在混凝土坍落度基本相同的條件下能大幅度減少拌合水量的外加劑稱為高效減水劑。高效減水劑對(duì)水泥有強(qiáng)烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流動(dòng)性和混凝土坍落度，同時(shí)大幅度降低用水量，顯著改善混凝土工作性。本文主要討論了高效減水劑對(duì)硬化水泥石結(jié)構(gòu)的影響及減水劑作用機(jī)理問(wèn)題。

        高效減水劑適用于各類工業(yè)與民用建筑、水利、交通、港口、市政等工程中的預(yù)制和現(xiàn)澆筑鋼筋混凝土；適用于高強(qiáng)、超高強(qiáng)和中等強(qiáng)度混凝土，以及要求早強(qiáng)、適度抗凍、大流動(dòng)性混凝土；適用于蒸養(yǎng)工藝的預(yù)制混凝土構(gòu)件；適用于做各種復(fù)合型外加劑的減水增強(qiáng)組分（即母料）。

1.高效減水劑對(duì)新拌混凝土的作用

1.1減水作用。

       （1）混凝土中摻人高效減水劑后，可在保持流動(dòng)性的條件下顯著地降低水灰比。高效能減水劑的減水率可達(dá)10%～25%，而普通減水劑的減水率為5%～15%，高效減水劑亦因此而得名。產(chǎn)生減水作用的原因主要是由于混凝土對(duì)減水劑的吸附和分散作用。

       （2）水泥在加水?dāng)嚢枰约澳Y(jié)硬化過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些絮凝狀結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生絮凝狀結(jié)構(gòu)的原因很多，可能是由于水泥礦物（C3A、C4AF、C3S、C2S）在水化過(guò)程中所帶電荷不同，因產(chǎn)生異性電荷相吸引而絮凝；也可能是由于水泥顆粒在溶液中的熱運(yùn)動(dòng)，在某些邊棱角處互相碰撞、吸附、相互吸引而形成絮凝狀結(jié)構(gòu)；還有如粒子間的范德華引力作用以及水解水化反應(yīng)初期也會(huì)引起絮凝。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著很多拌合水，從而減少了水泥水化所需的水量，降低了新拌混凝土的和易性。施工中為了保持新拌混凝土所需的和易性，就必須在拌合時(shí)相應(yīng)地增加用水量，這就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過(guò)多的孔隙，從而嚴(yán)重影響著硬化混凝土的一系列物理力學(xué)性能，若能將這些多余的水分釋放出來(lái)，混凝土的拌合用水量就可大大減少，在制備混凝土的過(guò)程中摻人適量減水劑，就能很好地起到這種作用。 

     （3）研究表明，加入減水劑后，減水劑的憎水基團(tuán)定向吸附于水泥質(zhì)點(diǎn)表面，親水基團(tuán)指向水溶液，組成了單分子或多分子吸附膜。

     （4）由于表面活性劑分子的定向吸附，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面上帶有相同符號(hào)的電荷，于是在電性斥力的作用下，不但使水泥水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)（雙電層電位提高），并使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體，使絮凝狀凝聚體內(nèi)的游離水釋放出來(lái)，從而達(dá)到減水的目的。 

1.2塑化作用。 

     （1）混凝土中摻人減水劑后，可在保持水灰比不變的情況下增加流動(dòng)性。一般的減水劑在保持水泥用量不變情況下，使新拌混凝土坍落度增大10cm以上，高效能減水劑可配制出坍落度達(dá)到25cm的混凝土。

     （2）塑化作用除了前面提到的吸附分散引起的效果外，還有濕潤(rùn)和潤(rùn)滑作用。

      濕潤(rùn)作用：水泥加水拌合后，顆粒表面被水所濕潤(rùn)，其濕潤(rùn)狀況對(duì)新拌混凝土的性能影響甚大，當(dāng)這類擴(kuò)散濕潤(rùn)自然進(jìn)行時(shí)，可由Glbbs提出的方程計(jì)算出表面自由能減少的數(shù)量。

      （4）潤(rùn)滑作用：減水劑中的極性親水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，很容易和水分子以氫鍵形式締合。這種氫鍵締合作用的作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水分子與水泥顆粒間的分子引力。當(dāng)水泥顆粒吸附足夠的減水劑后，借助于R-SO3θ與水分子中氫鍵的締合作用，再加上水分子間的氫鍵締合，使水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，這層膜起到了立體保護(hù)作用，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起潤(rùn)滑作用。

      （5）減水劑的加入，伴隨著引入一定量的氣泡（即使是非引氣型的減水劑，也會(huì)引入少量氣泡）。 

        這些微細(xì)氣泡被減水劑定向吸附的分子膜所包圍，并與水泥質(zhì)點(diǎn)吸附膜帶有相同符號(hào)的電荷，因而氣泡與水泥顆粒間也因電性斥力而使水泥顆粒分散，從而增加了水泥顆粒間的滑動(dòng)能力（如滾珠軸承作用）。這種作用對(duì)摻加引氣型減水劑的混凝土更為明顯。

