复配外加剂性价比研究

陆士强，徐友娟，胡华强，李华威，朱玲

（江苏汇迪建材有限公司，江苏 常州 213176）

1 问题的由来

在使用外加剂的工程实践中，人们已逐渐认识到了使用单一品种或单一组分外加剂的局限性。试验表明，复合外加剂具有良好的复合效应，使它同时满足多功能要求成为可能。本研究就是针对高性能混凝土发展的要求，通过复配试验，优化出一种性能优良、适用性强、价格低廉的混凝土高性能外加剂。

近年来，国内常用的高效减水剂从总产量来看，约80%是萘系减水剂，全国年产量为80～100万吨左右（2005年我国高效减水剂产量达到了110万吨，位居世界第一，其中，萘系高效减水剂产量约93.5万吨，占85%），其次是脂肪族类、氨基磺酸盐系、聚羧酸盐高性能减水剂和三聚氰胺系。

聚羧酸盐系高效减水剂的出现和推广应用是外加剂发展史上的一个重要飞跃，也是对其它外加剂生存的一个挑战。但由于各种外加剂都有自己的特点和性能，故聚羧酸盐高性能减水剂和其它各种高效减水剂在相当长的时期内将共存发展，并在共存发展中不断完善和提高其性能要求。而综合性价比最佳的减水剂将在市场中胜出。

本研究还从生产实用的角度出发，采用标准稠度水泥净浆、固定水灰比水泥净浆及混凝土拌合物（略），分别测试了萘系、氨基磺酸盐和脂肪族三种高效减水剂对三聚磷酸钠、糖钙、葡萄糖酸钠三种缓凝剂缓凝效果的影响，并对其规律进行了分析。

2 复配外加剂性价比试验

2.1 研究方法

由于本文研究内容是减水剂与水泥适应性问题，希望能在拌合物的流动度及减水剂与水泥的适应性之间建立关联。若采用胶砂流动度试验、混凝土坍落度试验、混凝土坍落度损失试验等非净浆试验，则骨料特征势必会对水泥浆的流动性能造成干扰，使结果波动大。为排除骨料对试验目的的干扰，本文选择水泥净浆流动度试验作为检验减水剂与水泥适应性的主要试验方法，通过测定水泥净浆流动度，研究减水剂对水泥净浆初始流动度（及经时损失）的影响。

测定水泥净浆流动度（及经时损失），能简捷、有效地鉴别各类减水剂的使用性能，其测值是鉴别减水剂质量优良劣的金指标，处在生产一线的预拌混凝土企业试验室主任常采用这一方法。

2.2 试验内容和目的

依据GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》标准，通过外加剂的复配→水泥净浆试验→留浆测半小时流动度→测一小时流动度→确定最佳性价比配方，分别研究氨基磺酸盐、脂肪族、萘系三种单一外加剂与水泥的适应性、复合外加剂与水泥的适应性以及单一外加剂-缓凝剂组合、复合外加剂-缓凝剂组合与水泥的适应性。

2.3 材料

（1）水泥：基准水泥、海螺牌水泥；（2）缓凝剂；三聚磷酸钠(SJ)，葡萄糖酸钠（PT），糖钙（TG）；（3）液体外加剂（母液）：氨基磺酸、脂肪族、萘系(后面简称AJ、ZF、NX)；

（4）复合减水剂（江苏汇迪生产）：氨基磺酸+脂肪族、氨基磺酸+萘系、脂肪族+萘系；

（5）试验环境：温度23℃±2℃，相对湿度70% 。

图1 母液净浆流动度曲线图

表1 母液基本性能及母液净浆流动度测试结果(基准水泥)

由图1、表1可知，掺AJ的初始净浆流动度大，60min后的流动度损失小，故AJ与水泥的适应性好。为寻求性价比更好的复合减水剂，选用基准水泥和普通P·O 42.5级海螺牌水泥二种水泥进行对比，其特点是外加剂的掺量不同，但用量的价格相同。结果见表2、表3和表4。

表2 NX-AJ系列复合减水剂性价比试验方案表(基准水泥和海螺牌水泥)

表3 NX-ZF系列复合减水剂性价比试验方案表(基准水泥和海螺牌水泥)

表4 AJ-ZF系列复合减水剂性价比试验方案表(基准水泥和海螺牌水泥)

由表2、表3、表4可看出，在不掺缓凝剂的情况下，用海螺水泥做两种外加剂不同比例复配的对比实验，复配比例在1:1或2:3时，其净浆流动度达到最大值并且经时损失最小。将此优化组选出并与缓凝剂复配做对比，试验数据如表5。

2.4 试验分析

由于基准水泥的适应性好，初始水泥净浆流动度很大，多在280mm以上，且伴有严重的泌水现象，无法对其进行比较，故换水泥重新做。但可以得出：在等价掺量的情况下，单独使用一种减水剂时，氨基磺酸盐高效减水剂经时损失最大，脂肪族高效减水剂经时损失最小，复配后掺有脂肪族高效减水剂的水泥净浆经时失损比不掺脂肪族高效减水剂的经时损失小。

