使用聚羧酸系高效减水剂作为高性能混凝土的外加剂，即使在低剂量时也具有很高的减水性能。实验证明: 聚羧酸系高效减水剂可以大大降低混凝土的粘度，同时还能有效地控制混凝土的塌落度。使用聚羧酸系高效减水剂对混凝土具有一定的缓凝作用，对比实验发现，使用聚羧酸系高效减水剂比使用磺化萘系减水剂凝固时间要长。使用聚羧酸系高效减水剂，28天后的混凝土强度比使用磺化萘系减水剂要提高10%以上。实验还证明使用聚羧酸系高效减水剂时，同时添加消泡剂可以降低混凝土的含气量，提高混凝土的强度。
近几十年来，我国的混凝土工程技术取得了很大的进步，混凝土拌合物性能从干硬性到塑性和大流动性，混凝土强度从中低强度到中高强度，混凝土的综合性能从普通性能向中高性能方向发展。混凝土减水剂技术的应用与发展对混凝土工程的这些巨大技术进步，起了决定性的作用，可以说没有混凝土减水剂技术的应用与发展，就不可能有现代混凝土技术的发展。
现代混凝土减水剂技术的发展，是现代混凝土技术发展的关键，并对混凝土技术发展具有决定性的作用。聚羧酸系减水剂的质量与性能基本能够满足高性能混凝土对碱水剂的性能要求。自20 世纪80 年代后期，日本、美国、德国等国家开始对聚羧酸系高性能减水剂进行研究开发与工程应用技术研究，并且在20 世纪90 年代中期开始较大规模的推广应用。
目前，在中国聚羧酸系高性能减水剂主要应用于高强混凝土、自密实混凝土中。使用聚羧酸系高效减水剂的新拌混凝土工作性好，不粘底，更易于振捣密实; 早期强度增长快，脱模强度高。聚羧酸系高性能减水剂对原材料的质量波动尤其是砂石的质量波动适应性好，可以获得质量更稳定的混凝土产品。在预制混凝土中，使用聚羧酸系高性能减水剂混凝土的收缩率小，可以抑制或延缓表面裂缝的产生。由于混凝土凝聚性和保水性好，混凝土离析和泌水现象大大减少，构建的外观质量大大提高。
本论文首先研究了聚羧酸系高性能减水剂和消泡剂的配合 使用，然后通过对比萘系高效减水剂和聚羧酸系高性能减水剂 在高强混凝土中的应用，研究了聚羧酸系高性能减水剂在较低 的掺量下，在低水灰比，高粉煤灰用量的混凝土配合比中，混 凝土的施工性能、凝结时间、早期及后期强度及微观结构方面 的特征。并对混凝土的耐久性和耐腐蚀性及微观结构进行了探讨。
1 实验部分
1. 1 主要原材料
聚羧酸系高性能减水剂: 试验室合成; HS －Defoamer 568 消泡剂，Nocpo 公司; P －II 42. 5 水泥，广州珠江水泥有限公司; II 区河砂，东圃新涌口砂场( 细度模数) ; 10 ～ 20 mm 碎石，广州派安石场; 粉煤灰，湘潭I 级粉煤灰; 萘系减水剂，四川华西外加剂公司。
2. 2 仪器与设备
混凝土搅拌机，无锡建材实验仪器厂; 混凝土坍落度仪，无锡建材实验仪器厂; 混凝土抗压试模，无锡建材实验仪器厂; 混凝土抗压实验机，无锡建材实验仪器厂; 水泥胶砂试模，无锡建材实验仪器厂。
2. 3 试验方法
2. 3. 1 混凝土凝结时间的测试:
根据国家标准GB8076 －1987 进行测试。
2. 3. 2 混凝土容重的测定:
根据国家标准GBJ80 －85 进行测试。
2. 3. 3 混凝土含气量的测定:
根据国家标准GBJ80 －85 进行测试。
2. 3. 4 混凝土坍落度的测定:
根据国家标准GBJ80 －85 进行测试。
2. 3. 5 混凝土坍落后扩展度的测定:
测试混凝土坍落度时，将坍落度筒完全提起后，等待混凝土浆料完全停止流动后，垂直两次测定其流动直径，然后取平均值。
2. 3. 6 混凝土抗压强度的测定:
根据国家标准GB 81 －85 进行测试。试件尺寸为100 mm × 100 mm × 100 mm 。
2. 3. 7 坍落度筒倒立锥流时间的测定:
