混凝土外加剂适应性研究

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摘 要：水泥与外加剂的适应性始终是影响商品混凝土发展的重要因素，国内70%以上的混凝土质量事故是因外加剂适应性造成的。本文主要分析了水泥外加剂适应性，并就萘系和聚羧酸两种常用到的外加剂的特点进行了探讨。

关键词：混凝土；外加剂；适应性；萘系；聚羧酸

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

随着社会经济的迅速发展，我国基础性工程发展越来越成熟，混凝土在众多水利水电、高铁、桥梁、隧道、地铁工程中都占有很大比重，其中掺加的外加剂，直接影响混凝土的外观质量、抗压强度、抗渗抗冻性能、耐久性及使用寿命。当前的高效外加剂比起传统的在减水率、保坍性和后期强度方面表现的优势更明显。目前我国在聚羧酸系和萘系等新品种外加剂方面均开展研究工作。

一、水泥外加剂适应性

外加剂均是表面活性剂，水泥厂最重视的是外加剂的分散作用，最大限度的降低单位混凝土用水量，使混凝土保持良好的稳定性、流动性和高强度。水泥跟水会产生水化反应，搅拌使得水泥分散成碎片，但却不稳定，尤其是过粉磨的小粒径粒子极易絮凝，导致絮凝水泥粒子团中包裹大量的游离水。水泥的持水量会关系到水泥的物理、化学性质、矿物组成及分散度，在水泥持水量方面不同厂家会有所不同，持水量会直接影响到水泥混凝土用水量，这就是各厂家水泥的使用特点。外加剂的分散作用增强了水泥凝聚体的分散度，使吸附水、游离水和结合水比例发生变化，使水泥浆增强流动性和稳定性，主要反应原理为：

在固一液界面产生吸附，降低颗粒表面能，使水泥分散体的热力学不稳定性降低，获得相对稳定。

增大水泥粒子表面的动电电位，从而增大粒子之间的静电排斥，破坏了水泥粒子的絮凝结构。

吸附在粒子表面的外加剂形成熔剂化膜，阻止凝聚结构的形成。

由于在水泥粒子表面形成吸附层，产生对水泥初期水化的抑制作用，提高了游离水和水泥浆的流动性。

引入稳定均匀的微小气泡，减少水泥粒子之间的摩擦，以提高水泥浆的分散性和稳定性。水泥分散体系是固一液分散体系，同时伴随着水泥水化过程和相变过程，随着水化的进行，液体量减少，固相量增大。逐渐失去流动性，在运输及泵运过程中保持一定的流动性，满足施工要求。

各水泥厂的水泥因为持水量和水化速度不同，各有特点，在适应性上也有很大区别。为了优化水泥用水量，在生产水泥时可加入适当表面活性剂(即助磨剂)来解决。

二、聚羧酸外加剂的特点

（一）化学组成决定了良好的性质

聚羧酸减水剂的减水性能与所选聚合单体的种类及个嵌段链节的组成有关，这种用自由基溶液聚合制备的聚合物电解质，在掺量很小（0.1%～0.2%）的条件下就可产生较大的分散效果，并具有优良的缓凝、早强或保坍作用。聚合物侧链上的乙氧基链节有时也被称为接投链，这种结构特征，对减水剂和抑制坍落度损失都有很大的影响。

聚羧酸系减水剂在水泥颗粒表面的吸附量较小，但由于其带有许多支链，可以产生共间位阻效应，因而掺量很低时就可实现较好的阻化效果、支链的存在以齿形的吸附方式，使得初始的水泥水化产物较难将减水剂分子吸附层覆盖，因而，该减水剂在水泥颗粒表面有效作用时间具有掺量低、坍落度保持性好、与水泥适应性较好的特点，是配制低水较比、高强、高耐久性混凝土的首选。

（二）高减水性、高保塑性

聚羧酸系高性能减水剂是配置无振捣自密实高性能混凝土和高强高性能混凝土的首选外加剂。混凝土配合比设计参数变化较大，性能得到显著改善，可以保持混凝土的工作性和高流动性的条件下，使混凝土的水灰比降到最低。在同水灰比同减水剂掺量的情况下，聚羧酸系高性能减水剂和萘系高效减水剂相比，聚羧酸系减水剂对水泥有较好的分散性，能较为显著地改善水泥浆体的流动性。聚羧酸系高性能减水剂在有效掺量之间，1小时后水泥浆体的流动度大于250mm，1小时的流动度损失约在10%之内，保塑性优良。

