混凝土、早强混凝土及流态混凝土。 常用的还有糖蜜类和腐殖酸类减水剂。2. 2 . 3减水剂的作用机理由于水泥颗粒粒径绝大部分在7m-80m范围内，属于微细粒粉体颗粒范畴。对于水泥一水体系，水泥颗粒及水泥水化颗粒表面为极性表面，具有较强的亲水性。 微细的水泥颗粒具有较大的比表面能（固液界面能），为了降低固液界面总能量，微细的水泥颗粒具有自发凝聚成絮团趋势，以降低体系界面能，使体

16、系在热力学上保持稳定性。同时在水泥水化初期，C3A颗粒表面荷正电，而 C3S和C2S颗粒表面荷负电，正负电荷的静电引力作用也促使水泥 颗粒凝聚形成絮团结构（如图1所示）。由于水泥颗粒的絮凝结构会使10%-30%勺自由水包裹其中，从而严重降低了混凝土拌合物的流动性。减水剂掺入的主要作用就是破坏水泥颖粒的絮凝结构，使其保持分散状态，释放出包裹于絮团中的自由水，从而提高新拌混凝土的流动性。作为水泥颗粒分散剂的减水剂，大部分是相对分子量较低的聚合物电解质，其相对分子量在1500 一 100000范围内。这些聚合物电解质的碳氢链上都带有许多极性基官能团，极性基团 的种类通常有一 SO3 一 COO及一

17、OH等。这些极性基团与水泥颗粒或水化水泥颗粒的极性 表面具有较强的亲合力。带电荷的减水剂（具有一 SO3 COO-等极性基的阴离子表面活性物质）通过范德华力或静电引力或化学键力吸附在水泥颗粒表面；带极性基（如一 OH O-）的非离子减水剂也能通过范德华力和氢键的共同作用吸附在水泥颗粒表面。没有与水泥颗粒表面作用的极性基则随碳氢链伸入液相（见图2所示）。图2水泥颗粒或水泥水化颗粒作为固体吸附剂， 由于本身性质和结构的复杂性，使减水剂在其表 面的吸附既有物理吸附，也有化学吸附。并且吸附作用可以发生在毛细孔、 裂缝及气孔的所 有表面上。减水剂在水泥颗粒表面的吸附过程要比一般的溶液吸附过程复杂得多。

18、并且在水 泥一水分散体系中，水泥粒子吸附减水剂的同时，还伴随着水泥的水化过程。减水剂掺入新拌混凝土中， 能够破坏水泥颗粒的絮凝结构， 起到分散水泥顺位及水泥水化颗 粒的作用，从而释放絮凝结构中的自由水，增大混凝土拌合物的流动性。虽然，减水剂的种 类不同，其对水泥颗粒的分散作用机理也不尽相同，但是，概括起来，减水剂分散减水机理 基本上包括以下五个方面。（一）降低水泥颗粒固液界面能减水剂通常为表面活性剂（异极性分子），性能优良的减水剂在水泥一水界面上具有很强的吸 附能力。减水剂吸附在泥颗粒表面能够降低水泥颗粒固液界面能，降低水泥一水分散体系总能量，从而提高分散体系的热力学稳定性，这样有利于水泥颗粒

19、的分散。因此，不但减水剂 的极性基种类、数量影响其减水作用效果，而且减水剂的非极性基的结构特征，碳氢链长度也显著影响减水剂的性能。（二）静电斥力作用新拌混凝土中掺入减水剂后， 减水剂分子定向吸附在水泥颗粒表面，部分极性基团指向液相。由于亲水极性基团的电离作用，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，并且电荷量随减水剂浓度增大而增大直至饱和， 从而使水泥颗粒之间产生静电斥力，使水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地增大拌合物的流动性。带磺酸根（一 S03）的离子型聚合物电解质减水剂 .静电斥力作用较强；带羧酸根离子（一 C00-）的聚合 物电解质减水剂，静电斥力作

