混凝土外加剂研究与制备

　　外加剂是指在拌制混凝土的过程中掺入用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不大于胶凝材料总量的5%。但由于外加剂对混凝土工作性能影响显著，因此，根据原材料状况合理确定外加剂配方对混凝土施工很重要。外加剂按基本功能分为4类[1]，分别为：

　　外加剂主要有减水母液、缓释母液、缓凝剂、引气剂、消泡剂、调整胶凝材料助剂、调整骨料助剂等材料组成，具体如下。

　　1）减水母液：主要有木质素类、萘系、脂肪族、聚羧酸系等母液。高性能聚羧酸减水母液又有低减水型、高减水剂型和常规减水型。高减水型母液适用于含泥含粉较高的材料，低减水型母液适用于材料较好的混凝土，常规母液一般通用。

　　2）缓释母液：就是通常说的保坍母液，根据释放时间的不同又分为各种各样不同型号，比如，中建材中岩科技有限公司的SR-1母液、SR-3母液。

　　3）缓凝剂：主要有葡萄糖、蔗糖、糖蜜、糖钙等糖类化合物；柠檬酸钠、酒石酸钠、葡萄糖酸钠等羟基羧酸盐类；氨基三甲叉膦酸等有机磷酸及其盐类；三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等磷酸盐类、氟硅酸钠等无机盐类[2]。需注意：缓凝剂可分为酸性缓凝剂——氨基三甲叉膦酸等；中性缓凝剂——葡萄糖酸钠、白糖等；碱性缓凝剂——三聚磷酸钠、多聚磷酸钠等。可根据水泥的酸碱度来选择正真适合的缓凝剂，现在的水泥成分十分复杂，通用葡萄糖酸钠已经明显不合适了。

　　4）引气剂：主要有松香皂等松香树脂类；十二烷基硫酸钠（K12）；α-烯基磺酸钠（AOS）。目前使用较多的为进口产品，如日本竹本引气剂和德国德固赛、克莱恩等产品。

　　5）调整胶凝材料助剂：补硫助剂——硫代硫酸钠；补碱助剂——碳酸钠、碱性缓凝剂。

　　1）铝酸三钙：吸附减水剂最快，水化速度最快，含量在4%～6%时，混凝土和易性较好，低于4%时，可以在减水剂复配时加入硫酸铝来平衡水泥中的铝酸三钙，来提高强度或缩短凝结时间。根据经验，当铝酸三钙和硅酸三钙达到以下2个条件，水泥一般能满足施工要求：（1）C3A不大于8%；（2）C3A+C3S总量不大于65%。

　　2）碱含量：国家标准规定水泥碱含量应小于0.8%，即使碱含量＜0.8%也会导致水泥与减水剂的适应性差。水泥的碱含量＞0.6%，通常要在减水剂中复配加入柠檬酸钠。

　　3）三氧化硫：水泥中三氧化硫的含量在2%左右时较为合理，规范中要求≤3.5%，缺硫水泥掺入减水剂试拌混凝土，由于水泥中的三氧化硫含量不足，抑制水泥熟料中C3A的水化效果，混凝土流动性差。单纯地提高减水剂用量虽然有一定的效果，但更会增大混凝土泌水，凝结时间、坍落度损失很快，即使将缓凝组分用量成倍增加也无显著改善，可在减水剂中加入硫代硫酸钠予以解决。

　　目前，水泥混凝土中主要使用的矿物掺合料为矿渣粉、粉煤灰及石灰石粉，硅灰一般很少使用。矿渣粉及石灰石粉会造成混凝土泌水，粉煤灰黏度低，能显著改善混凝土的工作性能，且具有一定的缓凝作用；当使用矿渣粉或石灰石粉时，应考虑在减水剂中复配加入增稠保水组分防止泌水。粉煤灰质量混乱，“脱硫脱硝灰”“浮黑灰”“假灰”已成为水泥混凝土行业的一大害，有的烧失量指标检测不合格，含有大量的助燃油脂，产生不可控制的消泡效应，大幅度的增加混凝土的泌水概率，对此应该采取排除法，同时试拌纯水泥混凝土作对比，并建议更换问题粉煤灰，靠减水剂来解决此问题，成本高且质量隐患极大。

　　含泥量较大的砂子，在拌制混凝土时会严重吸附减水剂，影响减水率。目前，市场上用到的抗泥剂主要是焦亚硫酸钠或者亚硫酸氢钠，二者在每吨成品减水剂中的极限掺量经验数据为100kg。

　　砂子的粗细程度决定了水泥混凝土中砂率的大小；砂子级配不好，会给混凝土的和易性带来非常大的影响，大多数表现在0.3mm及0.075mm以下的颗粒含量，0.3mm以下的通过率小于15%时，一般要加大砂率进行解决，当0.075mm以下的颗粒极少时，靠增大砂率是没有用的，要通过在减水剂中增加增稠保水及黏度调节组分进行解决，或使用低减水母液来进行处理。

　　风化砂由于密度较小，孔隙率较大，对水及外加剂的吸附能力较强，影响减水率，可复配焦亚硫酸钠或者亚硫酸氢钠予以解决，极限掺量100kg。

　　把砂子放入水中迅速搅拌浑浊，观察其澄清的快慢程度进行判断，若是澄清很快基本能判断存在絮凝剂，建议不使用含絮凝剂的砂子。靠减水剂来解决絮凝剂问题成本很高，没有一点意义。