      （6）由于減水劑的吸附分散作用，濕潤(rùn)作用和潤(rùn)滑作用，只要使用少量的水就能容易地將混凝土拌合均勻，從而改善了新拌混凝土的和易性。 

2.高效減水劑對(duì)硬化水泥石結(jié)構(gòu)的影響

      （1）由于減水劑的分散作用，使水泥粒子更多保持隔離狀態(tài)，使水化初期增大了水泥粒子反應(yīng)面積，減水劑分散作用愈好此效果愈明顯。這階段水泥水化反應(yīng)以溶解――水化――結(jié)晶過(guò)程方式進(jìn)行。除了表面積外，還有鹽效應(yīng)、形成不穩(wěn)定絡(luò)合物等均使溶解度加大，加速水泥的溶解過(guò)程，從而使水化物增多。雖然減水劑的成膜會(huì)阻礙反應(yīng)進(jìn)行，但其影響較小，其綜合效果是加大了初期水化反應(yīng)速度。

      （2）水泥終凝后具有一定的幾何形狀。在最初階段形成的主要是發(fā)育得不夠好的微晶凝聚體，或稱水化物凝膠。這些尺寸很小的微晶，無(wú)規(guī)則地沉積于水泥熟料顆粒表面上。繼續(xù)水化使這些微晶呈輻射狀向外生長(zhǎng)，形成纖維狀晶體，末端尖細(xì)而有岔。這些纖維狀晶體在水泥粒子周圍生長(zhǎng)形成了許多大小不等的孔隙，中間包裹水分。繼續(xù)水化使纖維狀晶體再向外伸長(zhǎng)，使水泥粒子相互搭接而形成三度空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步水化使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)而增加了強(qiáng)度。

       （3）減水劑對(duì)膠凝體向結(jié)晶體的轉(zhuǎn)變過(guò)程有些延緩，這是由于減水劑使溶解度加大，溶解速度加快。使初期加有減水劑后有更多處于亞穩(wěn)狀態(tài)的微晶凝聚體，而表面的一層減水劑膜阻礙并延緩了微晶向結(jié)晶態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。從熱力學(xué)穩(wěn)定性看，小顆粒表面積大，表面自由能值高，熱力學(xué)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，微晶凝聚體會(huì)自動(dòng)溶解而重新沉積于晶體表面上使其入減水劑，它降低了固液界面長(zhǎng)大。加的界面能，使變化過(guò)程的自由能變化要小些，這就使凝膠體轉(zhuǎn)化過(guò)程的趨勢(shì)減弱。

       （4）隨著反應(yīng)進(jìn)行，水化產(chǎn)物逐漸積聚于水泥顆粒表面上。前一階段速度愈快，產(chǎn)物就愈多，覆蓋于水泥顆粒上的水化物也愈多，但它還未構(gòu)成對(duì)反應(yīng)速度的主要控制因素。此階段，水化反應(yīng)仍以溶解反應(yīng)過(guò)程為主，而溶液已基本上達(dá)到飽和，控制反應(yīng)速度的離子擴(kuò)散速度近于常數(shù)，幾種作用綜合效果使水化反應(yīng)速度保持不變。加入減水劑，形成絡(luò)合物將影響反應(yīng)物參加反應(yīng)的能力；形成的膜也妨礙水化反應(yīng)；減水劑對(duì)水分子的締合作用將影響水分子的運(yùn)動(dòng)，前一階段水化產(chǎn)物的多少也對(duì)這階段速度有所影響。因此，加入減水劑將使這一階段水泥水化反應(yīng)速度減慢。

       （5）在水化反應(yīng)中后期，水化產(chǎn)物達(dá)到一定厚度后，水分子穿過(guò)水化產(chǎn)物層的擴(kuò)散速度將成為控制水化反應(yīng)的主要因素，水化反應(yīng)以固相反應(yīng)方式進(jìn)行。加入減水劑，使毛細(xì)孔中的水成為有一定減水劑濃度的溶液，由于滲透壓對(duì)擴(kuò)散的反作用，將阻礙水分子向水化產(chǎn)物層中擴(kuò)散，使毛細(xì)孔孔徑變小，將增大孔中水分的內(nèi)聚力，對(duì)水分子有束縛作用，再加上絡(luò)合、成膜等作用，減水劑使水泥中后期水化反應(yīng)速度減慢了。

       （6）從孔結(jié)構(gòu)看，減水劑主要目的之一是減少用水量，這使硬化水泥石中毛細(xì)孔徑變小，孔隙體積減少。而在不減少用水量時(shí)，由于分散作用及抑制結(jié)晶作用，雖然總孔隙體積改變不大，但使毛細(xì)孔徑變小，這對(duì)水泥石強(qiáng)度的提高將產(chǎn)生明顯的影響。