20、用次之；带羟基（一 0H）和醚基（一 0）的非离子型表面活性减 水剂，静电斥力作用最小。以静电斥力作用为主的减水剂（如萘磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物等）对水泥颗粒的分散减水机理如图3所示。图3（三）空间位阻作用聚合物减水剂吸附在水泥颗粒表面，则在水泥颗粒表面形成一层有一定厚度的聚合物分子吸附层。当水泥颗粒靠近，吸附层开始重叠，即在颗粒之间产生斥力作用，重叠越多，斥力越 大。这种由于聚合物吸附层靠近重叠而产生的阻止水泥颗粒接近的机械分离作用力，称之为空间位阻斥力。一般认为所有的离子聚合物都会引起静电斥力和空间位阻斥力两种作用力， 它们的大小取决于溶液中离子的浓度，以及聚合物的分子结

21、构和摩尔质量线型离子聚合物减水剂（如萘磺酸盐甲醛缩合物、 三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物 ）吸附在水泥颗粒表面， 能显著 降低水泥颗粒的E负电位（绝对值增大），因而其以静电斥力为主分散水泥颗粒，其空间位 阻斥力较小。具有枝链的共聚物高效减水剂（如交叉链聚丙烯酸、羧基丙烯酸与丙烯酸酯共聚物、含接枝聚环氧乙烷的聚丙烯酸共聚物等等）吸附在水泥颗粒表面，虽然其使水泥颗粒的E负电位降低较小，因而静电斥力较小，但是由于其主链与水泥颗粒表面相连， 枝链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力作用，所以，在掺量较小的情况下便对水泥颗粒具有显著的分散作用。以空间位阻作用为主的典型接枝梳状共

22、聚物对水泥颗粒的分散减水机理如图4所示。（四）水化膜润滑作用减水剂大分子含有大量极性基团，如木质素磺酸盐含有磺酸基（一 S03）,羟基（一 0H）、和醚基（一 0一）、萘磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物含有磺酸基，氨基磺酸盐甲醛缩合物含有磺酸基和胺基 （一 NH2）:聚胺酸盐减水剂含有羟基 （一 CO）和醚基。这些极性 基因具有较强的亲水作用， 特别是羟基、胺基和醚基等均可与水形成氢键，故其亲水性更强。因此，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面后，由于极性基的亲水作用， 可使水泥颗粒表面形成一层具有一定机械强度的溶剂化水膜。水化膜的形成可破坏水泥颗粒粒的絮凝结构，释放包裹于其中的拌和水，使水

23、泥颗粒充分分散，并提高了水泥颗粒表面的润湿性，同时对水泥颗粒及骨料颗粒拉的相对运动具有润滑作用，所以在宏观上表现为新拌混凝土流动性增大。（五）弓I气隔离“滚珠”作用木质素磺酸盐、腐植酸盐、聚羧酸系及氨基磺酸盐系等减水剂，由于能降低液气界面张力故具有一定的引气作用。这些减水剂掺入混凝土拌合物中，不但能吸附在固液界面上，而且能吸附在液气界面上，使混凝土拌合物中易于形成许多微小气泡。减水剂分子定向排列在气泡的液气界面上，使气泡表面形成一层水化膜，同时带上与水泥颗粒相同的电荷。气泡与气泡之间，气泡与水泥颗粒之间均产生静电斥力，对水泥颗粒产生隔离作用， 从而阻止水泥颗粒凝聚。而且气泡的滚珠和浮托作用，也

24、有助于新拌混凝土中水泥颗粒、骨料颗粒之间的相对滑动。因此，减水剂所具有的引气隔离“滚珠”作用可以改善混凝土拌合物的和易性。高效减水剂混凝土外加剂中，最引人注目的是高效减水剂。 高效减水剂的发展已有近 40年的历史。1962 年，日本的服部健一等将萘高效减水剂中占有重要的地位。1963年，原联邦德国研制成功三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。由于这两种外加剂对水泥有强的分散作用，性能较普通减水剂有明显提高，因而被称为高效减水剂。高效减水剂的问世，是继钢筋混凝土、预应力钢筋混 凝土之后，在混凝土改性上的第三次突破。正是高效减水剂的出现，高强混凝土和流态混凝土才成为现实。它的开发促进了混凝土的高强、超高强化，

