混凝土外加劑研究與制備

尚孝振

（鐵正檢測科技有限公司，濟(jì)南 250000）

1 外加劑的品種分類及基本組成

外加劑是指在拌制混凝土的過程中摻入用以改善混凝土性能的物質(zhì)，摻量一般不大于膠凝材料總量的5%。但由于外加劑對混凝土工作性能影響顯著，因此，根據(jù)原材料狀況合理確定外加劑配方對混凝土施工極為重要。外加劑按主要功能分為4 類[1]，分別為：

1）改善混凝土拌和物和易性的外加劑；

2）調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑；

3）改善混凝土耐久性的外加劑；

4）改善混凝土其他性能的外加劑。

外加劑主要有減水母液、緩釋母液、緩凝劑、引氣劑、消泡劑、調(diào)整膠凝材料助劑、調(diào)整骨料助劑等材料組成，具體如下。

1）減水母液：主要有木質(zhì)素類、萘系、脂肪族、聚羧酸系等母液。高性能聚羧酸減水母液又有低減水型、高減水劑型和常規(guī)減水型。高減水型母液適用于含泥含粉較高的材料，低減水型母液適用于材料較好的混凝土，常規(guī)母液一般通用。

2）緩釋母液：就是通常說的保坍母液，根據(jù)釋放時(shí)間的不同又分為各種型號，比如，中建材中巖科技有限公司的SR-1母液、SR-3 母液。

3）緩凝劑：主要有葡萄糖、蔗糖、糖蜜、糖鈣等糖類化合物；檸檬酸鈉、酒石酸鈉、葡萄糖酸鈉等羥基羧酸鹽類；氨基三甲叉膦酸等有機(jī)磷酸及其鹽類；三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等磷酸鹽類、氟硅酸鈉等無機(jī)鹽類[2]。需注意：緩凝劑可分為酸性緩凝劑——氨基三甲叉膦酸等；中性緩凝劑——葡萄糖酸鈉、白糖等；堿性緩凝劑——三聚磷酸鈉、多聚磷酸鈉等?？筛鶕?jù)水泥的酸堿度來選擇合適的緩凝劑，現(xiàn)在的水泥成分十分復(fù)雜，通用葡萄糖酸鈉已經(jīng)明顯不合適了。

4）引氣劑：主要有松香皂等松香樹脂類；十二烷基硫酸鈉（K12）；α-烯基磺酸鈉（AOS）。目前使用較多的為進(jìn)口產(chǎn)品，如日本竹本引氣劑和德國德固賽、克萊恩等產(chǎn)品。

5）調(diào)整膠凝材料助劑：補(bǔ)硫助劑——硫代硫酸鈉；補(bǔ)堿助劑——碳酸鈉、堿性緩凝劑。

2 水泥混凝土原材料對減水劑性能的影響

2.1 水泥礦物對減水劑的影響

1）鋁酸三鈣：吸附減水劑最快，水化速度最快，含量在4%～6%時(shí)，混凝土和易性較好，低于4%時(shí)，可以在減水劑復(fù)配時(shí)加入硫酸鋁來平衡水泥中的鋁酸三鈣，來提高強(qiáng)度或縮短凝結(jié)時(shí)間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鋁酸三鈣和硅酸三鈣達(dá)到以下2 個(gè)條件，水泥一般能滿足施工要求：（1）C3A 不大于8%；（2）C3A+C3S總量不大于65%。

2）堿含量：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥堿含量應(yīng)小于0.8%，即使堿含量＜0.8%也會(huì)導(dǎo)致水泥與減水劑的適應(yīng)性差。水泥的堿含量＞0.6%，一般需要在減水劑中復(fù)配加入檸檬酸鈉。

3）三氧化硫：水泥中三氧化硫的含量在2%左右時(shí)較為合理，規(guī)范中要求≤3.5%，缺硫水泥摻入減水劑試拌混凝土，由于水泥中的三氧化硫含量不足，抑制水泥熟料中C3A 的水化效果，混凝土流動(dòng)性差。單純地提高減水劑用量雖然有一定的效果，但更會(huì)增大混凝土泌水，凝結(jié)時(shí)間、坍落度損失很快，即使將緩凝組分用量成倍增加也無明顯改善，可在減水劑中加入硫代硫酸鈉予以解決。

2.2 水泥摻合料對減水劑的影響

目前，水泥混凝土中主要使用的礦物摻合料為礦渣粉、粉煤灰及石灰石粉，硅灰一般很少使用。礦渣粉及石灰石粉容易引起混凝土泌水，粉煤灰黏度低，能明顯改善混凝土的工作性能，且具有一定的緩凝作用；當(dāng)使用礦渣粉或石灰石粉時(shí)，應(yīng)考慮在減水劑中復(fù)配加入增稠保水組分防止泌水。粉煤灰質(zhì)量混亂，“脫硫脫硝灰”“浮黑灰”“假灰”已成為水泥混凝土行業(yè)的一大害，有的燒失量指標(biāo)檢測不合格，含有大量的助燃油脂，產(chǎn)生不可控制的消泡效應(yīng)，大幅增加混凝土的泌水概率，對此應(yīng)該采取排除法，同時(shí)試拌純水泥混凝土進(jìn)行對比，并建議更換問題粉煤灰，靠減水劑來解決此問題，成本高且質(zhì)量隱患極大。

