在所有混凝土外加劑產(chǎn)品中,減水劑是目前研究和使用最廣泛的一種。摻加減水劑可以改善混凝土拌合物的流動性,易于施工,并可實現(xiàn)高難度的施工工藝,如高程泵送、自密實、自流平等;在保持坍落度不變的情況下,可減少用水量,提高強度(可配制C6～C100以上混凝土),改善耐久性;在保持坍落度和設(shè)計強度不變的情況下,則可節(jié)約水泥用量(10%～25%),有利于節(jié)能、降耗和環(huán)保。
一、混凝土減水劑的分類和主要品種
按照《GB8076-1997混凝土外加劑》標準,我國減水劑分為普通減水劑和高效減水劑兩類。
1.普通減水劑
所謂普通減水劑,是指減水率不小于5%,3天、7天抗壓強度比為10%以上,28天抗壓強度比為5%以上的減水劑。
我國普通減水劑品種主要有木質(zhì)素磺酸鹽(木鈣、木鈉、木鎂、木銨、木鉀等)、糖鈣和糖蜜等。
2.高效減水劑
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。
我國高效減水劑品種主要有萘磺酸鹽甲醛縮合物(萘系)、磺化三聚氰胺甲醛縮合物(三聚氰胺系)、氨基磺酸鹽系、脂肪族系和聚羧酸鹽系減水劑等。
二、混凝土減水劑的特點、應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑
木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑是世界上使用最早的減水劑品種,已有70年的歷史。它的減水率相對較低(5%～12%),具有一定緩凝性,對混凝土抗壓強度提高的幅度較小,一般僅用于強度等級為C35以下的混凝土。在大體積混凝土中,木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑的應用也較廣泛。木質(zhì)素磺酸鹽摻量大時混凝土含氣量高,緩凝性強,對強度有嚴重的負面影響。另外,這類減水劑與調(diào)凝組分為硬石膏的水泥不適應。
由于目前混凝土追求大流動性、高強和高耐久性,一定程度上影響了木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑的使用,但由于它的原材料來源廣泛,價格便宜,仍占據(jù)著較大的市場。將木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑與萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系,甚至聚羧酸鹽系等高效減水劑復配使用,也是相互補充的一種手段。
2.萘系高效減水劑
萘系高效減水劑根據(jù)其產(chǎn)品中Na2SO4含量的高低,可分為高濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量<3%)、中濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量3%～10%)和低濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量>10%)。目前大多數(shù)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(yè)甚至可將其控制在0.4%以下。
萘系減水劑是我國目前生產(chǎn)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(jié)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。另外,萘系減水劑與某些水泥適應性還需改善。目前,萘系高效減水劑由于原材料———工業(yè)萘供應的緊張,價格浮動較大。
甲基萘、古馬隆屬于焦油的下游產(chǎn)品,這兩種原材料,以及蒽油,都可以替代工業(yè)萘用以合成高效減水劑,但此類高效減水劑在市場上并不多見,經(jīng)常是在工業(yè)萘供貨十分緊張的情況下,有些工廠才生產(chǎn)。這些產(chǎn)品往往揮發(fā)成分較多,有刺激性氣味,緩凝較嚴重,引氣性大,減水、增強效果不如萘系高效減水劑,混凝土坍落度損失較嚴重,與水泥適應性不佳。根據(jù)試驗和統(tǒng)計,幾種多環(huán)芳烴型高效減水劑的性能差異可以歸納為,減水率:萘系>古馬隆系>蒽系> 甲基萘系>煤焦油混合系;引氣性:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古馬隆系>萘系;緩凝作用:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古馬隆系>萘系;混凝土坍落度損失:蒽系>甲基萘系>萘系>古馬隆系>煤焦油混合系。
3.三聚氰胺系高效減水劑
三聚氰胺系高效減水劑引氣性小,無緩凝作用,減水率與萘系高效減水劑相當,對混凝土增強效果較好,但摻這種減水劑的混凝土坍落度損失也較快。由于三聚氰胺系高效減水劑生產(chǎn)成本較高,性能上并沒有表現(xiàn)出明顯超越萘系高效減水劑之處,所以結(jié)構(gòu)混凝土工程中極少使用。由于其無色和低引氣性的特征,目前在干粉建材及彩色路面磚等的生產(chǎn)中得到應用。
4.脂肪族系高效減水劑
