第一节概述。
在水泥、混凝土中掺入少量外加剂能显著地改善混凝土的质量及施工性能，满足不同工程对混凝土的特殊要求。这已日益引起人们的重视。应用外加剂的技术，可以减少混凝土的用水量，提高混凝土的强度、密实性、耐久性，应用外加剂的技术可以改善混凝土的和易性，减轻操作工人的劳动强度，实现机械化施工，应用外加剂的技术可以节约水泥，应用外加剂的技术还可以达到早强、速凝、缓凝、引气、防水、阻锈等各种效果。
混凝土外加剂已成为混凝土中除水、水泥、石子、沙子之外的第五种重要组分。
在混凝土外加剂中，目前最引入注目的是高效能减水剂。
高效能减水剂的主要成分是聚烷基丙烯基磺酸盐类以及密胺树脂甲醛缩合磺酸盐类，其基本的化学结构是以r-so3-形式的磺酸盐为主。在我国主要指密胺系和较多使用的萘系混凝土减水剂。其代表性的化学结构式如图所示。
第二节高效能减水剂的基本性能。
减水剂的基本性能主要体现在其对新拌混凝土及已硬化混凝土性能的影响。
一、高效能减水剂对水泥凝结时间的影响。
一般认为大部分高效能减水剂(非指缓凝型和早强型)都会或多或少地延缓水泥的凝结时间。这主要是因为，掺加高效能减水剂的水泥颗粒表面吸附着一层减水剂，加上高效能减水剂加速水泥水化初期（从水化开始起约40分钟）的速度，水化产物增多。界面很快破裂，水化又得以顺利进行；因为高效能减水剂降低表面张力的能力较小，因而克服水泥颗粒表面和水化产物的粘附的能力也较小，界面的破裂比较容易，因此，高效能减水剂对水泥水化的延缓是有限的。
在用水量不变的情况下，当高效能减水剂占水泥重量的掺量<0.5%时，对水泥凝结时间的影响甚微，几乎没有变化。但当高效能减水剂占水泥重量的掺量》0.
5%时，一般会延缓水泥凝结时间2.5~3h。
二、高效能减水剂对混凝土和易性的影响。
混凝土的和易性(workability)定义为混凝土易于运输，浇注和密实成型而不发生分层离析的能力。和易性应包括稠度、塑性、流动性、易密性、稳定性等许多含义。
混凝土的和易性受水泥、骨料、用水量、外加剂的性质及其用量、温度和湿度等许多因素的影响。
由于水泥颗粒吸附高效能减水剂的阴离子，形成漫散双电层，引起ζ电位的变化。测定水泥浆的ζ电位为+9.7mv。
当吸附高效能减水剂后ζ电位变为-l5mv，当高效能减水剂占水泥重量的掺量达1%时，ζ电位可以达到-34.3mv。吸附层的厚度增加使水泥颗粒间的相对滑动更加容易，改变了浆体的流变特性。
掺高效能减水剂的混凝土和易性比掺普通减水剂的混凝土和易性大得多。
掺高效能减水剂的混凝土，其坍落度损失较快的主要原因，可以认为是：
1）由于高效能减水剂的强烈分散作用，加速了水泥初期水化，使整个体系的粘度增加，呈凝聚趋势，尤其在气温较高时，更加明显。
2)随着水泥水化的进行，水化时被分解出来的粒子迅速增加，粒子的粒径约为0.001~0.1m，使水化物的比表面积比水泥颗粒的比表面积有几个数量级的增加，从103增加到l06cm2/g，从而使整个液相中减水剂的浓度逐渐下降，对水泥起分散作用的减水剂浓度不足。
坍落度的损失可以用减水剂的后掺法，减水剂与缓凝剂复合使用等方法来解决。
三、高效能减水剂的减水率和对混凝土强度的影响。
由于高效能减水剂对水泥的强烈分散作用，掺入混凝土后，在保持流动性不变(坍落度基本不变)的情况下，可以大幅度减少混凝土单位用水量。减水率随着减水剂掺量的增加而增加。当减水剂的掺量达水泥重量的0.
5%以后，减水率增加的幅度就小了。
四、高效能减水剂对水泥流动度的影响。
流动度是一种反映水泥工作性能的物理指标，但是我们主要是利用这个指标来观察和反映高效能减水剂对水泥的扩散性能。一般来说流动度值大，减水剂的扩散力强，减水率、强度增长率都高，高效能减水剂占水泥重量的1%时，其流动度值一般都大于240mm。
五、高效能减水剂对混凝土其他性能的影响。
1．对力学性能的影响。
在混凝土中掺入高效能减水剂后，在保持坍落度基本相同的情况下，抗压、抗拉、抗折强度、混凝土与钢筋的粘结力、弹性模量等指标都有不同程度的提高。
用高效能减水剂配制的高强混凝土或普通混凝土，早期强度一般可提高30%~50%，往往3d强度可达28d强度的50%，7d强度可达28d强度的80%左右。后期强度增长也较快，半年强度可增长15%左右，一年强度也仍有增长。
2．对物理性能的影响。
1)对钢筋锈蚀的影响。
高效能减水剂中氯离子含量甚微，减水剂在混凝土中的掺量又很少，因而高效能减水剂引入的氯离子并不比拌合用自来水带入的氧离子量多，故在混凝土中使用高效能减水剂不会引起混凝土中钢筋的氯离子型锈蚀。
水和高效能减水剂中的氧离子总量占水泥重量的0.01293%~0.015%。
根据美国混凝土学会对钢筋混凝土组成材料中氯离子总含量建议值(氯离于占水泥重量的百分数)：预应力混凝土为0. 06%，经常处于潮湿并与氯接触的钢筋混凝土为0.