将坍落度筒倒立放于水平钢板或不吸水的塑料板上，将混凝土分三层装入坍落度筒中，每次装三分之一高度，用捣棒插捣15 下( 类同于混凝土坍落度的实验) 。将多余的物料刮出，抹平筒口。将坍落度筒竖直向上提起。计下提起坍落度筒到混凝土完全流出的时间。该时间可以代表混凝土的粘稠度，流出时间短，则表明混凝土不粘稠，易于泵送，振捣施工。
2. 4 试验混凝土配制
每方混凝土材料的配合比如下:
珠江P －II 42. 5R 水泥: 380 kg;
湘潭I 级粉煤灰: 120 kg;
自来水: 160 kg;
河 砂 ( 细 度 模 数 2. 6) : 714 kg;
10 ～20 mm 碎 石 : 1071 kg;
砂率: 40% ;
设计混凝土容重: 2450 kg / m3 ;
试验搅拌混凝土: 20 L。
将定量的减水剂先溶于搅拌水中，待用。
将砂、水泥，石子按顺序倒入搅拌机内，搅拌0. 5 min 后缓缓加入拌合水及减水剂。搅拌4 min 后，卸料; 测试相关的性能。
实验中分别使用了聚羧酸系高效减水剂( 已含消泡剂) 和萘系减水剂，对比了两种不同的减水剂在混凝土中的不同表现。
3 结果与讨论
3. 1 掺聚羧酸系高效减水剂对混凝土施工性能的影响
混凝土的施工性能对保证混凝土的工程质量、提高施工效 率、降低劳动强度方面起到十分关键的作用。普通混凝土的施工性能主要表现为坍落度; 而对于高性能混凝土而言，由于粉体材料较多，用水量少，整个体系往往比较粘稠，难于泵送; 依靠自重流平所需得时间较长; 因此除坍落度外，扩展度及黏度更能说明高性能混凝土的施工性能。此处试验重点讨论聚羧 酸系高性能减水剂与萘系减水剂对混凝土的坍落度、扩展度以 及黏度的不同作用效果。对于有施工时间和运输距离要求的情 况还要考虑到混凝土的坍落度损失。混凝土坍落度的保持性能在下面的研究中单独讨论。
由表1 可以看出，聚羧酸系高效减水剂在掺量很低的情况下，既能达到很好的分散效果。而且混凝土的扩展度大，坍落 度筒倒流时间明显短于掺萘系减水剂的混凝土。说明聚羧酸系 高效减水剂，在胶凝材料较多的混凝土体系中，能显著降低混凝土的黏度，提高混凝土的施工性能。
与萘系减水剂相比，聚羧酸系高效减水剂能更有效的改善 混凝土的性能，提高施工速度和施工质量。更有效的降低劳动强度，提高工作效率。
3. 2 掺聚羧酸减水剂混凝土的工作度的保持
随着商品混凝土的发展和普及，混凝土从搅拌到振捣施工往往需要一段运输时间，由于现代城市交通越来越拥挤，人们对混凝土的坍落度保持要求越来越高。对于高性能混凝土而言，不仅坍落度保持要好，扩展度、适合施工的黏度也要求保持得较好。即混凝土的施工性能要保持是工程质量的保证之一。
由表2 可以看出聚羧酸系高效减水剂对混凝土的工作性的保持具有特别的优势。
混凝土减水剂的减水效果取绝于对水泥粒子的分散性和分 散稳定性，水泥粒子的分散稳定性又取绝于吸附表面的活性剂的静电斥力和立体稳定效果。据DLVO 理论，水泥在水溶液中醚键的氧原子与水分子反应形成强力的氢键，并形成亲水保护膜，亲水保护膜提供了分散稳定性。
传统的减水剂在水泥颗粒表面吸附后呈刚性链平卧吸附状 态，没有减水剂的立体稳定效应，也就是混凝土的坍落度损失 问题不能够解决。而聚羧酸类减水剂分子中含有COOH，SO3 负离子提供静电斥力，另一方面聚羧酸减水剂分子中的醚键与水 分子反应形成强力的氢键，并形成亲水保护膜，亲水保护膜提 供了分散稳定性。故与一般减水剂相比，聚羧酸系减水剂在低 水灰比的情况下能更有效的增加混凝土的的工作性及坍落度的 保持能力。
3. 3 掺聚羧酸减水剂混凝土的凝结时间
依据GB8076 －1987 对掺两种不同外加剂的混凝土凝结时间进行了测试，测试结果记录如表3。
