萘系复合外加剂的试验研究

张萌 毕肇鑫

摘要：随着混凝土的发展，外加剂已成为除水泥、粗细骨料、掺合料和水以外的第六组分。加入适量的外加剂，能提高混凝土质量，改善混凝土性能。但是单一成分的外加剂已难以满足现代混凝土的各种需要，复合外加剂可以调节和改善混凝土的综合性能，从而满足不同工程的需要。本文研究了不同高效减水剂作为减水组分的作用以及缓凝剂的缓凝效果。采用正交试验法确定了以萘系减水剂作为减水组分与其他缓凝组分组成了性能优异的复合外加剂，并对其作用机理进行了阐述。

关键词：萘系复合外加剂

中图分类号：C35文献标识码： A

1 引言

在混凝土、砂浆和净浆的制备过程中，掺入少量的（不超水泥用量的5％）能对混凝土、砂浆或净浆改变性能的一种产品，称为混凝土外加剂。随着新型化学建材工业的发展，混凝土外加剂技术逐渐成为混凝土向高科技领域发展的关键技术。外加剂使混凝土在工作性、匀质性、稳定性、耐久性、多样性等方面达到了一个新高度。混凝土外加剂是水泥混凝土组分中除水泥、水、砂、石、混合材料(磨细掺合料)以外的第六种组分[1]，它是一种复合型化学建材。外加剂的掺入可以提高混凝土的和易性，减少用水量及水泥用量，改变混凝土的物化性能，提高混凝土的密实性、耐久性和水泥强度。

各种复合性的外加剂，如缓凝减水剂或缓凝高效减水剂、早强减水剂、引气减水剂，根据特殊需要，也掺用其它种类的外加剂，如泵送剂、防水剂、防冻剂等等。GB8076－1997《混凝土外加剂》、DL/T5100－1999《水工混凝土外加剂技术规程》等国家和行业标准对这些外加剂的性能指标和技术规程都有严格要求。

2奈系减水剂简介

萘系减水剂是我国目前生产量最大，使用最广的高效减水剂（占减水剂用量的70%以上），其特点是减水率较高（15%～25%），不引气，对凝结时间影响小，与水泥适应性相对较好，能与其他各种外加剂复合使用，价格也相对便宜。萘系减水剂常被用于配制大流动性、高强、高性能混凝土。单纯掺加萘系减水剂的混凝土坍落度损失较快。

萘系高效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%）、中浓型产品（Na2SO4含量3%～10%）和低浓型产品（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。所谓高效减水剂，是指能大幅度减少用水量和提高新拌混凝土的和易性的外加剂。标准要求其减水率必须不小于10%，1天、3天、7天、28天抗压强度比必须分别在130%、120%、115%和110%以上。

3奈系减水剂性能

3.1物理性能

（1）外观：液体——棕色至深棕色的液体；粉状——淡黄色至棕色。

（2）pH值：7-9

（3）NaSO4：低浓度＜25%；中浓度＜10%；高浓度＜5%。

（4）氯离子含量：与中和时所用碱的质量有关，一般氯离子含量＜1.0%。

（5）总碱量：一般低浓度＜16%；高浓度＜12%。

（6）表面张力：65-70N/m3。

3.2性能指标

奈系减水剂的性能指标见下表

3.3与其他外加剂的比较

目前市场较为常用的减水剂有萘系减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂和聚缩酸类高效减水剂。

萘系减水剂，主要成分为芳香族磺酸盐与甲醛的缩合物，属阴离子表面活性剂。其主要产品为β型萘磺酸甲醛缩合物的钠盐，是普遍应用的高效减水剂，常用掺量为水泥质量的0.5%~1.0%，减水率为10%~25%。该减水剂除适用于普通混凝土之外，更适用于高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸养混凝土及特种混凝土。由于原料大多数使用工业下脚料，生产工艺多样，所以使用较为普遍。目前国内主要有NF、NNO、FDN、UNF、MF、JN、HN等。

氨基磺酸盐系高效减水剂，是以氨基芳香基磺酸盐、苯酚类和甲醛进行缩合的产物。是目前国内外研究与开发的主要高效减水剂之一。我国仍处于研究开发与少量应用阶段。遇有该类减水剂具有掺量低、减水效率高(砂浆减水率高达35%~55%)、在低水灰比条件下流动性好、混凝土坍落度大且经时损失小等优点，因而在混凝土外加剂中具有良好的发展前景。特别适用于各种高性能及施工要求很高的混凝土工程。

聚缩酸类高效减水剂也是目前国内外研究与开发较热的新型高效减水剂。它具有对水泥颗粒的分散性强、对水泥或混凝土流动性能加强及提高强度等优点，适宜用于高强、大高度泵送的流态化混凝土工程。由于目前使用该类减水剂的成本要比其他高效减水剂高出20%~30%，因此要大量推广使用仍需要做进一步的研究与推广工作。

