混凝土外添加剂概述

混凝土外加剂概述

张高杰

（江西理工大学资环学院，江西赣州34100）摘要：比较系统的阐述了混凝土外加剂的种类及其概念，而且也详细的描了混凝土外加剂的工作机理，并对混凝土外加剂使用的注意事项加以叙述使读者能对混凝土有一个更加系统的理解。

关键词：混凝土外加剂，混凝土，减水剂，速凝剂，引气剂，缓凝剂混凝土是由水泥、水、砂、石子所组成，其中，水泥是胶结材料，通过

水化反应将砂、石胶结在一起形成一块完整的人造石。水的作用是一要保证水泥的水化，二要保证混凝土有一定的流动度。砂、石约占混凝土总体积的3/4以上，构成混凝土的骨架，保证混凝土有更高的体积稳定性和耐久性，又大大降低了混凝土成本。现代混凝土则是除上述四种材料外增加了第五组分—混凝

土外加剂。

混凝土外加剂（英文：concrete admixtures）简称外加剂，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。混凝土外加剂的掺量一

般不大于水泥质量的5%。混凝土外加剂产品的质量必须符合国家标准《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）的规定。

按主要功能分为四类：

(1)改善混凝土拌合物和易性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；

(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；

(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等；

(4)改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂[15]

本文主要就减水剂，引气剂，缓凝剂和速凝剂着重介绍。

<一>减水剂概述

减水剂是混凝土外加剂的一种，可以单独使用，也可与其他功能性组分复配，用来改善新拌和混凝土性能。当在水泥中加入减水剂后，在不改变混合体系组成的条件下，可增加混凝土拌合物的和易性与保坍性；或在

混凝土拌合物的和易性不变条件下，减少拌和用水量以提高混凝土的强度与耐久性，并降低因水泥的水合作用而引起的裂变、收缩及热变形等现象川。在新修订的GB 8076---2008中，按照减水率的大小，将减水剂分为普通减水剂(以木质素磺酸盐类为代表)、高效减水剂(包括萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等)和高性能减水剂(以聚羧酸系减水剂为代表)。建设部于2007年12月推出聚羧酸产品标准JG／T 223--2007(聚羧酸系高性能减水剂》。据中国建筑材料联合会混凝土外加剂分会的统计分析，2007年全国合成混凝土减水剂产量约284．54万t，其中高效减水剂(折成固体计算)225．6万t。占79．3％；高性能减水剂(按照20％液体计算)41．43万t，占14．6％；木质素磺酸盐普通减水剂占6．2％。在各种高效减水剂中，萘系高效减水剂产量占87．5％，脂肪族高效减水剂占5．1％，氨基磺酸盐高效减水剂占4．4％，蒽系高效减水剂占2．1％，密胺系高效减水剂占0．18％fn。

目前我国混凝土减水剂萘系、氨基磺酸盐、三聚氰胺、脂肪族等高教减水刺合成．r艺技术稳定，萘系高效减水剂产量仍然位居各种减水剂之首，聚羧酸系高性能减水剂加速发展，低毒、环保型产品和生产技术已成为新的研究热点。存在的问题主要有：①厂家规模小，合成工艺及检测手段落后删。②产品性能有待提高。从离效减水剂的产量上来看，市场上90％以上是低浓型的萘系减水剂，产品中含有较高含最的硫酸钠，不仅影响减水率，而且会导致减水剂与水泥、减水剂与其他外加剂的相容性变差。③减水剂的清洁生产技术还需加强。传统的减水剂产品多为甲醛缩合物，典型的有萘磺酸甲醛缩合物减水剂、磺化三聚氰胺甲醛缩合物以及氨基苯磺酸盐苯酚甲醛缩合物等，均有可能向大气中释放甲醛有毒物，污染环境，危害人类健、防水剂和泵送剂等。

1 国内常用混凝土减水剂

木质素磺酸盐减水剂是最常用的普通型减水剂，价格便宦，减水率为8％一10％．既可单独使用．也町作为复合型外加剂原料，但该类减水剂易在低水灰比拌合物中造成缓凝，常引入大量空气而影响混凝土的性能。另外木材种类不同，加工工艺不同，也会对混凝土造成一些未知的危害性，渐渐被随后出现的

