减水剂对混凝土性能的影响研究

减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂，减水剂是最常用的外加剂之一，也被称为塑化剂或分散剂。减水剂掺入到混凝土拌合物中后，对水泥颗粒有分散作用，能减少单位用水量，改善混凝土工作性，或提高混凝土强度或减少单位水泥用量，节约工程造价等作用。

芬兰开发和研制的“F-concrete”，是第一个使用减水剂（木质素磺酸盐）的碱胶凝材料［1，2］，但他们并没有解释外加剂在碱激发体系中的作用；Wang等［3］观察到，木质素磺酸盐型外加剂能降低抗压强度；Douglas等［4］研究发现，木质素磺酸盐和萘磺酸盐减水剂在碱金属硅酸盐激发矿渣水泥的体系中都是无效的。然而，Bakharev等［5］发现，木质素磺酸盐外加剂在NaOH/Na2CO3激发矿渣混凝土中的作用与在硅酸盐水泥混凝土中的作用相似，即提高混凝土的流动性，如图4-1所示。同时，随着时间的增加，混凝土的坍落度损失也减缓，保塑性得到改善。当采用水玻璃作为激发剂时，加入木质素磺酸盐减水剂和萘系减水剂后，混凝土的流动性都有所增加，但混凝土坍落度损失较快。

Collins等［6］也报告，木质素磺酸盐缓凝减水剂能明显提高NaOH和Na2CO3激发矿渣水泥的流动性，但在30 min内坍落度损失很明显；掺入2%的石膏，流动度下降且出现了假凝现象，即使将木质素磺酸盐减水剂复合，其缓凝作用也不能完全避免假凝，但1天的强度基本不变。研究还发现，掺入葡萄糖酸钠缓凝减水剂后，碱矿渣水泥的流动性增加，但出现泌水现象，且掺量越大，流动性增加越明显，泌水也越严重，硬化后的混凝土表面软化，很容易刮掉，表明泌水和缓凝作用使得混凝土的凝结时间延长，导致强度明显下降。

图4-1　木素磺酸盐减水剂对碱矿渣混凝土坍落度的影响［5］

Puertas等［7］研究了乙烯基共聚物（X）和聚丙烯酸酯共聚物（Z）减水剂对水玻璃激发矿渣水泥流动性的影响。由图4-2与图4-3可知，掺入2%的乙烯基共聚物（X）和聚丙烯酸酯共聚物（Z）对浆体的流动性影响不大，但乙烯基共聚物（X）对2天和28天的强度发展不利，2天后的抗折和抗压强度比未掺外加剂对照组降低70%～85%，28天后这种不利影响会减弱，但强度仍比对照组低27%～40%。掺入聚丙烯酸酯共聚物减水剂，对强度几乎没有影响。(www.xing528.com)

图4-2　外加剂对碱矿渣水泥坍落度的影响［7］

图4-3　外加剂对碱矿渣水泥砂浆强度的影响［7］

Palacios等［8］发现，对硅酸盐水泥具有良好减水作用的减水剂在碱激发胶凝材料的使用效果往往很差。木质素、萘系、聚羧酸系、三聚氰胺等减水剂无法改善水玻璃激发矿渣水泥的和易性；几种减水剂对碱激发矿渣水泥的交互作用的进一步研究表明［9］，三聚氰胺基、萘系和乙烯基共聚物外加剂在碱激发矿渣水泥中的吸附作用低于OPC中的3～10倍，两者的吸附行为也存在差异。外加剂对碱矿渣水泥流变参数的影响取决于减水剂的类型、用量以及碱激发剂溶液的pH。当用水玻璃溶液做激发剂时，减水剂不能提高流动性，采用NaOH激发剂时，萘系减水剂对碱矿渣水泥浆流动性有一定改善作用［8-10］。Palacios等人［11］解释了高效减水剂在碱激发水泥中的作用机理，发现不同类型的减水剂在强碱性介质中的化学稳定性（三聚氰胺系、萘系、乙烯共聚物和聚羧酸系）不同，只有萘系在pH＞13的NaOH环境中是稳定的，而其他外加剂的结构都发生了变化，失去表面活性，这也是硅酸盐水泥减水剂不适用于碱矿渣水泥的主要原因［8，11］。

因此，研究并开发碱激发水泥基材料中的高效减水剂，应保证其在高碱性环境作用的化学稳定性，起到改善性能的作用。