而在混凝土中通常是以不同减水组分、缓凝组分以及保水组分进行复合，而得的一种复合外加剂，改善混凝土坍落度损失问题，这就需要一个较优的不同组分配比的外加剂来解决这一问题。

4 试验

4.1试验方法

本论文主要涉及到的实验项目有外加剂适应性检测方法（包括水泥净浆流动度试验方法、坍落度试验）和凝结时间的测定。

4.2试验结果及数据分析

4.2.1试验原料

试验用的主要原料：太行水泥、萘系减水剂以及几种常用缓凝剂。

基准水泥化学全分析如表4-1。

表4-1 太行水泥物理性能

4.2.2不同减水剂饱和掺量

4.2.2.1高效减水剂的饱和掺量

本试验中选取常用的奈系减水剂、氨基磺酸盐作为减水组分。

表4-2各减水剂饱和掺量

当加入减水剂后，水泥颗粒分散在减水剂的水溶液中，水泥颗粒间的相互吸引力减弱，从而不团聚，几乎成单独的个别颗粒分散在容相中。其结果是:原来被絮凝结构包围的那部分水被释放出来，对砼拌合料的流动性作出贡献;原来互相粘聚的那部分颗粒表面被解放，也参加早期水化。减水剂在水泥颗粒表面吸附，使水泥颗粒表面带有相同电荷而相互排斥造成水泥颗粒在溶相中的分散，絮凝结构中被水泥颗粒包围的水被释放出来，这就是减水剂的塑化机理。

当净浆的流动度低于200mm时，混凝土的流动性能差，泵送阻力大，不利于混凝土的泵送。当净浆流动度高于200mm时，混凝土的流动性能好，但强度不能达到要求。试验选取净浆在200mm时外加剂的掺量，使混凝土流动性和强度都能达到要求。通过试验净浆流动度在200mm时的减水剂掺量点分别为：氨基掺量0.8% ，奈系减水剂掺量1.1%。

4.2.2.2高效减水剂的复合

按照各减水剂净浆流动度在200mm时的减水剂掺量点（氨基掺量0.8% ，奈系减水剂掺量1.1%）进行高效减水剂复合，结果见表4-3。

表4-3高效减水剂的复合后对水泥净浆流动性的影响

从各高效减水剂复合效果来看，复合后效果不明显，考虑目前萘系减水剂价格便宜，因此先选用萘系减水剂作为减水组分，与缓凝组分进行复配。

4.2.2.3各种缓凝剂对水泥凝结时间的影响

当将缓凝剂加入新拌混凝土中时，缓凝剂能够有效的减缓水泥中四种活性成分（硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙）与水反应的速度，从而实现混凝土的低热缓凝目的，起到缓凝的效果。另外，混凝土规范中规定，早强剂和缓凝剂只可改善混凝土早期的强度和水化热但不能影响终强。因此，缓凝剂是不会影响后期强度的。

缓凝剂只能消减水泥水化放热的峰值, 延长放热峰值出现的时间,使放热过程拉长、剧烈的放热升温过程线更加平缓。

现试验设计如下表：

表4-4 缓凝剂试验表及试验结果

分析实验数据，可以看出当葡萄糖掺量为0.01%时，缓凝效果最好，而再看葡萄糖酸钠D三组掺量为在0.04%时坍落度损失最小。所以最佳配比为A2B3，即各缓凝组分掺量分别为：葡萄糖0.01%、葡萄糖酸钠D0.04%，将该复合外加剂记为JY2011。复合外加剂的配比如下表：

表 4-5复合外加剂配比

4.2.2.5复合外加剂JY2011对混凝土性能的影响

将复合外加剂JY2011应用于混凝土中，试验结果如表4-6。

表4-6 复合外加剂与聚羧酸系减水剂对混凝土的影响

通过试验数据可以看出，在C30、C35混凝土中，复合外加剂JY2011能够与聚羧酸系减水剂具有相同的作用效果，在相同掺量下，能够使混凝土保持良好的工作性，并且60min后混凝土的坍落度损失分别小于5%、10%。

5 结论

(1) 萘系减水剂作为减水组分，其净浆流动度在200mm时减水剂的掺量为1.1%，而当流动度在200±20mm时掺量可选范围为0.9%-1.2%；

(2)复合外加剂JY2011能够与聚羧酸系减水剂具有相同的使用效果，能够使混凝土保持良好的工作性，并且60min后对C30、C35的混凝土的坍落度损失分别小于5%、10%；聚羧酸有在浇筑高标号混凝土是掺量小的优点，但是聚羧酸对原材料（粗骨料、细骨料）的含泥要求较高，且性能尚不稳定，成本较高，而本复配外加剂能够在实际生产中适应范围更广泛的原材料，成本低且易于配制，能够取得较好的经济效益

参考文献

[1] 夏寿荣.混凝土外加剂配方手册.化学工业出版社，2010.

[2] [作者简介]张萌，男，河北建设集团混凝土分公司技术科技术员。

[3] [通讯地址]河北省保定市河北建设集团混凝土分公司（071000）