脂肪族系高效減水劑生產(chǎn)工藝相對簡單,其摻量較低(0.5%),減水率20%以上,引氣量較低,不使混凝土過分泌水,對混凝土凝結(jié)時間影響較小。由于其摻入混凝土中后易滲色,經(jīng)常受到用戶的質(zhì)疑,但并不影響混凝土的內(nèi)在和表面性能。這種高效減水劑目前在高強管樁生產(chǎn)中應用較多。
5.氨基磺酸鹽系高效減水劑
氨基磺酸鹽系高效減水劑以氨基苯磺酸、苯酚、甲醛等為主要原料,也可用苯酚和尿素等原料合成。
氨基磺酸鹽系高效減水劑在摻量較低(0.2%～0.3%)時具有一定的塑化效果,它不僅具有較高的減水率(23%～28%),而且可有效地控制混凝土坍落度損失。氨基磺酸鹽系減水劑摻量較高時也易引起過度泌水和緩凝。將氨基磺酸鹽系高效減水劑與萘系高效減水劑等進行復合,不僅可以減少泌水,改善萘系高效減水劑與水泥的適應性,而且能增強混凝土的坍落度保持性。這類高效減水劑生產(chǎn)成本比萘系減水劑高。
6.聚羧酸鹽系高效減水劑
與其他品種減水劑相比,聚羧酸鹽系高效減水劑不僅具有超分散性能,而且能抑制混凝土的坍落度損失,是目前國內(nèi)外減水劑開發(fā)研究的重點。聚羧酸鹽系減水劑與不同的水泥均有相對較好的適應性,在低水膠比時更易發(fā)揮其低黏度和坍落度保持性能,所以它在歐洲和日本的推廣應用很快。
聚羧酸鹽系高效減水劑與其他高效減水劑相比,其突出優(yōu)點主要表現(xiàn)為:1)摻量低(固體摻量為0.2%～0.5%);2)對水泥漿體的分散性強;3)混凝土坍落度損失小,一般可保證坍落度維持1～2小時不損失;4)在相同流動性情況下,對混凝土凝結(jié)時間延緩較少;5)強度改善效果明顯;6)與水泥適應性好;7)分子結(jié)構(gòu)自由度大,進一步改善和分子優(yōu)化的空間較大;8)合成中不使用甲醛,對環(huán)境不造成污染,屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。
由于聚羧酸系高效減水劑具有以上多種獨特優(yōu)點,被認為是發(fā)展前景十分廣闊的外加劑。但由于對聚羧酸系減水劑的合成、作用機理和應用等方面的研究深度不夠,還存在一些急需解決的問題,包括:1)深入了解不同單體間復雜的相互作用,為改性提供理論依據(jù);2)清楚地表征該類減水劑的化學結(jié)構(gòu),從而找出其性能與結(jié)構(gòu)間的關(guān)系;3)雖然這種減水劑與水泥的相容性比其他種類的減水劑更好,但也經(jīng)常發(fā)生混凝土坍落度損失太快及混凝土快硬等不正?，F(xiàn)象,應盡快找出原因,并通過合成或復配工藝解決;4)摻該外加劑配制的低水膠比混凝土拌合物有時黏性太大,泵送困難,而有時黏度太低,振動成型時極易分層,或者有時泌水、引氣現(xiàn)象十分嚴重;5)聚羧酸系高效減水劑與常用緩凝組分、引氣組分和早強組分的相容性問題也需要解決。
一、混凝土減水劑的分類和主要品種
按照《GB8076-1997混凝土外加劑》標準,我國減水劑分為普通減水劑和高效減水劑兩類。
1.普通減水劑
所謂普通減水劑,是指減水率不小于5%,3天、7天抗壓強度比為10%以上,28天抗壓強度比為5%以上的減水劑。
我國普通減水劑品種主要有木質(zhì)素磺酸鹽(木鈣、木鈉、木鎂、木銨、木鉀等)、糖鈣和糖蜜等。
2.高效減水劑
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。
我國高效減水劑品種主要有萘磺酸鹽甲醛縮合物(萘系)、磺化三聚氰胺甲醛縮合物(三聚氰胺系)、氨基磺酸鹽系、脂肪族系和聚羧酸鹽系減水劑等。
二、混凝土減水劑的特點、應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑
木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑是世界上使用最早的減水劑品種,已有70年的歷史。它的減水率相對較低(5%～12%),具有一定緩凝性,對混凝土抗壓強度提高的幅度較小,一般僅用于強度等級為C35以下的混凝土。在大體積混凝土中,木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑的應用也較廣泛。木質(zhì)素磺酸鹽摻量大時混凝土含氣量高,緩凝性強,對強度有嚴重的負面影響。另外,這類減水劑與調(diào)凝組分為硬石膏的水泥不適應。
由于目前混凝土追求大流動性、高強和高耐久性,一定程度上影響了木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑的使用,但由于它的原材料來源廣泛,價格便宜,仍占據(jù)著較大的市場。將木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑與萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系,甚至聚羧酸鹽系等高效減水劑復配使用,也是相互補充的一種手段。
2.萘系高效減水劑