25、改善了混凝土的施工，实现了大体积的现代化的高速高效文明施工，因而促进了混凝土技术的迅猛发展。高效减水剂对水泥有强烈分散作用， 能大大提高水泥拌和物的流动性和混凝土坍落度， 同时 大幅度降低用水量，显著改善新拌混凝土的工作性能和混凝土各龄期强度。 萘对混凝土凝结时间的影响因高效减水剂的品种而异， 蔡萘磺酸甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸 盐甲醛缩合物基本上不影响混凝土的凝结时间; 氨基磺酸盐甲醛缩合物和聚梭酸类高效减水剂则对混凝土有缓凝作用，能提高混凝土的抗渗抗冻融及耐腐蚀性，增强耐久性。 控制混凝土坍落度损失的能力因高效减水剂的品种而异， 萘磺酸甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸 盐甲醛缩合物加快混凝土坍落度损

26、失 ; 氨基磺酸盐甲醛缩合物和聚羧酸类高效减水剂则对混 凝土坍落度损失有良好的抑制作用。23 1 高效减水剂的种类 目前合成的高效减水剂都属于阴离子型高分子表面活性剂， 按其活性基团阴离子的不同， 可 分为两大类 : 聚磺酸盐和聚梭酸盐。聚磺酸盐高效减水剂包括萘磺酸盐、三聚氰胺磺酸盐和 氨基磺酸盐缓凝高效减水剂。聚胺酸盐类高效减水剂是（甲基 ）丙烯酸与其它单体的共聚物。23 2 高效减水剂对混凝土性能的影响（一）对新拌混凝土性能的影响a. 减水作用高效减水剂比普通减水剂具有较高的减水率，普通减水剂的减水率一般低于10%，高效减水剂的减水率在 20%一 30%之间。高效减水剂减水率的高低决定于其

27、化学结构、分子的构型、 分子量大小和分子量分布。 在相同掺量的情况下， 聚羧酸盐类高效减水剂具有较高的减水率。b. 引气性降低水的表面张力萘系和三聚氰胺系高效; 但氨基磺酸盐和聚羧减水剂对混凝土引气作用的影响与其水溶液表面张力的大小有一定关系， 的能力越大，引气作用越强。c. 凝结时间 高效减水剂对混凝土凝结时间的影响决定于高效减水剂的化学结构， 减水剂对混凝土没有缓凝作用，甚至使得混凝土的凝结时间稍稍提前 酸盐类高效减水剂则是缓凝性高效减水剂。d. 离析和泌水但高效减水剂的掺人， 可有效减小甚至消除离析和泌高效减水剂对不同水泥的适应性不同， 水现象的发生。e. 坍落度和坍落度损失在拌制混凝土

28、时， 高效减水剂的掺人，可以大幅度提高新拌混凝土的坍落度，坍落度随时间的变化决定于所用高效减水剂的类型、掺人量、 温度和所用水泥的类型。 用萘系和三聚氮胺 高效减水剂拌制混凝土的坍落度损失快，在 30 一 60min 内因掺人高效减水剂而获得的坍落 度会损失掉。二）对硬化混凝土性能的影响 a. 强度而改善水泥的水化程度。 二者综合效果是显著提高混凝土各个龄期的强度。 掺高效减水剂的 混凝土的抗压强度、抗弯强度和静态弹性模量较之空白混凝土都有不同程度的提高。b. 收缩和徐变高效减水剂用于减少混凝土用水量而提高强度或节约水泥时， 混凝土收缩值小于空白混凝土 用于增加坍落度而改善和易性时， 收缩值略

29、高于或等于空白混凝土， 但也不会超过技术标准 规定限值 lx10-4 。高效减水剂对混凝土徐变的影响与对收缩影响的规律相同，只是当掺高 效减水剂而不节约水泥，抗压强度明显提高时，徐变显著减小。（三）对混凝土耐久性的影响a. 冻融性 高效减水剂由于减水率高和微量的引气性，使得混凝土的抗冻融性有显著提高。b. 硫酸盐侵蚀Brooks 和 Colepardi 研究了掺加了高效减水剂的混凝土和空白混凝土在硫酸镁溶液中放置 800d 后的某些性能 （重量、长度、静态模量 ） 变化，实验结果显示，塑化混凝土的抗硫酸盐 侵蚀的能力与空白混凝土相比并不逊色。（四）对钢筋混凝土性能的影响a. 对钢筋和混凝土粘接