2.3 砂對減水劑的影響

2.3.1 含泥量

含泥量較大的砂子，在拌制混凝土?xí)r會(huì)嚴(yán)重吸附減水劑，影響減水率。目前，市場上用到的抗泥劑主要就是焦亞硫酸鈉或者亞硫酸氫鈉，二者在每噸成品減水劑中的極限摻量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為100 kg。

2.3.2 砂子級配

砂子的粗細(xì)程度決定了水泥混凝土中砂率的大??；砂子級配不好，會(huì)給混凝土的和易性帶來很大的影響，主要體現(xiàn)在0.3mm 及0.075 mm 以下的顆粒含量，0.3 mm 以下的通過率小于15%時(shí)，一般要加大砂率進(jìn)行解決，當(dāng)0.075 mm 以下的顆粒極少時(shí)，靠增大砂率是沒有用的，要通過在減水劑中增加增稠保水及黏度調(diào)節(jié)組分進(jìn)行解決，或使用低減水母液來進(jìn)行處理。

2.3.3 風(fēng)化程度

風(fēng)化砂由于密度較小，孔隙率較大，對水及外加劑的吸附能力較強(qiáng)，影響減水率，可復(fù)配焦亞硫酸鈉或者亞硫酸氫鈉予以解決，極限摻量100 kg。

2.3.4 含絮凝劑的砂子

把砂子放入水中快速攪拌渾濁，觀察其澄清的快慢程度進(jìn)行判斷，若是澄清很快基本可以判斷存在絮凝劑，建議不使用含絮凝劑的砂子。靠減水劑來解決絮凝劑問題成本很高，沒有任何意義。

3 減水劑的復(fù)配應(yīng)用

3.1 復(fù)配原則

通過將緩釋劑、緩凝劑、引氣劑及其他助劑與減水劑有機(jī)結(jié)合，使減水劑具有一定的減水率、坍落度保持能力、較低的壓力泌水和一定的引氣性能。

3.2 減水劑配方確定方法及步驟

3.2.1 減水劑含固量計(jì)算法

1）減水母液：如HL-700 型母液，理論含固量40%，在每噸成品減水劑中每增加25 kg 母液即增加1%的含固量。

2）緩釋母液：緩釋母液有2 種：SR-1 和SR-3。SR-3 既有減水功能又有保坍功能，減水率和HL-700 相差不多，保坍性能主要作用在水泥混凝土拌和后3h 之內(nèi)，屬于前段釋放；SR-1 自身減水率很小，但和HL-700 減水母液復(fù)配有明顯的減水效果，其保坍性能在水泥混凝土拌和后3 h 之后開始發(fā)揮，屬于后段釋放。SR-3 母液理論含固量50%；SR-1 母液理論含固量40%。

3）緩凝劑：常用葡萄糖酸鈉和白糖，此類固體材料在每噸成品減水劑中每增加10 kg 增加1%的含固量。葡萄糖酸鈉的用量跟環(huán)境溫度相關(guān)，經(jīng)驗(yàn)做法是環(huán)境溫度1 ℃使用1 kg 葡鈉，比如環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)加20 kg 的葡萄糖酸鈉。白糖有增黏作用，只有在溫度很高或混凝土發(fā)散時(shí)用。

4）引氣劑等其他助劑：由于用量很低，含固量可以忽略不計(jì)。

5）經(jīng)驗(yàn)配方的選用：南方項(xiàng)目成品減水劑含固量一般在12%～18%，北方項(xiàng)目成品減水劑含固量一般在18%～25%，具體可根據(jù)砂子的含泥情況選定。葡萄糖酸鈉的用量直接根據(jù)環(huán)境溫度確定；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，SR-3 緩釋母液的用量一般不超過80 kg/t，SR-1 緩釋母液的用量一般不超過40 kg/t，竹本引氣劑2 kg/t，竹本消泡劑0.2 kg/t（一般為引氣劑的10%），再根據(jù)剩余含固量折算HL-700 減水母液用量，剩余量用水補(bǔ)齊，其他助劑暫且不加。