萘系高效減水劑根據(jù)其產(chǎn)品中Na2SO4含量的高低,可分為高濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量<3%)、中濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量3%～10%)和低濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量>10%)。目前大多數(shù)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(yè)甚至可將其控制在0.4%以下。
萘系減水劑是我國目前生產(chǎn)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(jié)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。另外,萘系減水劑與某些水泥適應性還需改善。目前,萘系高效減水劑由于原材料———工業(yè)萘供應的緊張,價格浮動較大。
甲基萘、古馬隆屬于焦油的下游產(chǎn)品,這兩種原材料,以及蒽油,都可以替代工業(yè)萘用以合成高效減水劑,但此類高效減水劑在市場上并不多見,經(jīng)常是在工業(yè)萘供貨十分緊張的情況下,有些工廠才生產(chǎn)。這些產(chǎn)品往往揮發(fā)成分較多,有刺激性氣味,緩凝較嚴重,引氣性大,減水、增強效果不如萘系高效減水劑,混凝土坍落度損失較嚴重,與水泥適應性不佳。根據(jù)試驗和統(tǒng)計,幾種多環(huán)芳烴型高效減水劑的性能差異可以歸納為,減水率:萘系>古馬隆系>蒽系> 甲基萘系>煤焦油混合系;引氣性:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古馬隆系>萘系;緩凝作用:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古馬隆系>萘系;混凝土坍落度損失:蒽系>甲基萘系>萘系>古馬隆系>煤焦油混合系。
3.三聚氰胺系高效減水劑
三聚氰胺系高效減水劑引氣性小,無緩凝作用,減水率與萘系高效減水劑相當,對混凝土增強效果較好,但摻這種減水劑的混凝土坍落度損失也較快。由于三聚氰胺系高效減水劑生產(chǎn)成本較高,性能上并沒有表現(xiàn)出明顯超越萘系高效減水劑之處,所以結(jié)構(gòu)混凝土工程中極少使用。由于其無色和低引氣性的特征,目前在干粉建材及彩色路面磚等的生產(chǎn)中得到應用。
4.脂肪族系高效減水劑
脂肪族系高效減水劑生產(chǎn)工藝相對簡單,其摻量較低(0.5%),減水率20%以上,引氣量較低,不使混凝土過分泌水,對混凝土凝結(jié)時間影響較小。由于其摻入混凝土中后易滲色,經(jīng)常受到用戶的質(zhì)疑,但并不影響混凝土的內(nèi)在和表面性能。這種高效減水劑目前在高強管樁生產(chǎn)中應用較多。
5.氨基磺酸鹽系高效減水劑
氨基磺酸鹽系高效減水劑以氨基苯磺酸、苯酚、甲醛等為主要原料,也可用苯酚和尿素等原料合成。
氨基磺酸鹽系高效減水劑在摻量較低(0.2%～0.3%)時具有一定的塑化效果,它不僅具有較高的減水率(23%～28%),而且可有效地控制混凝土坍落度損失。氨基磺酸鹽系減水劑摻量較高時也易引起過度泌水和緩凝。將氨基磺酸鹽系高效減水劑與萘系高效減水劑等進行復合,不僅可以減少泌水,改善萘系高效減水劑與水泥的適應性,而且能增強混凝土的坍落度保持性。這類高效減水劑生產(chǎn)成本比萘系減水劑高。
6.聚羧酸鹽系高效減水劑
與其他品種減水劑相比,聚羧酸鹽系高效減水劑不僅具有超分散性能,而且能抑制混凝土的坍落度損失,是目前國內(nèi)外減水劑開發(fā)研究的重點。聚羧酸鹽系減水劑與不同的水泥均有相對較好的適應性,在低水膠比時更易發(fā)揮其低黏度和坍落度保持性能,所以它在歐洲和日本的推廣應用很快。
聚羧酸鹽系高效減水劑與其他高效減水劑相比,其突出優(yōu)點主要表現(xiàn)為:1)摻量低(固體摻量為0.2%～0.5%);2)對水泥漿體的分散性強;3)混凝土坍落度損失小,一般可保證坍落度維持1～2小時不損失;4)在相同流動性情況下,對混凝土凝結(jié)時間延緩較少;5)強度改善效果明顯;6)與水泥適應性好;7)分子結(jié)構(gòu)自由度大,進一步改善和分子優(yōu)化的空間較大;8)合成中不使用甲醛,對環(huán)境不造成污染,屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。
由于聚羧酸系高效減水劑具有以上多種獨特優(yōu)點,被認為是發(fā)展前景十分廣闊的外加劑。但由于對聚羧酸系減水劑的合成、作用機理和應用等方面的研究深度不夠,還存在一些急需解決的問題,包括:1)深入了解不同單體間復雜的相互作用,為改性提供理論依據(jù);2)清楚地表征該類減水劑的化學結(jié)構(gòu),從而找出其性能與結(jié)構(gòu)間的關(guān)系;3)雖然這種減水劑與水泥的相容性比其他種類的減水劑更好,但也經(jīng)常發(fā)生混凝土坍落度損失太快及混凝土快硬等不正?，F(xiàn)象,應盡快找出原因,并通過合成或復配工藝解決;4)摻該外加劑配制的低水膠比混凝土拌合物有時黏性太大,泵送困難,而有時黏度太低,振動成型時極易分層,或者有時泌水、引氣現(xiàn)象十分嚴重;5)聚羧酸系高效減水劑與常用緩凝組分、引氣組分和早強組分的相容性問題也需要解決。
