王學(xué)成，姜鳳傳

（齊魯交通發(fā)展集團(tuán)有限公司建設(shè)管理分公司，山東 濟(jì)南 250000）

目前的混凝土外加劑，是由高濃度減水劑母液根據(jù)工程需要稀釋，并根據(jù)使用需求摻加早強(qiáng)劑、引氣劑、緩凝劑等其他外加劑，復(fù)配得到的產(chǎn)品。混凝土外加劑在保證混凝土和易性及性能調(diào)節(jié)方面有至關(guān)重要的作用，目前在各大建筑領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成了混凝土中不可或缺的材料。目前公路橋梁工程中外加劑主要由減水劑另加引氣劑、泵送劑、緩凝劑等其他外加劑復(fù)配而成。

1 公路橋梁工程施工中常用的混凝土外加劑

1.1 聚羧酸減水劑

目前公路橋梁工程中使用較多的減水劑為聚羧酸減水劑，起源于日本，為第三代高性能減水劑，由高濃度的聚羧酸減水劑母液稀釋而成。它的減水機(jī)理：水泥在加水?dāng)嚢柽^程中會(huì)產(chǎn)生一些絮凝狀結(jié)構(gòu)，大量的拌和水會(huì)被其包裹在內(nèi)部（見圖1），不能為漿體的流動(dòng)性做貢獻(xiàn)，因此需要增加拌和用水量，造成混凝土的強(qiáng)度降低、抗?jié)B性變差等。當(dāng)摻入一定量減水劑后，減水劑的憎水基團(tuán)會(huì)定向吸附在水泥顆粒的表面，而親水基團(tuán)指向水溶液，構(gòu)成單分子或多分子吸附膜，起到吸附、分散、潤濕、潤滑的作用，因此減少一部分的用水量就可以使混凝土的和易性得到明顯的改善（見圖2）。

圖1 絮凝狀結(jié)構(gòu)示意圖

（1）聚羧酸減水劑母液種類。目前使用的聚羧酸型減水劑，最近幾年國內(nèi)大部分廠商可以通過化工合成生產(chǎn)。其根據(jù)主鏈支鏈連接方式的不同，一般分為酯類和醚類[1]。

圖2 游離水充分分散示意圖

近年來，酯類減水劑由于合成工藝復(fù)雜、酯化率低、產(chǎn)品不穩(wěn)定，且能耗高、成本高，逐漸被淘汰。醚類減水劑合成是直接用一定分子量的含有不飽和鍵封端的聚氧乙烯醚“大單體”，和含有不飽和鍵的小分子單體“小單體”，在酸性條件下及氧化劑的作用下共聚而成。

對于醚類減水劑母液的生產(chǎn)工藝，氧化劑常用的有過氧化氫（H2O2）和過硫酸銨（(NH4)2S2O8）兩種。使用兩種不用氧化劑工藝產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性及適應(yīng)性不盡相同，利弊如下：

①過氧化氫（H2O2）工藝。該工藝主要使用過氧化氫作為氧化劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)比較柔和、可控，溫度基本恒定，成品率高，也是目前絕大部分廠家生產(chǎn)采用的工藝。但該工藝要求廠家必須配備專用保存?zhèn)}庫，因?yàn)檫^氧化氫屬不穩(wěn)定材料，過氧化氫見光、遇熱都會(huì)加速過氧化氫分解，產(chǎn)生有害物質(zhì)，屬于管控化工品。

該工藝生產(chǎn)的減水劑母液含氣泡量較大，對外觀質(zhì)量有明確要求的工程來說，在復(fù)配過程中需加入有機(jī)硅類消泡劑消除氣泡。但同時(shí)消泡劑會(huì)將混凝土中大部分的微小氣泡消除后形成大氣泡，造成引氣劑的失效，進(jìn)而造成混凝土外觀氣泡增多，影響外觀質(zhì)量；并且由于混凝土中的微小氣泡被消除，混凝土的耐久性也會(huì)受到一定程度的影響。對于可進(jìn)行外觀修飾的市政、建筑等工程，可選擇該工藝的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)性較好；對于有外觀質(zhì)量要求較高的公路橋梁工程，不建議采用該工藝生產(chǎn)的外加劑母液。

