萘系復合外加劑的試驗研究

張萌 畢肇鑫

摘要：隨著混凝土的發展，外加劑已成為除水泥、粗細骨料、摻合料和水以外的第六組分。加入適量的外加劑，能提高混凝土質量，改善混凝土性能。但是單一成分的外加劑已難以滿足現代混凝土的各種需要，復合外加劑可以調節和改善混凝土的綜合性能，從而滿足不同工程的需要。本文研究了不同高效減水劑作為減水組分的作用以及緩凝劑的緩凝效果。采用正交試驗法確定了以萘系減水劑作為減水組分與其他緩凝組分組成了性能優異的復合外加劑，并對其作用機理進行了闡述。

關鍵詞：萘系復合外加劑

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1 引言

在混凝土、砂漿和凈漿的制備過程中，摻入少量的（不超水泥用量的5％）能對混凝土、砂漿或凈漿改變性能的一種產品，稱為混凝土外加劑。隨著新型化學建材工業的發展，混凝土外加劑技術逐漸成為混凝土向高科技領域發展的關鍵技術。外加劑使混凝土在工作性、勻質性、穩定性、耐久性、多樣性等方面達到了一個新高度?；炷镣饧觿┦撬嗷炷两M分中除水泥、水、砂、石、混合材料(磨細摻合料)以外的第六種組分[1]，它是一種復合型化學建材。外加劑的摻入可以提高混凝土的和易性，減少用水量及水泥用量，改變混凝土的物化性能，提高混凝土的密實性、耐久性和水泥強度。

各種復合性的外加劑，如緩凝減水劑或緩凝高效減水劑、早強減水劑、引氣減水劑，根據特殊需要，也摻用其它種類的外加劑，如泵送劑、防水劑、防凍劑等等。GB8076－1997《混凝土外加劑》、DL/T5100－1999《水工混凝土外加劑技術規程》等國家和行業標準對這些外加劑的性能指標和技術規程都有嚴格要求。

2奈系減水劑簡介

萘系減水劑是我國目前生產量最大，使用最廣的高效減水劑（占減水劑用量的70%以上），其特點是減水率較高（15%～25%），不引氣，對凝結時間影響小，與水泥適應性相對較好，能與其他各種外加劑復合使用，價格也相對便宜。萘系減水劑常被用于配制大流動性、高強、高性能混凝土。單純摻加萘系減水劑的混凝土坍落度損失較快。

萘系高效減水劑根據其產品中Na2SO4含量的高低，可分為高濃型產品（Na2SO4含量<3%）、中濃型產品（Na2SO4含量3%～10%）和低濃型產品（Na2SO4含量>10%）。目前大多數萘系高效減水劑合成廠都具備將Na2SO4含量控制在3%以下的能力，有些先進企業甚至可將其控制在0.4%以下。所謂高效減水劑，是指能大幅度減少用水量和提高新拌混凝土的和易性的外加劑。標準要求其減水率必須不小于10%，1天、3天、7天、28天抗壓強度比必須分別在130%、120%、115%和110%以上。

3奈系減水劑性能

3.1物理性能

（1）外觀：液體——棕色至深棕色的液體；粉狀——淡黃色至棕色。

（2）pH值：7-9

（3）NaSO4：低濃度＜25%；中濃度＜10%；高濃度＜5%。

（4）氯離子含量：與中和時所用堿的質量有關，一般氯離子含量＜1.0%。

（5）總堿量：一般低濃度＜16%；高濃度＜12%。

（6）表面張力：65-70N/m3。

3.2性能指標

奈系減水劑的性能指標見下表

3.3與其他外加劑的比較

目前市場較為常用的減水劑有萘系減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑和聚縮酸類高效減水劑。

萘系減水劑，主要成分為芳香族磺酸鹽與甲醛的縮合物，屬陰離子表面活性劑。其主要產品為β型萘磺酸甲醛縮合物的鈉鹽，是普遍應用的高效減水劑，常用摻量為水泥質量的0.5%~1.0%，減水率為10%~25%。該減水劑除適用于普通混凝土之外，更適用于高強混凝土、早強混凝土、流態混凝土、蒸養混凝土及特種混凝土。由于原料大多數使用工業下腳料，生產工藝多樣，所以使用較為普遍。目前國內主要有NF、NNO、FDN、UNF、MF、JN、HN等。

氨基磺酸鹽系高效減水劑，是以氨基芳香基磺酸鹽、苯酚類和甲醛進行縮合的產物。是目前國內外研究與開發的主要高效減水劑之一。我國仍處于研究開發與少量應用階段。遇有該類減水劑具有摻量低、減水效率高(砂漿減水率高達35%~55%)、在低水灰比條件下流動性好、混凝土坍落度大且經時損失小等優點，因而在混凝土外加劑中具有良好的發展前景。特別適用于各種高性能及施工要求很高的混凝土工程。

聚縮酸類高效減水劑也是目前國內外研究與開發較熱的新型高效減水劑。它具有對水泥顆粒的分散性強、對水泥或混凝土流動性能加強及提高強度等優點，適宜用于高強、大高度泵送的流態化混凝土工程。由于目前使用該類減水劑的成本要比其他高效減水劑高出20%~30%，因此要大量推廣使用仍需要做進一步的研究與推廣工作。