（三）聚羧酸高性能减水剂超掺量的问题

由于聚羧酸系高性能减水剂具有高减水率低掺量的特点，当配制聚羧酸系高性能减水剂混凝土时，应严格按照试配后的最低掺量和用水量进行计算，并要求计量设备和计量精度必须准确和灵敏。否则，当聚羧酸系高性能减水剂超掺量时，会产生离析、泌水、或含气量过大等不良现象。聚羧酸系高性能减水剂在一定掺量时水泥浆体流动度出现下降趋势，表明减水效果有一个极限值，超过其极限值时，水泥的流动性降低，减水效果变差。

三、萘系外加剂的特点

随着科技的发展，对于经常用于建筑的混凝土性能有了更高的要求，于是，具有高强度、高流动性和高耐久性的高性能混凝土便应运而生。而混凝土外加剂，特别是高效减水剂，成为了高性能混凝土的必备添加剂。萘系高效减水剂的应用，使得高强度和高流动性混凝土成为混凝土发展史上的第三次重大革命。当前，世界上应用最多的高效减水剂还是萘系减水剂。在我国，萘系减水剂占到减水剂用量的70％以上。萘系外加剂减水率高(15％～25％)、不引气、受凝结时间的影响小、与水泥适应性较好，可以跟其他各种外加剂复合使用，成本也较低，生产工艺也比较成熟。萘系减水剂是以工业萘(或用精萘)为原料，经过磺化、水解、缩合、中和等工序，得到最终的减水剂产品。

（一）萘系高效减水剂的分类

萘磺酸盐甲醛缩合物，简称萘系减水剂，根据其产品中Na2SO4含量的高低，可分为高浓型产品﹙Na2SO4含量＜3%﹚、中浓产品﹙Na2SO4含量3%～10%﹚、低浓产品﹙Na2SO4含量＞10%﹚。目前大多数萘系高效减水剂合成厂都具备将Na2SO4含量控制在3%以下的能力，有些先进企业甚至可将其控制在0.4%以下。该类型高效减水剂的减水率较高（15%～25%），基本上不影响混凝土的凝结时间，引气量低（＜2%），提高混凝土强度效果较明显。

（二）萘系高效减水剂的临界掺量

萘系减水剂优点之一是掺入高效减水剂的水泥浆体，有一个临界掺量，超过这一掺量继续掺加时，水泥浆体的流动性和混凝土的初始坍落度不再增加，这一点称为饱和点，此时外加剂掺量称为饱和掺量，在外加剂和水泥适应性很好的情况下，在饱和点上增加减水剂掺量，可以在长时间内保持大坍落度。

（三）萘系高效减水剂的缺点

萘系减水剂的缺点之一是与水泥掺合料的适应性问题，这与减水剂本身的磺化程度、聚合度、中和离子的种类、Na2SO4含量掺和时的状态、掺量、掺加方法，以及水泥/掺合料的化学成分、矿物组成、碱含量、石膏形态及与铝酸盐比例、细度等因素有关。

缺点之二是掺加后混凝土坍落度损失较快，所以，在商品混凝土中使用的一般要同时复合缓凝、引气等组分进行改性，得到所谓的泵送剂产品。

四、外加剂选择

添加外加剂时，一定要考虑多方面因素，就具体情况选择具体的的外加剂种类。

应首先根据混凝土及施工条件的要求，选择合适的减水剂品种；

坍落度较小的非泵送混凝土，或者对施工技术要求不高的混凝土，施工时应优先选取萘系高效减水剂；

高强、高标号混凝土配制时，若使用萘系减水剂，需复配其他组分的外加剂，否则很难满足施工及耐久性的要求；

自密实、高流动性混凝土，或其他对碱含量控制指标较高的混凝土的配制，应优先采用聚羧酸高性能减水剂；

高强度、高抗冻性、高抗渗性、高耐久性的混凝土工程中，应优先采用聚羧酸高性能减水剂。

参考文献：

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