30、力的影响Collepardi 和 Corradi 研究了高效减水剂对钢筋和混凝土粘接力的影响，得出高效减水剂 的加入可显著提高钢筋和混凝土间的粘接力，可使普通混凝土中直滑钢筋和混凝土 7d 的粘 接力由提高到 , 弯曲钢筋和混凝土 7d 的粘接力由提高到。b. 对钢筋锈蚀的影响将掺加高效减水剂的塑化钢筋混凝土在水中放置一年， 然后在室外放置 4 年后， 研究钢筋的 锈蚀情况，实验结果显示高效减水剂的加人几乎抑制了钢筋的锈蚀。23 3 高效减水剂的适用范围高效减水剂适用于配制高强或超高强混凝土、 流态自密实混凝土、 泵送混凝土和要求分散性 保持好 （即坍落度损失小 ） 的商品预拌混凝土等。（一）

31、高流态自密实混凝土 高流态自密实混凝上的一个显著特点是不用振捣而能自密实。 它是由 20 世纪 70 年代初前西 德发明并首先用之于工程的流态混凝土。 这种混凝土在国外得到了极其迅猛的发展。 我国也 己有自密实免振捣混凝土的工程实际应用。 目前人们对高流动免振捣混凝土的认识可以归纳 为: 这种混凝土是通过外加剂胶结材料和粗细骨料的选择和配合比设计，使混凝土拌和物屈 服值减小且又具有足够的塑性粘度， 粗细骨料能悬浮于水泥浆体中不离析、 不泌水， 在不用 或基本不用振捣的成型条件下， 能充分填充模板和钢筋之问的空隙， 形成密实而均匀的混凝土结构。它的工作性能应达到：坍落度250 270mm扩展度5

32、50-700mm不经振捣的高流动自密实混凝土， 在硬化后表面的结构十分致密，渗透性低，使其耐久性好得多。用硬化后强 度等级相同的普通混凝土和高性能不振捣混凝土时测其干缩率，后者的同龄期干缩率较小。 取以相同用水量拌合的这两种混凝土在硬化后进行真空脱水实验，后者的脱水量也小得多。 两种实验同时证明了高流动不振捣高性能混凝土的表面致密性好。（二）高性能泵送混凝土高强混凝土最先大量应用在高层建筑中， 而泵施工工艺也是由于高层建筑施工的需要而得到 发展和推广的。 掺高效减水剂的流态混凝土， 随着时间增长， 坍落度逐渐减小，对于泵送混 凝土，要求在 2h 内保持一定的坍落度，以保证新拌混凝土从搅拌站运到

33、施工现场进行浇灌 所要求的流动性或工作性。 对于萘系减水剂和三聚氛胺类高效减水剂， 其塑化的混凝土坍落 度损失太快，不适合单独应用于泵送混凝土，必须和缓凝剂、引气剂等其它组分配合使用， 才能获得满意的效果。 氨基磺酸类和聚梭酸盐类高效减水剂具有良好的抑制混凝土坍落度损 失的能力，可单独应用于泵送混凝土。（三）高强混凝土高效减水剂的问世推动了高强混凝土的发展， 少量高效减水剂的加人， 可使保持一定坍落度 的混凝土用水量减少 20%以上，这样在普通条件下就可以配制60 一 120MPa的混凝土。通常将强度为62-83MPa称为高强混凝土，83 一 103MPa为超高强混凝土。配制高强混凝土要求水灰

