混凝土外加剂研究与制备

尚孝振

（铁正检测科技有限公司，济南 250000）

1 外加剂的品种分类及基本组成

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极为重要。外加剂按主要功能分为4 类[1]，分别为：

1）改善混凝土拌和物和易性的外加剂；

2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂；

3）改善混凝土耐久性的外加剂；

4）改善混凝土其他性能的外加剂。

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合适的缓凝剂，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。

2 水泥混凝土原材料对减水剂性能的影响

2.1 水泥矿物对减水剂的影响

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%，一般需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明显改善，可在减水剂中加入硫代硫酸钠予以解决。

2.2 水泥掺合料对减水剂的影响

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。矿渣粉及石灰石粉容易引起混凝土泌水，粉煤灰黏度低，能明显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进行对比，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。

2.3 砂对减水剂的影响

2.3.1 含泥量

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就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100 kg。

2.3.2 砂子级配

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很大的影响，主要体现在0.3mm 及0.075 mm 以下的颗粒含量，0.3 mm 以下的通过率小于15%时，一般要加大砂率进行解决，当0.075 mm 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。

2.3.3 风化程度

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100 kg。

2.3.4 含絮凝剂的砂子

把砂子放入水中快速搅拌浑浊，观察其澄清的快慢程度进行判断，若是澄清很快基本可以判断存在絮凝剂，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，没有任何意义。

3 减水剂的复配应用

3.1 复配原则

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。

3.2 减水剂配方确定方法及步骤

3.2.1 减水剂含固量计算法

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25 kg 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，保坍性能主要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3 h 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10 kg 增加1%的含固量。葡萄糖酸钠的用量跟环境温度相关，经验做法是环境温度1 ℃使用1 kg 葡钠，比如环境温度为20 ℃时加20 kg 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。

4）引气剂等其他助剂：由于用量很低，含固量可以忽略不计。

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80 kg/t，SR-1 缓释母液的用量一般不超过40 kg/t，竹本引气剂2 kg/t，竹本消泡剂0.2 kg/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。

拟选用20%的含固量进行试配，环境温度20 ℃，计算过程如下。

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

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

3）减水母液：HL-700 母液的用量通过剩余含固量=20－2－1.6－4=12.4 进行计算：12.4×25=310 kg。

4）引气剂：竹本引气剂2 kg。

5）消泡剂：竹本消泡剂0.2 kg。

6）水：1000－360－80－40－20－2－0.2=547.8 kg。

最终得出每吨减水剂配方如下：

HL-700∶SR-3∶SR-1∶葡萄糖酸钠∶引气剂∶消泡剂∶水=360∶80∶40∶20∶2∶0.2∶547.8。

3.2.2 传统方法确定减水剂配方

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。根据试拌情况再进行调整。缓凝组分只知葡萄糖酸钠和白糖，出现异常情况时，加碱或者加硫、加保水，轮番尝试。

3.2.3 先诊断后试拌确定减水剂配方

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否需要进行调整，直到确定出最终减水剂配方。

3.2.4 减水剂配方试拌

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验[3]，并观察保坍时间，根据检测结果对减水剂配方进行相应的调整。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。当出现异常情况时，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，首先考虑是否减水率过大，降低减水母液的用量进行再次试拌验证，如果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；如果出现混凝土拌和物包裹性不好，首先要考虑砂率是否合适、碎石级配是否合理，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相应的解决方案，直到达到满意的结果。

3.2.5 减水剂上机验证

在正式确定外加剂配方之前，必须要在拌和站上机试拌进行验证，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。

4 结语

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，在正常情况下，工作效率较高，确定配方速度较快。缺点是试拌遇到异常情况时，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测数据，因此据实际情况，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。