　　通过将缓释剂、缓凝剂、引气剂及其他助剂与减水剂有机结合，使减水剂具有一定的减水率、坍落度保持能力、较低的压力泌水和一定的引气性能。

　　1）减水母液：如HL-700型母液，理论含固量40%，在每吨成品减水剂中每增加25kg母液即增加1%的含固量。

　　2）缓释母液：缓释母液有2种：SR-1和SR-3。SR-3既有减水功能又有保坍功能，减水率和HL-700相差不多，保坍性能最大的作用在水泥混凝土拌和后3h之内，属于前段释放；SR-1自身减水率很小，但和HL-700减水母液复配有明显的减水效果，其保坍性能在水泥混凝土拌和后3h之后开始发挥，属于后段释放。SR-3母液理论含固量50%；SR-1母液理论含固量40%。

　　3）缓凝剂：常用葡萄糖酸钠和白糖，此类固体材料在每吨成品减水剂中每增加10kg增加1%的含固量。葡萄糖酸钠的用量跟环境和温度相关，经验做法是环境和温度1℃使用1kg葡钠，比如环境和温度为20℃时加20kg的葡萄糖酸钠。白糖有增黏作用，只有在温度很高或混凝土发散时用。

　　5）经验配方的选用：南方项目成品减水剂含固量一般在12%～18%，北方项目成品减水剂含固量一般在18%～25%，具体可根据砂子的含泥情况选定。葡萄糖酸钠的用量直接根据环境温度确定；根据经验，SR-3缓释母液的用量一般不超过80kg/t，SR-1缓释母液的用量一般不超过40kg/t，竹本引气剂2kg/t，竹本消泡剂0.2kg/t（一般为引气剂的10%），再根据剩余含固量折算HL-700减水母液用量，剩余量用水补齐，其他助剂暂且不加。

　　1）缓凝剂：葡萄糖酸钠直接选用20kg，带入每吨成品减水剂中2%的含固量。

　　2）缓释母液：SR-1选用40kg，带入每吨成品减水剂中1.6%的含固量，SR-3选用80kg，带入每吨成品减水剂中4%的含固量。

　　不做水泥净浆或水泥胶砂试验，不用考察原材料的各种指标，直接按经验配方进行试拌。根据试拌情况再做调整。缓凝组分只知葡萄糖酸钠和白糖，出现不正常的情况时，加碱或者加硫、加保水，轮番尝试。

　　对水泥pH，水泥组分通过水泥厂或委外检测报告掌握真实数据，对症下药调整外加剂配方，在解决掉减水剂与水泥的适应性问题后，进行水泥混凝土试验。首先，在试拌过程根据水泥混凝土拌和物状态，分析砂、石料的质量对混凝土的影响，确定最佳砂率及碎石级配；然后，再根据含气量检测结果及混凝土和易性确定引气组分及其他组分的用量。验证及调整过程，按确定好的减水剂配方配制好成品减水剂进行混凝土试拌验证，根据验证结果确定是不是需要进行调整，直到确定出最终减水剂配方。

　　用试验室提供的混凝土配合比进行试拌，试拌数量应大于15 L；对混凝土拌和物的坍落度、重度、含气量等指标进行检测验证[3]，并观察保坍时间，根据检测结果对减水剂配方进行一定的调整。比如：含气量不够，增加引气剂的用量；坍落度不够，调整减水母液的用量；保坍时间不够，调整缓释母液的用量等。当出现不正常的情况时，再根据上述各种混凝土原材料对减水剂的影响进行对应调整，比如：泌水严重时，首先考虑是不是减水率过大，降低减水母液的用量进行再次试拌验证，假如慢慢的出现减水母液少了混凝土不流动，多了就泌水的现象，就要考虑减水剂和水泥的相容性等问题，可通过添加调整胶凝材料的助剂来进行解决；假如慢慢的出现混凝土拌和物包裹性不好，首先要考虑砂率是否合适、碎石级配是不是合理，然后再考虑在减水剂中增添调整砂石骨料的助剂，如增稠剂等来进行解决。总之，要针对混凝土拌和物的实际状态采取对应的解决方案，直到达到满意的结果。

　　在正式确定外加剂配方之前，必须要在拌和站上机试拌做验证，实际工作中考虑到试验室搅拌机与拌和站机组的拌和功率的不同，一般用试验室确定的减水剂配方用量乘以0.8～0.9 的系数进行试拌，根据试拌情况调整出最终外加剂配方。

　　传统方法适用于各种原材料较正常的情况，优点是不需要过多了解水泥等材料的内在组成情况，在一般的情况下，工作效率较高，确定配方速度较快。缺点是试拌遇到不正常的情况时，要做大量的混凝土试拌，费物费力，劳动强度较大。先诊断后试拌确定法先了解水泥等材料自身特性，直接确定减水剂各组分的适应品种类型，再根据水泥净浆或水泥胶砂试验解决水泥和减水剂适应性及减水母液和保坍母液的最佳比例用量问题，最后再加入骨料进行混凝土试拌、调整。优点是直接对症下药，省力省时；缺点是从水泥厂家很难得到真实的检验测试的数据，因此据真实的情况，对这2 种方法有机结合，对于确定外加剂生产配方，效果更明显。