②過硫酸銨（(NH4)2S2O8）工藝。該工藝主要使用過硫酸銨作為氧化劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)過程相對劇烈，溫度、壓力、時(shí)間等反應(yīng)參數(shù)需嚴(yán)格控制，要求在反應(yīng)過程中對反應(yīng)釜進(jìn)行降溫。因此，對于該工藝反應(yīng)設(shè)備要求較高，大多價(jià)格昂貴，且母液成品率低，風(fēng)險(xiǎn)較高。

該工藝目前只有少數(shù)廠家在用戶有明確要求的情況下采用。該工藝避免了母液生產(chǎn)過程中的氣泡問題，免去了母液的消泡過程，對于公路橋梁工程的混凝土結(jié)構(gòu)物外觀質(zhì)量有明顯的提升作用，且能保證混凝土的耐久性要求。

（2）性能特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：①摻量低、減水率高。聚羧酸減水劑的減水率能達(dá)到45%，可以應(yīng)用到高強(qiáng)及高性能混凝土的配制過程中。②坍落度輕時(shí)損失小。在混凝土拌制中使用聚羧酸減水劑，可以使得混凝土2h坍落度損失＜15%，有利于混凝土的長距離運(yùn)輸和泵送施工。③混凝土工作性好。配制混凝土的過程中，加入適量的聚羧酸減水劑，可以確?；炷良幢闶窃诟咛涠鹊那闆r下，也不會(huì)出現(xiàn)離析或泌水現(xiàn)象，且能使混凝土外觀顏色保持均一。在高標(biāo)號(hào)混凝土中加入適量的聚羧酸減水劑，可有效增強(qiáng)混凝土的工作性、粘聚性，并更利于攪拌。④混凝土收縮小。拌制混凝土?xí)r加入的聚羧酸減水劑，能在降低混凝土收縮性的同時(shí)，增強(qiáng)其穩(wěn)定性及耐久性。⑤穩(wěn)定性好。低溫的情況下，沒有沉淀析出。⑥綠色環(huán)保。聚羧酸減水劑無毒無害，屬于一種綠色環(huán)保的材料。⑦經(jīng)濟(jì)效益好。相對于其他類型的減水劑，聚羧酸減水劑的造價(jià)比較低。

缺點(diǎn)：聚羧酸類減水劑與水泥的適應(yīng)性比較差，因此實(shí)際使用聚羧酸減水劑前，應(yīng)對水泥和其他膠凝材料做適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)，明確其性能好壞。

1.2 其他外加劑種類

（1）早強(qiáng)劑。公路橋梁工程中使用的早強(qiáng)劑正常成分應(yīng)為三乙醇胺或磷酸三磷脂類的物質(zhì)，該類產(chǎn)品價(jià)格相對較高，因此現(xiàn)在大多數(shù)廠家使用廉價(jià)的雜胺或混胺作為添加劑代替常規(guī)的早強(qiáng)劑。但該類物質(zhì)容易與鋼筋發(fā)生反應(yīng)，對鋼筋混凝土的耐久性有較大的影響。另外，早強(qiáng)劑對混凝土的作用比較敏感，劑量難以把控，公路橋梁工程使用早強(qiáng)劑的過程中必須嚴(yán)格控制用量，對于耐久性要求高的部分分項(xiàng)工程更是要謹(jǐn)慎使用。且若有早強(qiáng)需求的結(jié)構(gòu)物使用早強(qiáng)劑，不如單純提高水泥用量，降低水膠比，或用早強(qiáng)水泥。

早強(qiáng)水泥是在水泥生產(chǎn)過程中提高水泥熟料（主要由CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3組成）用量，再添加助磨劑生產(chǎn)。該工藝生產(chǎn)的早強(qiáng)水泥質(zhì)量相對穩(wěn)定、成分比較可靠，對公路橋梁工程有早強(qiáng)需求的結(jié)構(gòu)物（如墩柱、蓋梁、預(yù)制梁板等）應(yīng)選用早強(qiáng)型水泥。需要注意的是，不應(yīng)盲目地在外加劑中添加早強(qiáng)成分，且使用早強(qiáng)水泥時(shí)養(yǎng)生措施必須到位。若早強(qiáng)水泥供應(yīng)有困難的情況下，提高混凝土半個(gè)等級，也可達(dá)到早強(qiáng)的要求。