34、比至少在以下， 没有高效减水剂的存在， 在如此小的水灰比下， 要制得具有可操作工作 度的混凝土是不可能的。333 减水剂的高性能化途径展望未来， 高性能减水剂的研究已成为混凝土材料科学中的一个重要分支，并推动着整个混凝土材料从低技术向高技术发展。每一项混凝土技术的特殊要求都需要开发最优的外加剂， 每一系列有很多不同的化学组成， 几种化学外加剂常常同时用于一种混凝土， 因此， 得到最 优减水剂的途径有以下三种 ：（一）几种减水剂组分的物理复合通过复合手段， 添加其它助剂以克服高效减水剂自身的缺点， 虽然复合多功能外加剂性能得 不到根本性的改变， 但在各国现在仍然认为这是很实用的途径。 我国的高效

35、泵送剂大多数是 通过高效减水剂、普通减水剂、引气剂、缓凝剂、增稠剂等几种组分复合而成，具有较高减 水率和一定的保持混凝土塌落度性能， 其性能与日本的缓凝型用于普通、 高强混凝土的高性 能AE减水剂相似，广泛用于 C20-C60商品混凝土的生产。近 10年来，中国在混凝土技术 方面取得了明显的进步。现在已普遍应用混凝土结构的为C30, C40 等级混凝土， C50, C60高性能混凝土的工程应用范围不断扩大，C80混凝土已在预应力管桩构件中使用，也有少量C80高强泵送混凝土在工程中应用。（二）减水剂分子结构改性通过改变减水剂分子的某些参数优化NSF,MSF如分子量、分子分布、磺化程度等，或将其它

36、系列减水剂部分替代 NSF, MSF，而获得性能与掺量之间更加线性化的效果，更好地保持 混凝土的塌落度，但还存在一些小的缺点，如在引气、缓凝、泌水等方面不易控制。（三）新型多功能高效减水剂设计目前， 世界许多国家都在致力于研究开发新型高效减水剂。 根据已有的外加剂知识， 从聚合 物分子设计的角度优化设计高性能减水剂， 使其具有很高的减水率和长时间保持混凝土塌落 度的性能， 可以达到一定的引气量， 在相当宽的范围内可以自由设定使用量。 从混凝土的强 度、工作性、耐久性、价格等方面综合考虑，通过合成方法可以研制性能独特、无污染的新 型高效减水剂。氨基磺酸系、聚梭酸系减水剂是完全不同于NSF, MS

37、F的新型减水剂，它与不同水泥有相对更好的相容性， 具有更高的减水率和保持混凝土高流动性的功能。 氨基磺酸 系高效减水剂产品碱含量极低， 减水率高、 保持混凝土流动性时间长， 生产合成工艺也相对 简单，污染小，是有利于环保的新型材料 ; 聚梭酸类减水剂则主要通过不饱和单体在引发剂 作用下共聚， 将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上， 使其同时具有高效减水、 控制塌 落度损失和抗收缩、 不影响水泥的凝结硬化等作用。 随着合成与表征聚合物减水剂及其化学 结构与性能关系的研究不断深入， 21 世纪的减水剂将进一步向高性能多功能化、生态化、 国际标准化的方向发展。3 混凝土初终凝时间检测方法目前，大多

38、数混凝土工程都是采用逐层浇筑的施工方法， 因此混凝土的初终凝时间等技术指 标对于工程的进度就显得尤为重要。 在试验室 目前测量混凝土层面初凝时间的方法有： 贯 人阻力法、拔出强度法、改良维卡针法、电学法、声波法和热量法等。在施工现场，国内外 普遍采用的初凝时间控制方法是时间控制法和度时值法，也有采用贯人阻力法的。 随着人们对混凝土水化过程的不断研究和深入了解， 测量混凝土初终凝的方法也越来越多， 但总体来 说还是各有其优点和不足。下面将选择几种典型测量方法逐一介绍。电阻率法 水泥基材料的电阻率会随水泥水化时间的变化而改变，因此可用来描述水泥基材料水化过 程、判断矿物外加剂和化学外加剂等对水泥水