用海螺牌水泥进行试验时：

表2中，序号6水泥净浆达到峰值，其经时损失最小；

表3中，序号5、6、7、8的水泥净浆达到最高值，序号5、6的经时损失最小；

表4中，序号6、7的水泥净浆达最大值，经时损失也最小。

表5 复合减水剂-缓凝剂-水泥适应性试验（海螺水泥）

3 结果与讨论

高效减水剂一般都是高分子聚合物电解质，其结构式特点为在高分子主链上带有一些活性基团，主要是磺酸基及其盐类。然后将这些磺化单体缩聚成一定分子量的大分子。

为找出最佳性价比的外加剂复配方案，即如何使复配成本减少到最低，并且还具有良好的适应性和较高的减水率，我们根据已有经验，分别对氨基磺酸+脂肪族、萘系+脂肪族和萘系+氨基磺酸三大类外加剂进行复配方案试验，其特点是外加剂的掺量不同，但用量的价格相同。

试验证明：复配后的混凝土高性能外加剂性能不仅满足缓凝高效减水剂的强制性国家标准一等品的技术要求，而且远远超过了混凝土泵送剂行业标准一等品的技术要求，同时防水性能达到了混凝土防水剂行业标准一等品的技术要求；和其它高效减水剂相比，不仅掺量小、减水率与扩散度高、混凝土拌合物泌水率小、坍落度经时损失小，而且硬化混凝土抗压强度、抗渗性能、抗冻融性能均大幅度提高，可以明显改善混凝土的耐久性；对水泥具有很好的适应性；适合配制高性能混凝土；与膨胀剂配合使用可以配制大坍落度自密实无收缩泵送混凝土。

在基准水泥改为搅拌站实际应用的海螺牌水泥后，复配外加剂和单一减水剂的适应性差异明显地显示出来了，复配的效果比单一的要好。不同水泥的结果完全不同，其一是水泥的组分差异；再者是复配外加剂组分不同对水泥的适应性。因此，外加剂生产企业要经常对搅拌站实际应用的水泥做外加剂适应性试验，以满足预拌混凝土企业生产需要。

脂肪族减水剂有更小的流动度经时损失,是因为减水剂分子的侧链长度增大, 减水剂在水泥粒子表面具有更高的吸附作用力和吸附保持能力。

掺萘系减水剂的水泥浆体，具有较高的ξ电位值，因而其分散性能好。但随着水化的继续进行，吸附在水泥颗粒表面的高效减水剂的量将大大减少，从而导致体系的ξ电位值迅速降低，静电斥力被范德华引力所代替，水泥浆开始凝聚，便产生了掺萘系减水剂的混凝土坍落度经时损失问题。

氨基磺酸盐系对掺量过于敏感，掺量低则效果不明显，掺量高则离析泌水，在混凝土施工过程中很难掌握。

通过以上分析，可以得出，掺脂肪族的复配外加剂性价比高。原因：

（1）脂肪族磺酸盐高效减水剂是近年发展起来的一种非萘系高效减水剂，因其具有原材料来源广泛，合成工艺简单，减水率高，无污染、性价比好等一系列优点，在工程中的应用越来越广泛。

（2）脂肪族高效减水剂凭其便宜的价格等一系列优点必将在减水剂市场中占有相当的份额。从分子结构上看，脂肪族高效减水剂具有高效减水剂所需要的基团，并具有高性能减水剂所需要的梳状结构，具有很好的减水效果。

（3）根据脂肪族高效减水剂的分子结构和合成反应机理，应采用三段甲醛添加工艺进行合成。试验证明，利用该工艺可合成出净浆流动度数达260mm、减水率在25%以上的脂肪族高效减水剂。该工艺克服了传统合成工艺的一些缺点，具有合成方法简单、产品性能好、适于工业化生产等特点，对脂肪族高效减水剂的进一步推广应用具有重要的指导意义。

（4）脂肪族磺酸盐高效减水剂，减水率高，强度增长快，生产工艺简单，对环境无污染。脂肪族磺酸盐高效减水剂的减水分散效果优于传统的萘系高效减水剂，与水泥的适应能力强，可用于制备各种强度等级的泵送混凝土、高强混凝土和自密实免振混凝土。

4 结论

（1）萘系与氨基磺酸盐复配、萘系与脂肪族复配和氨基磺酸盐与脂肪族复配的外加剂，在掺量、减水率、保坍性及泌水率、水泥适应性等方面要明显优于单一外加剂；

（2）掺有脂肪族减水剂的复配外加剂比不掺脂肪族减水剂的复配外加剂性价比高；

（3）AJ-ZF(50%:50%)、NX-ZF(40%:60%)和 NX -AJ (50%:50%)在研究的复配外加剂中性价比最高。

5 预测前景

由于复配外加剂性价比优势明显，本企业生产的复配外加剂已在总计超过2000万m3混凝土中使用，涵盖了桥梁、柱、剪力墙、顶板、大体积底板、路面等多种结构部位，其性能要求亦各异，其中有不少是国家重点工程、五星级宾馆、城市标志性建筑物，强度等级范围包括C20～C60，所有工程应用均达到设计要求，受到用户的好评。

随着复配外加剂在高速铁路行业的大规模应用，以及其使用经验的不断积累，相信在未来的几年内，复配外加剂会迅速的进入预拌混凝土搅拌站、市政建设等一系列基础工程中。同时，由于复配外加剂合成原料的逐步国产化，所以复配外加剂的成本有望进一步降低。从发展趋势看，我国混凝土外加剂行业将经历一个以萘系为主导、其他类型外加剂为辅助的阶段，逐步发展到萘系、复配外加剂、聚羧酸系并重的阶段，萘系减水剂将被大规模替代。