（2）保坍劑與緩凝劑。公路橋梁施工中要根據(jù)運(yùn)距及作業(yè)時(shí)長確定保坍及緩凝時(shí)間。保坍劑是能保持混凝土坍落度不快速損失的外加劑，保坍劑的作用機(jī)理是延緩水泥水化凝結(jié)，達(dá)到保持坍落度的效果（如使用不當(dāng)對水泥石強(qiáng)度會(huì)有較大影響）。緩凝劑是一種調(diào)節(jié)稠化時(shí)間的化學(xué)外加劑，它能減緩水泥的水化速度，延長水泥漿由塑態(tài)到固態(tài)所需的時(shí)間，對水泥石的后期強(qiáng)度無不利影響。

由于公路橋梁施工的特殊性（結(jié)構(gòu)物大多不粉飾、有清水要求），因此應(yīng)該謹(jǐn)慎使用保坍材料。保坍材料是由大單體TPEG合成而來，其作用機(jī)理是拉長側(cè)鏈長度，提高小分子含量，加大“膜式”包裹狀態(tài)來達(dá)到保坍效果。但小分子含量的增加會(huì)引起混凝土泌漿（漿水混合物），造成混凝土表面漿體過多，影響混凝土表面強(qiáng)度及表面密實(shí)度。因此，公路橋梁工程結(jié)構(gòu)物施工不建議摻加過多保坍成分，應(yīng)隨氣溫升高及時(shí)調(diào)整緩凝成分。

2 公路橋梁工程外加劑應(yīng)用中需要注意的問題

2.1 外加劑的成分選擇

目前水泥熟料的燒結(jié)和粉磨工藝相對成熟，熟料的燒結(jié)質(zhì)量相對穩(wěn)定，但是隨著燒結(jié)和粉磨工藝同步提高以及節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)性的需求，水泥行業(yè)內(nèi)水泥的成分有了較大的調(diào)整。目前水泥中熟料的含量普遍較低，粉煤灰、礦渣粉等成分摻量較大，導(dǎo)致水泥中摻加的助磨劑、礦物摻合料（粉煤灰、礦渣粉以及少量的冶金、電力等行業(yè)固體廢棄物粉磨）由于其質(zhì)量及成分的不同很容易引起與聚羧酸減水劑的適應(yīng)性問題[2]。因此，在選擇水泥品種及聚羧酸減水劑的成分前，應(yīng)進(jìn)行配合比的摻配試驗(yàn)，以確保所選減水劑成分與水泥的適應(yīng)性良好，能達(dá)到減水效果。

2.2 摻量及使用要求

針對公路橋梁工程混凝土原材料特別是黃砂的短缺現(xiàn)狀，品質(zhì)及含泥量波動(dòng)較大，外加劑使用時(shí)應(yīng)提高摻量，以降低外加劑的敏感性，保證混凝土性能的穩(wěn)定性。

由于復(fù)配后外加劑中含固量一般不高于20%，對于C50及以上混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)外加劑中的含水量應(yīng)參考用水量的設(shè)計(jì)，同時(shí)外加劑減水率的要求應(yīng)不低于28%。

2.3 外加劑的種類要求

針對各標(biāo)號(hào)的混凝土應(yīng)使用兩種及以上種類的外加劑，不能單靠調(diào)整外加劑的摻量來滿足各標(biāo)號(hào)混凝土的要求（C30以下混凝土細(xì)集料天然砂含泥量5%及以下，C30及以上含泥量3%及以下[4]），因?yàn)楹嗔坎煌瑢ν饧觿┑奈樟烤蜁?huì)不同。

C30以下混凝土外加劑，應(yīng)降低外加劑的敏感程度，提高摻量保證混凝土連續(xù)生產(chǎn)且性能穩(wěn)定；C30及以上混凝土，因膠凝材料用量較高，應(yīng)選用高濃度（高減水率）外加劑，提高混凝土的工作性。

3 結(jié)束語

目前混凝土外加劑的發(fā)展已經(jīng)歷了普通減水劑、高效減水劑和目前的第三代高性能減水劑，在國家環(huán)保及淘汰落后產(chǎn)能的大趨勢下，不僅混凝土的品質(zhì)出現(xiàn)了大幅下降，水泥的熟料摻量也遠(yuǎn)低于國標(biāo)要求，添加料品種及摻量開始不斷增多。但混凝土的品質(zhì)保持現(xiàn)階段水平不能降低，這就要求混凝土外加劑要有更好的適應(yīng)性。在這一背景下，必將催生出第四代外加劑，推動(dòng)公路橋梁行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。