特別策劃：混凝土外加劑“助劑”

謝大銀（科之杰新材料集團（貴州）有限公司，技術工程師）

高國成（威海冠宏商品混凝土有限公司，工程師）

本刊評論員

隨著外加劑研發技術的提升和混凝土及原材料對外加劑要求的不斷提高，外加劑大家庭近些年新增了不少新成員。各種混凝土外加劑的應用改善了新拌和硬化混凝土性能，促進了混凝土新技術的發展，促進了工業副產品在膠凝材料系統中更多的應用，還有助于節約資源和環境保護，已經逐步成為優質混凝土必不可少的材料。

混凝土外加劑按主要使用功能分為以下四類：一是改善混凝土拌合物流變性能的外加劑，包括各種減水劑和泵送劑等；二是調節混凝土凝結時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、促凝劑及速凝劑等；三是改善混凝土耐久性能的外加劑，包括引氣劑、防水劑、阻銹劑等；四是改善混凝土其他性能的外加劑，包括膨脹劑、防凍劑等。

近些年，外加劑相關標準也不斷豐富和完善，新的外加劑名稱和品種也不斷涌現，如減膠劑、增效劑，還有管樁用外加劑、預制混凝土用外加劑、透水混凝土用外加劑、植生混凝土外加劑等，新名稱層出不窮、五花八門。

針對上述問題，談一下本人的看法。

一、支持技術創新，外加劑今后發展方向應具備多功能性和滿足特殊性能。外加劑發展方向應追隨混凝土技術的方向而前進，混凝土從之前更多注重安全性（主要從力學角度出發），發展到同時注重安全性和耐久性，目前混凝土技術在安全性和耐久性的基礎上已向服役性和多功能性方向發展，也就是要求混凝土和自然更加和諧。因此外加劑技術也需要從之前的主要改變混凝土拌合物流變性能發展到需要滿足混凝土各種特殊性能，改善因原材料變化而帶來的各種問題。新事物出現是需要行業予以支持的，很多之前認為不太可能實現的新產品、新技術在多年后很快就會在市場上占主角。記得在 2006 年的一個會議上，某行業大咖斷定聚羧酸外加劑很難在國內推廣，判定依據是高昂的價格和敏感的性能，沒想到僅僅過了幾年，聚羧酸外加劑就在市場上超越萘系和脂肪族，占據了外加劑的絕大部分市場。

二、外加劑創新不應以降低混凝土質量或僅為滿足某一項性能而采用劣質原材料來生產混凝土。混凝土是最主要的建筑材料，其耐久性事關建筑的百年大計，外加劑雖然用量小，但起的作用很大。一些外加劑企業為了營銷需要，夸大了外加劑的功能，使得一些混凝土企業采用劣質原材料來生產混凝土，或者無原則地降低膠材用量來生產混凝土，這些都會給混凝土企業帶來較大的質量風險。

三、萬變不離其宗，新品種外加劑應在機理上有明確科學依據。很多市場上的外加劑是為了商業營銷，將一些外加劑改頭換面，作用機理上和現有的一些外加劑沒什么區別，卻稱之為能改善某種特殊性能。問詢作用機理，卻三緘其口，說是商業機密。因此我們應避免此類的產品“創新”，鼓勵真正能解決問題的發明創新。

1 引氣劑

引氣劑的作用機理是在混凝土攪拌過程中引入大量微小的氣泡，該氣泡能穩定地存在于混凝土內，提高混凝土的和易性。引氣劑包括松香樹脂類、烷基和烷基芳烴磺酸類、脂肪醇磺酸鹽類。現有引氣劑存在的問題包括：為了滿足和易性，混凝土初始含氣量較高，但經時損失后氣泡破掉，混凝土和易性變差。

2 消泡劑

消泡劑的作用機理是降低混凝土中氣泡表面張力，而氣泡周圍的表面張力幾乎沒有變化。消泡劑按作用機理可分為兩種，一種是消除混凝土表面肉眼可見的氣泡，另外一種是消除混凝土內部氣泡，使大氣泡變成微小氣泡（有益氣泡）。現有消泡劑都存在摻量過高，混凝土流動性差的問題。

3 流變劑

流變劑其實就是增稠劑或保水劑，其作用機理是增加混凝土漿體稠度，將混凝土中的自由水包裹在混凝土內部，提高混凝土的流動性。常用的有纖維素醚、糊精、聚丙烯酸、木質素等，目前市場上的流變劑大部分是將增稠劑、引氣劑、消泡劑按照一定比例復合在一起，并不是新型助劑。

4 降粘劑

降粘劑主要用于高強度等級混凝土，其原理跟減水劑基本相同，沒有保坍性，將分散性較強的減水劑母液與適量引氣劑、增稠劑、消泡劑復合而成，作用機理是通過分散性較強的減水劑將混凝土中自由水釋放出來，通過引氣劑和增稠劑使混凝土漿體變柔軟，從而獲得更好的流動性。

5 抗泥劑

抗泥劑的作用機理是在混凝土中吸附于泥塊表面，阻止泥塊與減水劑接觸，從而提高減水劑的保坍性能。常用的抗泥劑為焦亞硫酸鈉，化學式 Na2S2O5，帶有強烈的刺鼻性氣味。適量的抗泥劑能提高減水劑的保坍性，也可提高減水劑與水泥的適應性，但過高會降低混凝土的和易性，增加減水劑的敏感性，同時會與鐵銹反應，腐蝕鐵罐，應該慎用。