萘系减水剂所取代。

萘系减水剂产品主要成分为萘磺酸甲醛缩合物．生产工艺简单，是目前我国产量最大、应用面最广的高效减水剂。其减水率一般为20％左右嗍。在合成工艺上，它是用工业萘与硫酸在160--150℃下磺化，经水解与甲醛进行缩合反应，用烧碱中和而随着建筑业对高效减水剂的要求日益提高。低浓型的萘系高效减水剂中硫酸钠含量的居高不下导致了外加剂中碱含量增高、混凝土的耐久性降低，众多工程出现碱骨料反应现象，使用寿命大幅缩短。由于碱骨料反应导致大坝损毁的在国内外屡见不鲜．如巴西的Moxoto大坝和法国的Chambon大坝，前者在工程完工三年后便}岫览了碱骨料反应，后者在建成后50--60年发生了碱骨料反应[03。而且，近年来工业萘出现全球性短缺，价格不断上涨。萘系减水剂的发展应用也因此受到了限制。

三聚氰胺高效减水剂的主要成分为磺化三聚氰胺甲醛缩合物，它是用i聚氰

胺、甲醛及亚硫酸钠在碱性介质中经羟甲基化磺化缩聚而成的一种阴离子型、早强、非引气型高效减水剂，性能优异．对环境友好。由于三聚氰胺价格昂贵。且通常只能以较低浓度的液体形式供应，致使三聚氰胺类减水剂的价格高于萘系减水剂，因而在国内一直不能大量、广泛的使用。

氨基磺酸盐高效减水剂具有减水率高、坍落损失小，且含碱量较低的特点，有利于防止混凝土碱骨料反应，冬季使用无沉淀、结晶等特点，适用于酉C制高性能混凝土。该产品主要成分为氨基苯磺酸盐苯酚甲醛缩合物，它是由对氨基苯磺酸、苯酚在弱碱性(pH值9左右)条件下与甲醛缩合而成的棕色液体减水剂。氨基磺酸盐高效减水剂虽有较高的减水率，但泌水现象严重。

脂肪族类减水剂是一种高减水、高增强的减水剂品种，具有生产工艺简单、生产周期短、生产和使用过程中无三废排放的优点。该产品主要成分为磺化丙酮甲醛缩合物，它是以丙酮与亚硫酸钠(或焦亚硫酸钠。加碱)、甲醛经磺化缩合而成。

聚羧酸高性能减水剂是配制高性能混凝土的重要组成材料，曾在武汉的合武高速铁路、天兴洲大桥等大型重点丁程建设的预拌混凝土中应用，并取得良好的应用效果。高性能混凝土减水剂已成为优质混凝土必不可少的材料。1981年，日本NipponShobubai和Master Builderstechnology(现在的Degussa)开始研制聚羧酸减水剂．并于1986年首先把产品投入市场n。它是一种分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，其分子呈梳形结构，主链上带极性较强的多个活性基团，侧链带有亲水活性基团，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而成。此类产品的分散能力由强静电斥力与空间位阻共同决定[81，具低掺用量、高减水率、高增强效果、高保塑性及体积稳定性的特点。国内市场上的聚羧酸系减水剂按合成所选用的单体叮分成四种不同的种类：甲基丙烯酸／烯酸甲酯共聚物、丙烯基醚共聚物、酰胺／酰亚胺型和两性型产品。然而，聚羧酸减水剂母体性能较为单一，品种不多，渐渐无法满足不同领域不同性能混凝土的要求，对早强、缓凝、泵送等不同性能的需求，无法生产出相应的聚羧酸母体，这极大地制约了聚羧酸系减水剂的广泛应用与发展。

2高效减水剂的作用机理

现在为大家普遍接受的高效减水剂作用机理理论有3种，即静电斥力理论、空间位阻效应理论和反应性高分子缓慢释放理论，这里仅介绍前两种常用的机理理论．

(1)静电斥力理论

高效减水剂大多属于阴离子型表面活性剂．由于水泥粒子在水化初期时其表面带有正电荷Ca2+，减水剂分子中的负离子一Soi，一Coo一就会吸附于水泥粒子上，形成吸附双电层(e电位)，使水泥粒子相互排斥，防止了凝聚的产生．e 电位绝对值越大，减水效果越好，这就是静电斥力理论．该理论【61主要适用于萘系、三聚氰胺系及改性木钙系等目前常用的高效减水剂系统．根据DLVO 理论L2 2I，当水泥粒子因吸附减水剂而在其表面形成双电层后，相互接近的水泥颗粒会同时受到粒子间的静电斥力和范德华引力的作用．Yoshioka等人控3』认为，随着手电位绝对值的增大，粒子间逐渐以斥力为主，从而防止了粒子间的凝聚．与此同时，静电斥力还可以把水泥颗粒内部包裹的水释放出来，使体系处于良好而稳定的分散状态．Daimon等-，41通过研究水泥水化的过程发现，随着