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(chēng)為高效減水劑。高效減水劑對水泥有強烈分散作用，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(zhù)改善混凝土工作性。本文主要討論了高效減水劑對硬化水泥石結構的影響及減水劑作用機理問(wèn)題。

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

1.高效減水劑對新拌混凝土的作用

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(zhù)地降低水灰比。高效能減水劑的減水率可達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減水劑的吸附和分散作用。

       （2）水泥在加水攪拌以及凝結硬化過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生一些絮凝狀結構。產(chǎn)生絮凝狀結構的原因很多，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構；還有如粒子間的范德華引力作用以及水解水化反應初期也會(huì )引起絮凝。在這些絮凝狀結構中，包裹著(zhù)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)相應地增加用水量，這就會(huì )促使水泥石結構中形成過(guò)多的孔隙，從而嚴重影響著(zhù)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，減水劑的憎水基團定向吸附于水泥質(zhì)點(diǎn)表面，親水基團指向水溶液，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穩定的懸浮狀態(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構分散解體，使絮凝狀凝聚體內的游離水釋放出來(lái)，從而達到減水的目的。 

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，還有濕潤和潤滑作用。

      濕潤作用：水泥加水拌合后，顆粒表面被水所濕潤，其濕潤狀況對新拌混凝土的性能影響甚大，當這類(lèi)擴散濕潤自然進(jìn)行時(shí)，可由Glbbs提出的方程計算出表面自由能減少的數量。

      （4）潤滑作用：減水劑中的極性親水基團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遠大于水分子與水泥顆粒間的分子引力。當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定的溶劑化水膜，這層膜起到了立體保護作用，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起潤滑作用。

      （5）減水劑的加入，伴隨著(zhù)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，濕潤作用和潤滑作用，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.高效減水劑對硬化水泥石結構的影響

      （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以溶解――水化――結晶過(guò)程方式進(jìn)行。除了表面積外，還有鹽效應、形成不穩定絡(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 )阻礙反應進(jìn)行，但其影響較小，其綜合效果是加大了初期水化反應速度。

      （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(chēng)水化物凝膠。這些尺寸很小的微晶，無(wú)規則地沉積于水泥熟料顆粒表面上。繼續水化使這些微晶呈輻射狀向外生長(cháng)，形成纖維狀晶體，末端尖細而有岔。這些纖維狀晶體在水泥粒子周?chē)L(cháng)形成了許多大小不等的孔隙，中間包裹水分。繼續水化使纖維狀晶體再向外伸長(cháng)，使水泥粒子相互搭接而形成三度空間網(wǎng)絡(luò )結構。進(jìn)一步水化使網(wǎng)絡(luò )結構逐漸密實(shí)而增加了強度。

       （3）減水劑對膠凝體向結晶體的轉變過(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晶態(tài)的轉化過(guò)程。從熱力學(xué)穩定性看，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(cháng)大。加的界面能，使變化過(guò)程的自由能變化要小些，這就使凝膠體轉化過(guò)程的趨勢減弱。

       （4）隨著(zhù)反應進(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，但它還未構成對反應速度的主要控制因素。此階段，水化反應仍以溶解反應過(guò)程為主，而溶液已基本上達到飽和，控制反應速度的離子擴散速度近于常數，幾種作用綜合效果使水化反應速度保持不變。加入減水劑，形成絡(luò )合物將影響反應物參加反應的能力；形成的膜也妨礙水化反應；減水劑對水分子的締合作用將影響水分子的運動(dòng)，前一階段水化產(chǎn)物的多少也對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速度減慢。

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

       （6）從孔結構看，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晶作用，雖然總孔隙體積改變不大，但使毛細孔徑變小，這對水泥石強度的提高將產(chǎn)生明顯的影響。