杨朋，王雪莲，钱晓丽，任志福，刘艳红，韩玉梅，刘艳新，彭峰，余景良

（广州航海学院 航务工程学院，广东 广州 510725）

为了节约材料和提高混凝土的性能，减水剂的使用非常普遍[1-3]。普通减水剂是一种以木质素磺酸钙为代表的第一代减水剂产品，是一种阴离子表面活性剂。常用的普通减水剂包括木质素磺酸钙减水剂（简称木钙减水剂）和木质素磺酸钠减水剂（简称木钠减水剂），此外尚有木质素磺酸镁减水剂（简称木镁减水剂）。这三种减水剂虽然均存在木质素磺酸盐成分，但分子结构和分子量却不同。由于常用普通型减水剂一般具有一定的减水、缓凝和引气等性能，所以，在减水剂生产企业除用作普通减水剂外，还用于配制中效泵送剂和缓凝型高效减水剂。当缓凝剂或早强剂掺入普通减水剂后，将成为缓凝型普通减水剂和早强型普通减水剂。如对普通减水剂采取进一步脱醣、改性等技术手段，可显著地提高其对混凝土各方面性能的影响[4-6]，成为高效减水剂。

MG减水剂是20世纪50年代从苏联引进的,从亚硫酸盐纸浆废液中提取物的,主要成分是木质素磺酸盐的减水剂。分子式为，常以40%～50%的浓缩液出售。MG是一种棕色粉状物质，磺酸钙约占60%；醣含量小于12%，灰分约占14%，氧化钙约占8%。MG减水剂具有无毒、呈棕色至暗色的溶液。溶液干燥成粉剂后，具有吸湿能力强、易溶于水的性质。改进型MG减水剂是一种能延缓水泥的凝结时间、具有引气功能、减水率在8%左右、环保性能很好的普通减水剂。虽然它的掺入能提高拌合物的含气量和改变水泥石的结构的优点，但它却存在气泡的直径大、稳定性很差、经常可以用肉眼非常清楚地观察到大量气泡在拌合物中破裂、消失的现象，加之孔分布不均匀的问题，所以这种含气量（一般为2%～5%）除能降低混凝土的强度外[7-8]，还有损于构件的表观及其抗冻性，在混凝土中害大于利。但可通过掺消泡剂（如磷酸三丁脂等物质）的方法消除拌合物中部分气泡。基于以上，笔者通过试验改进型MG减水剂对水泥及混凝土性能影响进行了一系列研究。

1 MG减水剂减水原理

1.1 当拌合物中掺入减水剂后将改变水泥浆的结构

①水泥颗粒在水泥浆中热运动的作用

众所周知，任何物质的分子无时不在运动着。在基准拌合物中，水泥颗粒在水泥浆中作热运动时，往往会在棱角和边界处互相碰撞。碰撞的概率和强度，与水泥浆浓度成正比。碰撞的结果，必然粘结在一起,或多或少地形成网络结构。

②巨大的表面能作用

水泥颗粒的平均粒径为20μm～30μm。由于该种颗粒具有巨大比表面积，与水泥颗粒表面的多棱角性和粗糙特性，为水泥颗粒提供了巨大的表面能和相触的机会。

③颗粒间的静电吸附作用

由于在煅烧熟料过程中，C3A和C3S吸储着巨大的热能，当这两种水泥颗粒遇水时，将迅速生成（分别）水化铝酸钙和水化硅酸钙。这两种水化产物包裹到水泥颗粒表面后，使铝酸钙颗粒表面带正电荷，而使硅酸钙颗粒表面则带负电荷。不同电荷颗粒在水泥浆中相遇时，将产生静电（电荷）吸力。

④水泥早期水化产物形成的絮凝状物质

早期生成的上述水化产物尺度均以纳米计，这样极微细的颗粒亦会互相编织在一起形成网络结构。减水剂分子会吸附到水化产物颗粒的表面，水泥颗粒的多棱角性、巨大的表面能和范德华尔力的作用，使水泥在水泥浆中极易形成网状结构图。MG减水剂是一种水溶性电解质物质。它掺入拌合物后，磺酸盐等组分所电解产生的SO3-2，将吸附到水泥颗粒（含水化层）表面,使颗粒表面带负电荷。同性电荷所产生的斥力，将破坏已形成的网状结构。对于那些尚未成网的颗粒，避免了成网的发生。

1.2 改变水泥颗粒在水泥浆中的性态

当水泥浆中掺入减水剂后，在水泥颗粒表面将形成一层溶剂化薄膜。该薄膜能提高水对水泥颗粒的湿润—润滑能力，降低水泥颗粒在水泥浆流动时的摩擦阻力。

1.3 降低溶液的表面张力

当拌合物中掺入MG减水剂后，将降低溶液的表面张力。其结果将在拌合物中形成直径不等、分布不匀、稳定性较差、较易破裂的气泡。这些气泡将牢固地吸附到水泥颗粒表面。带负电的减水剂分子，除吸附到水泥颗粒表面外，还能吸附到气泡表面，使水泥颗粒和气泡表面均带负电荷，大大增强了水泥颗粒在拌合物中的电性斥力。