擬選用20%的含固量進(jìn)行試配，環(huán)境溫度20 ℃，計(jì)算過程如下。

1）緩凝劑：葡萄糖酸鈉直接選用20 kg，帶入每噸成品減水劑中2%的含固量。

2）緩釋母液：SR-1 選用40 kg，帶入每噸成品減水劑中1.6%的含固量，SR-3 選用80 kg，帶入每噸成品減水劑中4%的含固量。

3）減水母液：HL-700 母液的用量通過剩余含固量=20－2－1.6－4=12.4 進(jìn)行計(jì)算：12.4×25=310 kg。

4）引氣劑：竹本引氣劑2 kg。

5）消泡劑：竹本消泡劑0.2 kg。

6）水：1000－360－80－40－20－2－0.2=547.8 kg。

最終得出每噸減水劑配方如下：

HL-700∶SR-3∶SR-1∶葡萄糖酸鈉∶引氣劑∶消泡劑∶水=360∶80∶40∶20∶2∶0.2∶547.8。

3.2.2 傳統(tǒng)方法確定減水劑配方

不做水泥凈漿或水泥膠砂試驗(yàn)，不用考察原材料的各種指標(biāo)，直接按經(jīng)驗(yàn)配方進(jìn)行試拌。根據(jù)試拌情況再進(jìn)行調(diào)整。緩凝組分只知葡萄糖酸鈉和白糖，出現(xiàn)異常情況時(shí)，加堿或者加硫、加保水，輪番嘗試。

3.2.3 先診斷后試拌確定減水劑配方

對水泥pH，水泥組分通過水泥廠或委外檢測報(bào)告掌握真實(shí)數(shù)據(jù)，對癥下藥調(diào)整外加劑配方，在解決掉減水劑與水泥的適應(yīng)性問題后，進(jìn)行水泥混凝土試驗(yàn)。首先，在試拌過程根據(jù)水泥混凝土拌和物狀態(tài)，分析砂、石料的質(zhì)量對混凝土的影響，確定最佳砂率及碎石級配；然后，再根據(jù)含氣量檢測結(jié)果及混凝土和易性確定引氣組分及其他組分的用量。驗(yàn)證及調(diào)整過程，按確定好的減水劑配方配制好成品減水劑進(jìn)行混凝土試拌驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果確定是否需要進(jìn)行調(diào)整，直到確定出最終減水劑配方。

3.2.4 減水劑配方試拌

用試驗(yàn)室提供的混凝土配合比進(jìn)行試拌，試拌數(shù)量應(yīng)大于15 L；對混凝土拌和物的坍落度、重度、含氣量等指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)[3]，并觀察保坍時(shí)間，根據(jù)檢測結(jié)果對減水劑配方進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。比如：含氣量不夠，增加引氣劑的用量；坍落度不夠，調(diào)整減水母液的用量；保坍時(shí)間不夠，調(diào)整緩釋母液的用量等。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，再根據(jù)上述各種混凝土原材料對減水劑的影響進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整，比如：泌水嚴(yán)重時(shí)，首先考慮是否減水率過大，降低減水母液的用量進(jìn)行再次試拌驗(yàn)證，如果出現(xiàn)減水母液少了混凝土不流動(dòng)，多了就泌水的現(xiàn)象，就要考慮減水劑和水泥的相容性等問題，可通過添加調(diào)整膠凝材料的助劑來進(jìn)行解決；如果出現(xiàn)混凝土拌和物包裹性不好，首先要考慮砂率是否合適、碎石級配是否合理，然后再考慮在減水劑中增添調(diào)整砂石骨料的助劑，如增稠劑等來進(jìn)行解決?？傊?，要針對混凝土拌和物的實(shí)際狀態(tài)采取相應(yīng)的解決方案，直到達(dá)到滿意的結(jié)果。

3.2.5 減水劑上機(jī)驗(yàn)證

在正式確定外加劑配方之前，必須要在拌和站上機(jī)試拌進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)際工作中考慮到試驗(yàn)室攪拌機(jī)與拌和站機(jī)組的拌和功率的不同，一般用試驗(yàn)室確定的減水劑配方用量乘以0.8～0.9 的系數(shù)進(jìn)行試拌，根據(jù)試拌情況調(diào)整出最終外加劑配方。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)方法適用于各種原材料較正常的情況，優(yōu)點(diǎn)是不需要過多了解水泥等材料的內(nèi)在組成情況，在正常情況下，工作效率較高，確定配方速度較快。缺點(diǎn)是試拌遇到異常情況時(shí)，要做大量的混凝土試拌，費(fèi)物費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。先診斷后試拌確定法先了解水泥等材料自身特性，直接確定減水劑各組分的適應(yīng)品種類型，再根據(jù)水泥凈漿或水泥膠砂試驗(yàn)解決水泥和減水劑適應(yīng)性及減水母液和保坍母液的最佳比例用量問題，最后再加入骨料進(jìn)行混凝土試拌、調(diào)整。優(yōu)點(diǎn)是直接對癥下藥，省力省時(shí)；缺點(diǎn)是從水泥廠家很難得到真實(shí)的檢測數(shù)據(jù)，因此據(jù)實(shí)際情況，對這2 種方法有機(jī)結(jié)合，對于確定外加劑生產(chǎn)配方，效果更明顯。