由图1 中的曲线可以得出掺萘系减水剂混凝土的初凝时间( 贯入阻力达3. 5 MPa) 为8: 30，终凝时间( 贯入阻力达28 MPa) 9: 45，初终凝时间之差为1∶15。
掺聚羧酸系高效减水剂混凝土的初凝时间为8: 50，终凝时间10: 30，初终凝时间之差为1∶40。该实验结果基本符合聚羧酸系高性能减水剂略有缓凝的特征，其初、终凝时间差比掺萘系的减水剂长25 min。
与萘系减水剂相比，聚羧酸系高效减水剂有一定的缓凝作 用，且初终凝时间差较长。这些特征在胶凝材料用量较高的混凝土中都是有利的，有利于分散混凝土的水化热，避免水化热集中带来的混凝土开裂等问题。聚羧酸系高效减水剂分子结构中的羧基与钙离子生成络合物，延迟了氢氧化钙形成结晶的时间，减少C －H －S 凝胶的形成。而延缓水泥水化和减少水化暂时需水量，有助于增加其塑化效果。
3. 4 掺聚羧酸减水剂混凝土强度的发展
使用聚羧酸系高效减水剂的混凝土与掺萘系减水剂的混凝 土相比，尽管聚羧酸系减水剂有一定的缓凝作用但强度发展仍 然很好，特别是后期强度，使用聚羧酸的混凝土后期强度有明显的优势。
由表4 可以看出使用萘系高性能减水剂的混凝土在混凝土配比相同的情况下，28 天强度明显提高，高出幅度大于10% 。
从分子结构上来说，聚羧酸系高效减水剂具有梳形分子结构，较传统减水剂仅依靠静电斥力打破水泥浆絮凝状态而达到 减水的作用不同，其超分散性能强。这主要是由于聚羧酸系高 效减水剂带有羧基( －COOH) 、磺酸( －SO3 H) 以及聚氧化乙烯链基等活性亲水基团，其分子结构设计由单一静电斥力效应结 构转向静电斥力效应与空间位阻效应共同作用结构，形成立体 分散系统。梳形聚合物在水泥颗粒表面是齿形吸附状态，其主 链上的羧基( －COOH) 、磺酸基( －SO3 H) 等活性官能团提供静电斥力，梳形聚合物侧链触向水泥粒子的各个部位，起着立体 位阻的重要作用，决定分散系统的稳定性，保持水泥浆体流动 度。由于主链长，极性基团多，静电斥力强: 空间分于结构庞大，侧链多且也较长空间位阻大，从而对水泥具有良好的减 水、分散作用。从而保证了水泥水化更充分，混凝土的强度发 展更好。
3. 5 掺聚羧酸减水剂混凝土的微观结构特征
图2 给出了分别掺聚羧酸减水剂和萘系减水剂的混凝土冲击断面SEM 图，为了避免骨料的干扰，取样时专门避开可石子，对砂浆部分的冲击断面进行了观察。在不同的放大倍数下均能发现掺聚羧酸减水剂的混凝土内部结构致密，没有发现明显的空洞和缺陷。而掺萘系减水剂的混凝土结构相对缺陷较多，可见明显的孔洞。
使用聚羧酸减水剂的混凝土，由于聚羧酸减水剂的高效分散能力，加之高标号的水泥和矿物掺合料的成份特征，使浆体中的内部微孔被填实，使之成为均匀密实的连续体。这种致密的结构，可使混凝土的抗渗透性大幅度提高，能有效的抵御氯盐、硫酸盐等有害物质的侵蚀。也就是这种致密的结构保证了混凝土的耐久性得到大幅度的提高。
4 结 论
( 1) 以聚乙二醇单甲醚、丙烯酸、烯丙基磺酸盐等为原材料合成的聚羧酸系减水剂对水泥具有十分优越的分散性和分散 稳定性。在聚羧酸系减水剂的分子结构中羧基含量越高，聚羧 酸减水剂的缓凝作用越强。
( 2) 聚羧酸系高效减水剂中添加消泡剂，不会影响减水剂对水泥的分散性及分散稳定。添加消泡剂能降低混凝土的含气 量，对提高混凝土的强度，提高混凝土的施工质量是十分有利和必要的。
( 3) 聚羧酸系高效减水剂具有梳形分子结构，较传统减水剂有更强的分散稳定性。从而保证了水泥水化更充分，混凝土的强度可比相同配合比的使用萘系减水剂的提高10% 以上。
( 4) 采用聚羧酸系高效减水剂在掺量为0. 2% ，减水率可以达到25% 以上，实验证明是一种综合性能优良的高效减水剂。
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