水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%～30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。
2.4.2润滑作用：
减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。
2.4.3空间位阻作用：
减水剂结构中具有亲水性的支链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。
2.4.4接枝共聚支链的缓释作用：
新型的减水剂如聚羧酸减水剂在制备的过程中，在减水剂的分子上接枝上一些支链，该支链不仅可提供空间位阻效应，而且，在水泥水化的高碱度环境中，该支链还可慢慢被切断，从而释放出具有分散作用的多羧酸，这样就可提高水泥粒子的分散效果，并控制坍落度损失。
2.5使用减水剂的技术经济意义：
1) 在保持用水量不变的情况下，可使混凝土拌合物的坍落度增大 100-200mm。 2) 在保持坍落度不变的情况下，可使混凝土的用水量减少10%-15%， 高效减水剂可减水20%以上，抗压强度可提高15%-40%。
3）在保持坍落度和混凝土抗压强度不变的情况下，可节约水泥 10%-15%。 4) 由于混凝土用水量减少，泌水和骨料离析现象得到改善，可大大 提高混凝土抗渗性，一般混凝土的渗水性可降低40%-80%。
5) 可减慢水泥水化初期的水化热速度，有利于减小大体积混凝土的 温度应力，减少开裂现象。
第三章高效减水剂对水泥水化和新拌浆体结构的影
响
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3.1 减水剂对水泥早期水化和水泥颗粒分散性能的影响
3.1.1减水剂对水泥早期水化的影响
水泥与水搅拌后，水泥中各相完全或部分溶解，表面水解形成一薄层无定形胶体产物。早期主要是铝酸盐的反应，这个时期，SO42-的浓度起主导作用，当SO42-浓度适宜时，能使钙矾石晶体持续形成，C-S-H胶体也会同时增加，水化前沿向水泥粒子内部扩展，产生渗透力和机械力。水泥最初溶解后，液相中的均匀成核过程以及固液界面的非均匀成核过程中会有水化物的产生，溶液浓度、反应用水、反应过程的活化能以及晶体生长的定向要求都能对水化产物的生长造成一定的影响，水泥粒子被一层水化产物所包裹，起到阻碍反应物在反应界面的内外扩散的作用，能够降低反应速度。 当混凝土中掺入减水剂后，而亲水基团指向水溶液，形成单分子或多分子层吸附膜，而减水剂的憎水基团会吸附于水泥颗粒表面，表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面带有同性电荷，两者同性发生排斥作用，使水泥-水体系处于相对稳定的悬浮状态，同时能够分解水泥在加水初期所形成的絮凝状结构，释放出絮凝结构内的水，从而降低了耗水量。减水剂加入后，不仅能够改善新拌混凝土的和易性，还能显著提高混凝土的抗压强度，另外高效减水剂的加入，还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响，这也是减水剂的作用之一。
3.1.2减水剂对水泥颗粒分散性能的影响
图3是掺入减水剂与不加减水剂的水泥净浆经时流动度(水灰比为0.3).由图3可见:3种PC对水泥颗粒的综合分散性能为:PC2>PC",3>PC",1;当PC掺量为0.3%(占水泥的质量分数,下同)时,120min内净浆的经时流动度基本不变.
分析认为,PC在水泥体系中主要以三部分形式存在,第一部分已参与了水化产物的形成,会影响水化产物的结构和形貌;第二部分吸附在水泥颗粒或水化产物表面形成吸附层,主要起分散水泥颗粒的作用;第三部分存留在溶液中,它与吸附层之间保持动态平衡,并随时补充因水泥水化而消耗的PC[6].因此,当PC掺量较高时,溶液中的PC会不断补充吸附到正在水化的水泥颗粒表面,从而保持其经时流动度不减小。
聚羧酸分子在水泥颗粒表面的吸附模型示意图见文献[8].其中,聚羧酸分子主链中的阴离子基团吸附在水泥颗粒表面,形成静电斥力作用;PEO支链伸向溶液中,支链与支链之间相互交叉,形成空间位阻作用。
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图3：减水剂对水泥净浆的分散能力
3.2减水剂与水泥浆的流动性的关系
