復配外加劑性價比研究

陸士強，徐友娟，胡華強，李華威，朱玲

（江蘇匯迪建材有限公司，江蘇 常州 213176）

1 問題的由來

在使用外加劑的工程實踐中，人們已逐漸認識到了使用單一品種或單一組分外加劑的局限性。試驗表明，復合外加劑具有良好的復合效應，使它同時滿足多功能要求成為可能。本研究就是針對高性能混凝土發展的要求，通過復配試驗，優化出一種性能優良、適用性強、價格低廉的混凝土高性能外加劑。

近年來，國內常用的高效減水劑從總產量來看，約80%是萘系減水劑，全國年產量為80～100萬噸左右（2005年我國高效減水劑產量達到了110萬噸，位居世界第一，其中，萘系高效減水劑產量約93.5萬噸，占85%），其次是脂肪族類、氨基磺酸鹽系、聚羧酸鹽高性能減水劑和三聚氰胺系。

聚羧酸鹽系高效減水劑的出現和推廣應用是外加劑發展史上的一個重要飛躍，也是對其它外加劑生存的一個挑戰。但由于各種外加劑都有自己的特點和性能，故聚羧酸鹽高性能減水劑和其它各種高效減水劑在相當長的時期內將共存發展，并在共存發展中不斷完善和提高其性能要求。而綜合性價比最佳的減水劑將在市場中勝出。

本研究還從生產實用的角度出發，采用標準稠度水泥凈漿、固定水灰比水泥凈漿及混凝土拌合物（略），分別測試了萘系、氨基磺酸鹽和脂肪族三種高效減水劑對三聚磷酸鈉、糖鈣、葡萄糖酸鈉三種緩凝劑緩凝效果的影響，并對其規律進行了分析。

2 復配外加劑性價比試驗

2.1 研究方法

由于本文研究內容是減水劑與水泥適應性問題，希望能在拌合物的流動度及減水劑與水泥的適應性之間建立關聯。若采用膠砂流動度試驗、混凝土坍落度試驗、混凝土坍落度損失試驗等非凈漿試驗，則骨料特征勢必會對水泥漿的流動性能造成干擾，使結果波動大。為排除骨料對試驗目的的干擾，本文選擇水泥凈漿流動度試驗作為檢驗減水劑與水泥適應性的主要試驗方法，通過測定水泥凈漿流動度，研究減水劑對水泥凈漿初始流動度（及經時損失）的影響。

測定水泥凈漿流動度（及經時損失），能簡捷、有效地鑒別各類減水劑的使用性能，其測值是鑒別減水劑質量優良劣的金指標，處在生產一線的預拌混凝土企業試驗室主任常采用這一方法。

2.2 試驗內容和目的

依據GB/T 8077—2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》標準，通過外加劑的復配→水泥凈漿試驗→留漿測半小時流動度→測一小時流動度→確定最佳性價比配方，分別研究氨基磺酸鹽、脂肪族、萘系三種單一外加劑與水泥的適應性、復合外加劑與水泥的適應性以及單一外加劑-緩凝劑組合、復合外加劑-緩凝劑組合與水泥的適應性。

2.3 材料

（1）水泥：基準水泥、海螺牌水泥；（2）緩凝劑；三聚磷酸鈉(SJ)，葡萄糖酸鈉（PT），糖鈣（TG）；（3）液體外加劑（母液）：氨基磺酸、脂肪族、萘系(后面簡稱AJ、ZF、NX)；

（4）復合減水劑（江蘇匯迪生產）：氨基磺酸+脂肪族、氨基磺酸+萘系、脂肪族+萘系；

（5）試驗環境：溫度23℃±2℃，相對濕度70% 。

圖1 母液凈漿流動度曲線圖

表1 母液基本性能及母液凈漿流動度測試結果(基準水泥)

由圖1、表1可知，摻AJ的初始凈漿流動度大，60min后的流動度損失小，故AJ與水泥的適應性好。為尋求性價比更好的復合減水劑，選用基準水泥和普通P·O 42.5級海螺牌水泥二種水泥進行對比，其特點是外加劑的摻量不同，但用量的價格相同。結果見表2、表3和表4。

表2 NX-AJ系列復合減水劑性價比試驗方案表(基準水泥和海螺牌水泥)

表3 NX-ZF系列復合減水劑性價比試驗方案表(基準水泥和海螺牌水泥)

表4 AJ-ZF系列復合減水劑性價比試驗方案表(基準水泥和海螺牌水泥)

由表2、表3、表4可看出，在不摻緩凝劑的情況下，用海螺水泥做兩種外加劑不同比例復配的對比實驗，復配比例在1:1或2:3時，其凈漿流動度達到最大值并且經時損失最小。將此優化組選出并與緩凝劑復配做對比，試驗數據如表5。

2.4 試驗分析

由于基準水泥的適應性好，初始水泥凈漿流動度很大，多在280mm以上，且伴有嚴重的泌水現象，無法對其進行比較，故換水泥重新做。但可以得出：在等價摻量的情況下，單獨使用一種減水劑時，氨基磺酸鹽高效減水劑經時損失最大，脂肪族高效減水劑經時損失最小，復配后摻有脂肪族高效減水劑的水泥凈漿經時失損比不摻脂肪族高效減水劑的經時損失小。