而在混凝土中通常是以不同減水組分、緩凝組分以及保水組分進行復合，而得的一種復合外加劑，改善混凝土坍落度損失問題，這就需要一個較優的不同組分配比的外加劑來解決這一問題。

4 試驗

4.1試驗方法

本論文主要涉及到的實驗項目有外加劑適應性檢測方法（包括水泥凈漿流動度試驗方法、坍落度試驗）和凝結時間的測定。

4.2試驗結果及數據分析

4.2.1試驗原料

試驗用的主要原料：太行水泥、萘系減水劑以及幾種常用緩凝劑。

基準水泥化學全分析如表4-1。

表4-1 太行水泥物理性能

4.2.2不同減水劑飽和摻量

4.2.2.1高效減水劑的飽和摻量

本試驗中選取常用的奈系減水劑、氨基磺酸鹽作為減水組分。

表4-2各減水劑飽和摻量

當加入減水劑后，水泥顆粒分散在減水劑的水溶液中，水泥顆粒間的相互吸引力減弱，從而不團聚，幾乎成單獨的個別顆粒分散在容相中。其結果是:原來被絮凝結構包圍的那部分水被釋放出來，對砼拌合料的流動性作出貢獻;原來互相粘聚的那部分顆粒表面被解放，也參加早期水化。減水劑在水泥顆粒表面吸附，使水泥顆粒表面帶有相同電荷而相互排斥造成水泥顆粒在溶相中的分散，絮凝結構中被水泥顆粒包圍的水被釋放出來，這就是減水劑的塑化機理。

當凈漿的流動度低于200mm時，混凝土的流動性能差，泵送阻力大，不利于混凝土的泵送。當凈漿流動度高于200mm時，混凝土的流動性能好，但強度不能達到要求。試驗選取凈漿在200mm時外加劑的摻量，使混凝土流動性和強度都能達到要求。通過試驗凈漿流動度在200mm時的減水劑摻量點分別為：氨基摻量0.8% ，奈系減水劑摻量1.1%。

4.2.2.2高效減水劑的復合

按照各減水劑凈漿流動度在200mm時的減水劑摻量點（氨基摻量0.8% ，奈系減水劑摻量1.1%）進行高效減水劑復合，結果見表4-3。

表4-3高效減水劑的復合后對水泥凈漿流動性的影響

從各高效減水劑復合效果來看，復合后效果不明顯，考慮目前萘系減水劑價格便宜，因此先選用萘系減水劑作為減水組分，與緩凝組分進行復配。

4.2.2.3各種緩凝劑對水泥凝結時間的影響

當將緩凝劑加入新拌混凝土中時，緩凝劑能夠有效的減緩水泥中四種活性成分（硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣）與水反應的速度，從而實現混凝土的低熱緩凝目的，起到緩凝的效果。另外，混凝土規范中規定，早強劑和緩凝劑只可改善混凝土早期的強度和水化熱但不能影響終強。因此，緩凝劑是不會影響后期強度的。

緩凝劑只能消減水泥水化放熱的峰值, 延長放熱峰值出現的時間,使放熱過程拉長、劇烈的放熱升溫過程線更加平緩。

現試驗設計如下表：

表4-4 緩凝劑試驗表及試驗結果

分析實驗數據，可以看出當葡萄糖摻量為0.01%時，緩凝效果最好，而再看葡萄糖酸鈉D三組摻量為在0.04%時坍落度損失最小。所以最佳配比為A2B3，即各緩凝組分摻量分別為：葡萄糖0.01%、葡萄糖酸鈉D0.04%，將該復合外加劑記為JY2011。復合外加劑的配比如下表：

表 4-5復合外加劑配比

4.2.2.5復合外加劑JY2011對混凝土性能的影響

將復合外加劑JY2011應用于混凝土中，試驗結果如表4-6。

表4-6 復合外加劑與聚羧酸系減水劑對混凝土的影響

通過試驗數據可以看出，在C30、C35混凝土中，復合外加劑JY2011能夠與聚羧酸系減水劑具有相同的作用效果，在相同摻量下，能夠使混凝土保持良好的工作性，并且60min后混凝土的坍落度損失分別小于5%、10%。

5 結論

(1) 萘系減水劑作為減水組分，其凈漿流動度在200mm時減水劑的摻量為1.1%，而當流動度在200±20mm時摻量可選范圍為0.9%-1.2%；

(2)復合外加劑JY2011能夠與聚羧酸系減水劑具有相同的使用效果，能夠使混凝土保持良好的工作性，并且60min后對C30、C35的混凝土的坍落度損失分別小于5%、10%；聚羧酸有在澆筑高標號混凝土是摻量小的優點，但是聚羧酸對原材料（粗骨料、細骨料）的含泥要求較高，且性能尚不穩定，成本較高，而本復配外加劑能夠在實際生產中適應范圍更廣泛的原材料，成本低且易于配制，能夠取得較好的經濟效益

參考文獻

[1] 夏壽榮.混凝土外加劑配方手冊.化學工業出版社，2010.

[2] [作者簡介]張萌，男，河北建設集團混凝土分公司技術科技術員。

[3] [通訊地址]河北省保定市河北建設集團混凝土分公司（071000）