在不同静电力的互相作用下，结合水化颗粒表面化学作用，会造成粒子聚集结构，束缚一部分水阻碍其湿润水泥粒子，不能立即用于水化。减水剂与水和水泥体系接触后，即均匀地吸附于水泥粒子表面或者处于游离状态，通过测定水泥浆中未被吸附的高效减水剂数量，可得到吸附百分数。由于吸附作用和同电荷斥力，使水泥粒子分散，絮状结构解体，能够使束缚水并阻止粒子相互作用解除掉，从而增大了水泥浆的流动性。
当新拌混凝土中适量加入减水剂后，水泥颗粒所带的电位增大，而水泥颗粒间的电性斥力大大增加，导致新拌混凝土的粘度下降，这样就促使整个分散体系的稳定性提高，流动性得到改善。
另外，水泥浆体从稀释到凝聚状态之间还存在着一个存在于两者之间的中间状态，即触变状态。这是由于水泥净浆中的凝聚结构在剪切速率增大的情况下再度分散引起的。具体表现为剪切速率增大时阻力减小，粘度减小。即浆体静止不同时成凝聚状态，若一经搅拌或摇动已凝聚的浆体又重新获得流动性。一般在水泥浆体中掺入适量减水剂能促使新拌混凝土显示出较强的触变性。这是由于水泥颗粒表面对减水剂的吸附溶剂化膜层的形成以及电位的提高等原因，若稍加振动又会表现出较好的流动性。不加减水剂的新拌混凝土的触变性要弱很多。
3.3减水剂对水泥水化产物的影响
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水化产物微观结构和孔结构分析 图7是未掺减水剂的空白样品(水灰比为0.3,下同)和掺入减水剂的样品在7,28d的扫描电镜图.由图7可见,水化7d时,空白水泥石中可以看到较多团絮状的和短柱状的钙矾石(AFt),由于浆体结构疏松,所以虽然水化产物量多,发育较好,但其性能不一定好;掺入减水剂的水泥石中可以看到许多花瓣状的C-S-H,并且呈密实状态,另外,还有很多较细的柳叶状的AFt附在C-S-H上面,相互交错生长;水化28d时,空白水泥石的空隙中附有少量六方板状的Ca(OH)2和针状的AFt,空隙比较多,这对提高水泥石的强度不利,而掺加减水剂的水泥石其凝胶态水化产物并不独立分散分布,硬化浆体呈现整体化结构,明显比未掺减水剂的水泥石密实.结果表明:减水剂的掺入使用水量减少,促使水泥石凝胶态变好,从而可以提高水泥石的密实程度及混凝土强度.
图7 空白水泥样品和掺入减水剂样品 在不同龄期SEM图（BLank为未加入减水剂）
3.4掺加减水剂的硬化水泥浆体孔结构
硬化浆体孔径以0.1Lm为分界,从图9中可看出,随着养护龄期延长,产3种减水剂水泥浆体中两个孔径范围的孔隙率均下降。不同减水剂对浆体孔径分布和孔隙率影响也不同,孔径小于0.1Lm的孔隙率:PC远大于FDN和LS;孔径大等于0.1Lm的孔隙率:LS>FDN>PC。
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水泥和水接触后即形成絮凝结构,包裹了大量的自由水,这部分水分对水泥浆体的流动性没有贡献。加入减水剂后,由于吸附分散作用使这部分自由水被释放出来,利于增大浆体流动性。如图9所 示,加入FDN和LS,水泥颗粒形成少量大体积的絮凝结构,包裹大量的水,而加入PC,则形成大量小体积的絮凝结构,较之前两者释放更多的自由水。LS虽延缓初期水化进程,但硬化浆体的孔隙率与FDN相近。由此得出,硬化浆体孔结构与减水剂对水泥颗粒的分散效果有关,而与减水剂延缓水泥水化造成的水化产物结构的变化无关。正因为聚羧酸系减水剂PC的强分散作用,使得水泥颗粒形成大量体积较小的絮凝结构,因此对应的硬化水泥浆体的小孔数量多,大孔数量少。
3.5减水剂与水泥的相溶性
研究表明：水泥中硫铝酸盐矿物的水化速度快，对减水剂的吸附量大，其含量增加，减水剂与水泥的相容性降低：水泥中C。S的含量的增加有利于改善减水剂与水泥 的相容性；水泥比表面积的提高和微细颗粒含量的增大，使减水剂的饱和点掺量提高、 水泥浆体的流动性损失加快；净浆的泌水率减小，各龄期抗压强度增加。
矿渣与粉煤灰的掺量和细度变化对减水剂的饱和点掺量影响不大，但对水泥浆体 的流动性及流动性保持效果有明显的影响，掺量的增大，减水剂的分散效果增强，流动度经时损失减小，抗压强度降低，泌水率增加，细度越细，减水剂的分散效果略有减小，但对流动性的保持效果越好；沸石粉掺量增大、细度变细会增大减水剂的饱和点掺量，浆体的流变性变差，浆体抗压强度降低，但对改善浆体的板结、泌水非常有利。
掺合料的辅助减水作用主要有三种效应：有效吸附表面积降低；颗粒堆积密度增加；颗粒球形度提高。相容性的好坏对新拌混凝土的早期流变性能、后期的宏观结构和性能、微观结构和性能影响很大，良好的相容性是制备高性能混凝土的基础。
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