10%；经常处于潮湿但不与氯接触的钢筋混凝土为0.15%。英国标准bs7075中规定：
“混凝土氯化物总含量，以无水氯化钙计，若超过水泥重量0.1%(相当于氯离子引入量0.06%)，对于某些水泥，当混凝土中埋有金属时存在着潜在的危险。
因此，必须有一些预防措施。”高效能减水剂引入的微量氯离子，远远低于此限值，因此不会引起钢筋的锈蚀。相反，由于高效能减水剂的使用，提高了混凝土的密实性，对钢筋的保护作用更好了。
2)对抗冻性能的影响。
掺加高效能减水剂能使混凝土结构致密，抗冻性能提高。
3)对抗掺性能的影响。
掺有高效能减水剂的混凝土，它的抗掺标号比未掺减水剂的混凝土要提高许多。如未掺时混凝土抗掺标号为6，加入高效能减水剂时，其抗掺标号可达90。
4)对混凝土的徐变的影响。
掺高效能减水剂的混凝土的徐变度，比不加高效能减水剂的混凝土的徐变度要小，徐变系数也小。故用于预应力混凝土时，仍可保留其必要的性能，再加上弹性模量有所提高，预应力损失还会少些。
第三节高效能减水剂对水泥水化过程的影响。
通过对水泥水化不同阶段结合水值的测定(在同样温度、同样水灰比值w/c等条件下)及速度常数k的计算，可以得出减水剂对水泥水化的不同阶段影响是不同的。一般可以分为三个阶段，即水化初期，水化早期，水化中后期。
(一)水化初期减水剂加速了水化速度。
水化初期，即从水化开始到约40分钟这一段时间内，水化初期结合水值与时间可以用数理统计得出下列的函数关系：y=a+blgt
式中， y-结合水值，%；t-时间，小时；a、b-常数，与试验条件，水泥品种及减水剂的分子结构等有关。
上式对t求导；
v=dy/df=b1ge =k
对于掺与不掺减水剂的不同a、b值则有：
v0=0.115
v减=0.217
掺有高效能减水剂的k减=0.217大于未掺减水剂的k0=0.115，所以掺加高效能减水剂后提高了水泥初期的水化速度。
从上式可以看出，水化是以极大的初速度开始的，以后逐渐减慢。此速度公式与溶解~结晶速度公式相似。这说明水泥水化反应初期，仍然是以水泥颗粒的溶解和水化物的结晶控制整个反应速度的，一小时后，随着溶液饱和程度增大，反应速度逐渐减慢，到一个固定值，从而使反应转入第二阶段。
高效能减水剂提高水泥水化初期速度，主要是因为减水剂的分散作用使水泥与水的接触面积大大增加，使其饱和溶解度增大，加上高效能减水剂中许多极性基团-so3-，-oh-，-coo-等能以配价键的形式与一些金属离子生成配位络合物，从而使液相中离子浓度降低，这将导致溶解度加大，使反应速度加快。
二)水化早期减水剂减慢水化速度。
从水泥水化40分钟到6小时这段时间的结合水值的测定可以得出下列关系式：
y=a+bt 式中，y-结合水值，%；t-时间，小时； a、b-系数。
上式对t求导：v=yt’=b
代入不同b值：
v0=0.17
v减=0.12
这表明，此期间的水化速度为—常数。这是一个中间阶段，从第一阶段以“溶解—水化—结晶”反应为主的阶段逐渐向以完全受扩散控制的第三阶段过渡。
高效能减水剂加速了水泥初期水化，使水化产物增多，水化物膜增厚，使反应物穿透速度降低，加上络合，氢键等作用，因而减慢了早期水化速度。
三)减水剂减慢了水泥中后期水化速度。
水泥水化中、后期是以固相反应方式进行的，其水化速度主要取决于水分通过反应物的扩散速度，jander曾提出水泥水化反应动力学方程式如下：
x2=kt，
式中，x-反应产物层厚度， t-反应经历的时间， k-系数。
但x值不易测得，可以用参加反应部分的体积表示：
x=r(1-)
式中，r——颗粒半径； y——已发生反应部分体积。
令a=，a为水化程度，则：x2=r2(1-)2
代入x2=kt1-)2=t =k't
从结合水值求出k'值，可见18小时以后k'值基本为一常数：加入减水剂后的k'减值小于不加减水剂时的k0'值；
k0'=3.14×10-4
k'减=2.73×10-4
说明减水剂减慢了水泥中后期的水化速度。这可能是因为减水剂形成络化物影响反应物参加反应，减水剂所形成的膜也妨碍水化反应；减水剂对水分子的缔合作用将影响水分子的运动等原因而导致的。
第四节高效能减水剂与表面张力。
高效能减水剂水溶液的表面张力对高效能减水剂的萘核数、扩散性、消泡性以及对掺有这种减水剂的水泥浆的流动性和混凝土的强度都有很好的对应关系。在衡量高效能减水剂的性能方面，表面张力又是一个可靠、直观又易于测定的指标。
一)高效能减水剂的表面张力
分散度越高的物系表面自由能越大。水泥浆的表面自由能很大，所以它是一种聚结极不稳定的体系。根据最小自由能原理，它有自发凝结成大颗粒的趋势。
这反过来又引起动力不稳定，进一步促使水泥凝聚、混凝土和易性变差。加入高效能减水剂后能极大地改善水泥的分散性。原因之一是由于高效能减水剂溶于水中，它和水分子的作用力小于水分子间本身的作用力，而在液体表面上形成一种定向的排列，减少了水和空气的接触面，降低了水的表面张力，同时也降低了固液界面的自由能。
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