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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。并且在水泥—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—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—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。www.tmgc8.com
（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SO3)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COO-)的聚合物电解质减水剂，静电斥力作用次之;带羟基(一OH)和醚基(一O一)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ξ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ξ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聚物对水泥颗粒的分散减水机理如图4所示。
图4
（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SO3),羟基(一0H)、和醚基(一O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一)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）引气隔离“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。
2.2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，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。www.tmgc8.com
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。
2．3．1 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。
2．3．2 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
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，降低水的表面张力的能力越大，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，萘系和三聚氰胺系高效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;但氨基磺酸盐和聚羧酸盐类高效减水剂则是缓凝性高效减水剂。
d.离析和泌水
高效减水剂对不同水泥的适应性不同，但高效减水剂的掺人，可有效减小甚至消除离析和泌水现象的发生。
e.坍落度和坍落度损失
在拌制混凝土时，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1.2MPa提高到8.5MPa,弯曲钢筋和混凝土7d的粘接力由15.0MPa提高到27.5MPa。
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。
2．3．3 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）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250一270mm,扩展度550-700mm。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。www.tmgc8.com