6 增效劑

增效劑又叫減膠劑，其作用機理是通過降低水泥的表面能，提高水泥顆粒的分散性，加速水泥水化反應，將混凝土的強度提前激發出來。對混凝土的耐久性是否有害目前還不清楚。增效劑的配方目前各廠家都未公開，通過實驗基本能確定大部分組份，包括醇胺類物質（三乙醇胺、三異丙醇胺、乙二醇）、元明粉、酒石酸以及適量聚羧酸減水劑等。該助劑屬于近年新出的助劑，有利也有弊，有利是能降低混凝土中膠材用量，為攪拌站節約成本；有弊是對于外加劑廠家，降低膠材用量，為了滿足施工性能，外加劑中要加入更多助劑，如引氣劑、增稠劑。

7 保坍劑

保坍劑又叫保塑劑，保坍劑是在減水劑基礎上發展出來，其原理是緩慢釋放減水劑從而達到保坍效果，并不是一種緩凝劑。為了滿足混凝土施工要求，有純保坍性能的保坍劑，有持部分減水功能的保坍劑，但都存在一個致命缺陷——保坍劑加入過高會降低混凝土和易性，增加減水劑敏感性。

8 緩凝劑

緩凝劑的作用機理是在水泥顆粒表面形成了一層穩定的溶劑化水膜，從而抑制水泥的水化進程，延緩水泥水化反應。包括木質素類、糖類、磷酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽、檸檬酸及其鹽類等。緩凝劑都存在過摻導致混凝土長時間不凝結的問題。

9 防凍劑

當環境溫度達到 0℃ 以下，混凝土內部液態水結冰，水泥水化反應受阻，同時混凝土內部結冰體積膨脹，導致混凝土結構破壞。防凍劑的作用機理是降低冰點，保證在一定負溫下混凝土中水泥水化所需的液態水，加速水泥水化反應。國內目前混凝土防凍劑使用溫度在 -10～-15℃ 之間，其主要組成有早強組份、引氣組份、減水組份、防凍組份。早強組份如三乙醇胺、乙二醇、元明粉等，其作用是加速水泥水化反應進程，加快混凝土硬化；引氣組份如各類型引氣劑，通過在混凝土內部引入微小氣泡，提高混凝土抗凍融能力和耐久性；減水組份如聚羧酸減水劑，其作用是減少混凝土中游離水總量，減輕混凝土內部脹凍壓力；防凍組份如NaNO2、Na2SO4、Ca(NO3)2等無機鹽，其作用是降低冰點，保證水化反應所需的液態水。

混凝土外加劑“助劑”是為改善生產過程中提高生產質量和產量，或者為輔助產品某種特有的應用性能所添加的輔助化學品。嚴格意義上來說，外加劑助劑是參與到化工合成中采用的一種化學原料。而混凝土外加劑復配中采用的小料，嚴格意義上來說稱不上助劑。只不過在復配中改善混凝土某些性能，起輔助性滿足混凝土拌合物的要求，形式上都是輔助性材料，這些稱為外加劑小料比較恰當，而生產廠家為了提高宣傳噱頭和神秘感，稱為“助劑”。無論合成中材料的小料還是復配用的小料，我們暫且都稱為“助劑”。

下面探討一下混凝土外加劑中常用的助劑以及原理作用，比如在減水劑合成過程中用的功能性單體、巰基丙酸和維生素 C 等都是在高分子合成中改善合成的高分子結構更適合滿足減水和保持性能。根據聚羧酸減水原理，其理想結構應該是均勻的梳形結構，即疏水性主鏈上接枝適當的親水支鏈，疏水基團和親水基團相間分布，在水中能拓展開而不團聚，所以在合成中加入分子量調節劑、引發劑、終止劑、轉移劑等不同的控制聚合反應的助劑。梳水基鏈較短而親水基鏈較長的這些助劑的使用是提升和改善合成的產品質量。比如抗泥性功能性單體是取代一部分單體，在合成過程中引入抗泥官能團來解決砂中對泥粉的吸附能力，從而改善混凝土因含泥量過多對外加劑的吸附作用。

目前復配中常用的“助劑”有抗泥劑、保塑劑、機制砂調節劑、降黏劑、增效劑等等。抗泥劑主要是小分子，復配到減水劑中，優先吸附到泥粉表面，包裹泥粉，進而促使減水劑最大程度發揮減水和保持。根據經驗，泥粉的結構和品種眾多復雜，一般市面的抗泥劑需要多做試驗，選擇對應適合的才行，否則除了可能增加成本而一無用處。保塑劑類似保坍劑，摻加到混凝土中，減少混凝土坍落度損失，調整混凝土的和易性。機制砂調節劑是針對機制砂應用在混凝土中改善混凝土性能的一種新型外加劑，特別針對含石粉量大、含泥量高的機制砂，提高混凝土工作性能，改善和易性，減少泌水，延長混凝土保坍時間，對機制砂石粉含量敏感度低。

降黏劑為基于混凝土膠材的粘結性，加入的一種適量分子的非離子復合物，能改善膠體的表面張力，降低無機膠體在有限自由水中的粘性，而不影響凝結（硬化）后基體的抗壓強度及耐久性等。一般粘性過大的混凝土或者高強度等級混凝土采用。

增效劑是一種激發劑，主要激發分散水泥顆粒，促使混凝土中起到填充的水泥顆粒發生水泥水化進而提升混凝土的強度或者是在降低水泥用量的情況下，保持強度不變。

混凝土外加劑“助劑”是對因在合成中還是復配中主要材料有明顯的缺陷的彌補。首先作為使用方要理解這種“助劑”的基本原理，通過大量試驗來找到合適摻量值來滿足混凝土性能的需求。混凝土外加劑不是神仙水，外加劑助劑更不是靈丹妙藥。須結合實際的材料選擇合適的混凝土外加劑“助劑”來真正意義上改善提升混凝土產品的性能。