用海螺牌水泥進行試驗時：

表2中，序號6水泥凈漿達到峰值，其經時損失最小；

表3中，序號5、6、7、8的水泥凈漿達到最高值，序號5、6的經時損失最小；

表4中，序號6、7的水泥凈漿達最大值，經時損失也最小。

表5 復合減水劑-緩凝劑-水泥適應性試驗（海螺水泥）

3 結果與討論

高效減水劑一般都是高分子聚合物電解質，其結構式特點為在高分子主鏈上帶有一些活性基團，主要是磺酸基及其鹽類。然后將這些磺化單體縮聚成一定分子量的大分子。

為找出最佳性價比的外加劑復配方案，即如何使復配成本減少到最低，并且還具有良好的適應性和較高的減水率，我們根據已有經驗，分別對氨基磺酸+脂肪族、萘系+脂肪族和萘系+氨基磺酸三大類外加劑進行復配方案試驗，其特點是外加劑的摻量不同，但用量的價格相同。

試驗證明：復配后的混凝土高性能外加劑性能不僅滿足緩凝高效減水劑的強制性國家標準一等品的技術要求，而且遠遠超過了混凝土泵送劑行業標準一等品的技術要求，同時防水性能達到了混凝土防水劑行業標準一等品的技術要求；和其它高效減水劑相比，不僅摻量小、減水率與擴散度高、混凝土拌合物泌水率小、坍落度經時損失小，而且硬化混凝土抗壓強度、抗滲性能、抗凍融性能均大幅度提高，可以明顯改善混凝土的耐久性；對水泥具有很好的適應性；適合配制高性能混凝土；與膨脹劑配合使用可以配制大坍落度自密實無收縮泵送混凝土。

在基準水泥改為攪拌站實際應用的海螺牌水泥后，復配外加劑和單一減水劑的適應性差異明顯地顯示出來了，復配的效果比單一的要好。不同水泥的結果完全不同，其一是水泥的組分差異；再者是復配外加劑組分不同對水泥的適應性。因此，外加劑生產企業要經常對攪拌站實際應用的水泥做外加劑適應性試驗，以滿足預拌混凝土企業生產需要。

脂肪族減水劑有更小的流動度經時損失,是因為減水劑分子的側鏈長度增大, 減水劑在水泥粒子表面具有更高的吸附作用力和吸附保持能力。

摻萘系減水劑的水泥漿體，具有較高的ξ電位值，因而其分散性能好。但隨著水化的繼續進行，吸附在水泥顆粒表面的高效減水劑的量將大大減少，從而導致體系的ξ電位值迅速降低，靜電斥力被范德華引力所代替，水泥漿開始凝聚，便產生了摻萘系減水劑的混凝土坍落度經時損失問題。

氨基磺酸鹽系對摻量過于敏感，摻量低則效果不明顯，摻量高則離析泌水，在混凝土施工過程中很難掌握。

通過以上分析，可以得出，摻脂肪族的復配外加劑性價比高。原因：

（1）脂肪族磺酸鹽高效減水劑是近年發展起來的一種非萘系高效減水劑，因其具有原材料來源廣泛，合成工藝簡單，減水率高，無污染、性價比好等一系列優點，在工程中的應用越來越廣泛。

（2）脂肪族高效減水劑憑其便宜的價格等一系列優點必將在減水劑市場中占有相當的份額。從分子結構上看，脂肪族高效減水劑具有高效減水劑所需要的基團，并具有高性能減水劑所需要的梳狀結構，具有很好的減水效果。

（3）根據脂肪族高效減水劑的分子結構和合成反應機理，應采用三段甲醛添加工藝進行合成。試驗證明，利用該工藝可合成出凈漿流動度數達260mm、減水率在25%以上的脂肪族高效減水劑。該工藝克服了傳統合成工藝的一些缺點，具有合成方法簡單、產品性能好、適于工業化生產等特點，對脂肪族高效減水劑的進一步推廣應用具有重要的指導意義。

（4）脂肪族磺酸鹽高效減水劑，減水率高，強度增長快，生產工藝簡單，對環境無污染。脂肪族磺酸鹽高效減水劑的減水分散效果優于傳統的萘系高效減水劑，與水泥的適應能力強，可用于制備各種強度等級的泵送混凝土、高強混凝土和自密實免振混凝土。

4 結論

（1）萘系與氨基磺酸鹽復配、萘系與脂肪族復配和氨基磺酸鹽與脂肪族復配的外加劑，在摻量、減水率、保坍性及泌水率、水泥適應性等方面要明顯優于單一外加劑；

（2）摻有脂肪族減水劑的復配外加劑比不摻脂肪族減水劑的復配外加劑性價比高；

（3）AJ-ZF(50%:50%)、NX-ZF(40%:60%)和 NX -AJ (50%:50%)在研究的復配外加劑中性價比最高。

5 預測前景

由于復配外加劑性價比優勢明顯，本企業生產的復配外加劑已在總計超過2000萬m3混凝土中使用，涵蓋了橋梁、柱、剪力墻、頂板、大體積底板、路面等多種結構部位，其性能要求亦各異，其中有不少是國家重點工程、五星級賓館、城市標志性建筑物，強度等級范圍包括C20～C60，所有工程應用均達到設計要求，受到用戶的好評。

隨著復配外加劑在高速鐵路行業的大規模應用，以及其使用經驗的不斷積累，相信在未來的幾年內，復配外加劑會迅速的進入預拌混凝土攪拌站、市政建設等一系列基礎工程中。同時，由于復配外加劑合成原料的逐步國產化，所以復配外加劑的成本有望進一步降低。從發展趨勢看，我國混凝土外加劑行業將經歷一個以萘系為主導、其他類型外加劑為輔助的階段，逐步發展到萘系、復配外加劑、聚羧酸系并重的階段，萘系減水劑將被大規模替代。