39、化的影响。 通过测定新拌水泥浆、 砂浆或混凝 土的电阻率，并绘制电阻率随时间变化的特征曲线，可以确定水泥基材料的凝结硬化特征， 为水泥水化研究提供了测定手段。用物理的电阻率法测定水泥水化的历史可以追溯到30 年代。用电阻率法测定水泥水化过程有直流电阻率法和交流电电极法。直流电电极法是将两个电极插入新拌水泥基材料中， 并输入直流电压， 通过电极来测水泥基材料的电阻率。 交流电 电极法也是将两个电极插入或夹在新拌水泥基材料上，用 1000Hz 的高频交流电替代直流电 来测电阻率。 但是， 离子的定向迁移会在水泥基材中产生极化现象， 同时电极与水泥基材料 间会产生开裂和接触电阻的问题，影响测量结果的

40、准确性。近来研制了一种无接触电阻率测定仪， 该仪器采用变压器原理， 它消除了电极， 彻底解决了 传统方法的接触问题。 用该仪器测试了不同水灰比水泥浆的电阻率， 并绘制了电阻率随时间 变化的特征曲线 |D(t) 一 t ，用电阻率特征曲线分析了水泥凝结硬化过程，同时分别测定了 这些样品的初凝和终凝时间。该方法采用无接触电阻率测量仪和维卡仪(Vicar needle)。信号发生器将50Hz交流电流变为1000Hz交流电流，再经过放大器将交流电流放大，通过变压器来改变电路中的交流电压。变压器的初级线圈是由多匝线圈组成， 次级线圈是相当于一匝的环形模具， 在次级线圈上施 加了环电压。 将新拌水泥基材料

41、倒入模具中， 通过小电流传感器和计算机测定并记录样品不 同时间的环电流，最后计算出样品对应的电阻率P。采集到水泥的电阻率随时间的变化过程，对曲线进行分析，就能够得到水泥的初凝时间。 用电阻率来测定水泥的初凝时间， 结果较为直观。 但由于采用的是电学方法， 不免会涉及到 电流极化和通电发热等问题，而且测量方法较为复杂，费时费力。电动势法利用电化学原理， 将水泥浆和一对电极组成原电池 通过测量水泥水化过程中溶液浓度变化 所引起的电动势变化情况，直接检测水泥凝结状况。测量混凝土的初凝时间。由于水泥矿物成分的水化反应均生成凝胶和碱性物质Ca(OH),并将自由水分子变为结晶水。随着水化反应的继续，水泥浆

42、中的Ca(OH)溶液浓度越来越大，而自由水分子越来越少.当自由水分子少到一定程度， 包有凝胶体的颗粒逐渐接近并黏结在一起， 水泥浆开始失去塑性， 开始初凝。用水泥浆和两个电极组成一个原电池，原电池电位等于正、负电极电位之差，而正、负电极 电位变化由两个因素决定： (1) 在电极电位达到平衡电位以前，电极反应和溶液浓度变化均 会引起电极电位变化； (2) 在电极电位达到平衡电位以后，溶液浓度变化引起电极电位变化 起主要作用， 即是说， 电极电位的变化反映了溶液浓度的变化。 测量水化过程中溶液离子浓 度的变化引起电动势变化的情况，对电动势曲线微分，突变点就能表征水泥的凝结时间。 该方法测量准确性较

43、高，但同样存在电学影响和操作不便等不足。贯入阻力法贯入阻力法就是通常所采用的国标方法， 它通过测定混凝土水化过程中力学强度的变化来确 定混凝土的初终凝时间。取需测量的混凝土拌和物，用5mm筛筛出砂浆，将砂浆置于砂浆式样筒并振捣，然后用贯入阻力仪测定贯入阻力。当贯入阻力数值分别达到和28MPa时，对应的水化时间即为混凝土的初终凝时间。贯入阻力法测量混凝土初终凝时间， 方法简便快捷， 结果直观。 但由于测量式样是剔除掉粗 骨料后的砂浆， 其性质难免会与混凝土拌和物有差异， 且由于实验误差和测量数据本身的波 动性，所以该方法还存在较大的不足。4 收缩率法测定混凝土的初终凝时间由于混凝土的初终凝时间对于工程施工具有重要意义，因此有必要寻找到一种既准确直观， 又简便快速的检测方法。