MG减水剂对不同水泥的标准稠度需水量和凝结时间的影响 表1

减水剂对不同水泥的塌落度的影响 表2

2 试验材料和试验方法

2.1 试验材料

本试验水泥为P.O 32.5普通硅酸盐水泥（土立窑水泥）和P.O 42.5号抗硫酸盐水泥；

减水剂：改进型MG减水剂，粉剂，推荐掺量0.2%～2.0%；

水：符合要求的自来水。

2.2 试验方法

试验方法均参照以下规范：《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346-2011E）、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2016）、《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）。

3 改进型MG减水剂性能研究

3.1 MG减水剂掺量对硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥的标准稠度需水量和凝结时间的影响

减水剂掺量对硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥的标准稠度需水量和凝结时间的影响结果见表1。可以看出，抗硫酸盐水泥的标准稠度需水量明显小于硅酸盐水泥。由于：①水泥标准稠度需水量与熟料矿物组成密切相关，并存在下列关系：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S；在抗硫酸盐水泥熟料中需水量较小的C2S含量比硅酸盐水泥大得多；而需水量大的C3A和C3S含量又比硅酸盐水泥小得多；所以，抗硫酸盐水泥的标准稠度需水量，明显小于硅酸盐水泥。抗硫酸盐水泥的凝结时间明显长于硅酸盐水泥。所以抗硫酸盐水泥的凝结时间明显比硅酸盐水泥长；水泥凝结时间随减水剂掺量的增加而延长。初凝延长40min～2h，终凝延长3h～10h；掺0.3%和0.4%MG减水剂时，抗硫酸盐水泥的凝结时间出现异常的现象，亦可能与熟料的矿物组成有关。

3.2 改进型MG减水剂对硅酸盐混凝土塌落度的影响

塌落度试验时需要控制在范围内。具体数据见表2。上述数据证明：MG减水剂的确具有提高拌合物流动度的功能。提高流动度的值与减水剂掺量成正比。在基准水泥浆中的水泥颗粒表面，一方面均包裹着一层溶剂化薄膜，另一方面颗粒间可能形成网络结构。网络结构由大小不同、数量不等的水泥颗粒所联结，结点的强度取决于水泥浆浓度，成正比关系，网络中间空穴束缚着小部分拌合水。减水剂具有使溶剂化薄膜的电性转变成负电荷的能力。如果颗粒表面均转变成负电荷，则面同性电荷而破坏（拆开）颗粒间的联接。若想破坏网络结构，必须使斥力大于颗粒间的接点强度，斥力的大小随减水剂的增加而提高。当掺入减水剂后，减水剂首先破坏节点强度最弱的那部分网络，随着掺量的增加，节点强度较强和强的部分节点相继被破坏，网络破坏所释放的自由水起着提高拌合物塌落度的作用。

试验证明，由于初次加入的减水剂，能明显地提高负电荷量，显示出能较明显地提高拌合物的塌落度。续后掺加的减水剂，由于负电荷量、斥力的提高值逐渐降低，所以释放的自由水量亦相应地降低。因此，提高塌落度的值亦随之减少。就这样周而复始地进行下去，使塌落度与减水剂掺量形成幂函数曲线。当减水剂产生的斥力与水泥颗粒在水泥浆中所产生的引力处于基本平衡前，曲线出现拐点（作者定义为与横坐标成45°切线点的掺量）。该拐点的掺量，作者称其为饱和点掺量。大量M减水剂掺量与减水率关系曲线中证明：与减水剂掺量成45°切线点的掺量为饱和点掺量是正确的，能取得较好的技术经济效果，对于早期水泥来说，饱和点掺量在0.25%～0.35%之间。

3.3 改进型MG减水剂对实际减水率和实际抗压强度比的影响

MG减水剂对实际减水率和实际抗压强度比的影响见表3。硅酸盐水泥拌制水泥浆浓度为1.82的拌合物，当掺入MG减水剂后，饱和点（减水剂掺量为0.4%）前的实际减水率在5.3%～13.2%之间，并具有随掺量的增加而提高的规律。说明MG与硅酸盐水泥具有非常好的相容性。表3显示的实际抗压强度比在102.7%～106.3%之间的数据说明，当用硅酸盐水泥拌制的拌合物，掺入MG减水剂后，虽然水泥用量降低了5.3%～13.2%，但混凝土的强度不但没有降低，反而略有提高（劈裂抗拉强度亦有类似的结果）。从该结果可以推论出：水泥用量与混凝土强度之间不存在依存关系。对于超过饱和点掺量的混凝土，过量引气，对强度将产生明显的负面影响，不应属于此范围。

4 结语

改进型MG减水剂是生产中、低强度等级商品混凝土最具竞争力的减水剂，适用于普通混凝土和钢筋混凝土。最适宜用于大体积混凝土、灌注桩、人工挖孔桩和夏季施工等。改进型减水剂可与糖蜜减水剂、高效减水剂配制成缓凝剂、泵送剂和缓凝高效减水剂等缓凝型复合减水剂；适用于要求塌落度损失小的拌合物，但改进型MG减水剂不适用于浇筑高强或超高强混凝土。

减水剂掺量对实际减水率和抗压强度比的影响 表3