萘系高效减水剂与聚羧酸高性能减水剂在混凝土中应用

摘要：萘系高效减水剂与聚羧酸高性能减水剂作为减水剂市场上的主要产品，在现代混凝土工程中应用十分广泛，本文简要介绍了这两种减水剂的性能特点，使用中的优缺点以及在工程应用的实例。

关键词：掺量减水率碱含量坍落度适应性

引言

随着我国经济建设的不断发展，基础性工程建设规模日益扩大。水利水电、高铁、桥梁、海港、隧道、地铁、核电工程中，混凝土都占有很大比重，其中掺加的外加剂，直接影响混凝土的外观质量、抗压强度、抗渗抗冻性能、耐久性及使用寿命。下面系统介绍萘系高效减水剂与聚羧酸高性能减水剂的性能，以及在工程中的应用实例。

1、混凝土外加剂的品种

混凝土减水剂的品种：按照GB8076-2008《混凝土外加剂》标准，混凝土减水剂分为普通减水剂、高效减水剂和高性能减水剂。普通减水剂是指减水率为8%-14%的减水剂，主要是指木质素磺酸盐减水剂，为减水剂的早期产品；高效减水剂是指减水率在14%以上和25%以下的减水剂，包括萘系减水剂、蒽系减水剂、洗油系减水剂、脂肪族减水剂、密胺系减水剂和氨基磺酸盐减水剂，萘系减水剂一直占据80%左右的市场，在超高强砼中，多与其他外加剂复合使用；高性能减水剂指减水率为25%以上的减水剂，主要指聚羧酸系减水剂，属于目前减水剂产品中的高档产品。

2.萘系高效减水剂的特点

2.1萘系高效减水剂的分类

萘磺酸盐甲醛缩合物，简称萘系减水剂，根据其产品中Na2SO4含量的高低，可分为高浓型产品Na2SO4含量＜3%、中浓产品Na2SO4含量3%―10%、低浓产品Na2SO4含量＞10%。目前大多数萘系高效减水剂合成厂都具备将Na2SO4含量控制在3%以下的能力，有些先进企业甚至可将其控制在0.4%以下。该类型高效减水剂的减水率较高（15%―25%），基本上不影响混凝土的凝结时间，引气量低（＜2%），提高混凝土强度效果较明显。

2.2萘系高效减水剂的临界掺量

萘系减水剂优点之一是掺入高效减水剂的水泥浆体，有一个临界掺量，超过这一掺量继续掺加时，水泥浆体的流动性和混凝土的初始坍落度不再增加，这一点称为饱和点，此时外加剂掺量称为饱和掺量，在外加剂和水泥适应性很好的情况下，在饱和点上增加减水剂掺量，可以在长时间内保持大坍落度。

2.3萘系高效减水剂的缺点

萘系减水剂的缺点之一是与水泥掺合料的适应性问题，这与减水剂本身的磺化程度、聚合度、中和离子的种类、Na2SO4含量掺和时的状态、掺量、掺加方法，以及水泥/掺合料的化学成分、矿物组成、碱含量、石膏形态及与铝酸盐比例、细度等因素有关。

缺点之二是掺加后混凝土坍落度损失较快，所以，在商品混凝土中使用的一般要同时复合缓凝、引气等组分进行改性，得到所谓的泵送剂产品。

3聚羧酸高性能减水剂的特点

3.1化学组成决定了良好的性质

聚羧酸减水剂的减水性能与所选聚合单体的种类及个嵌段链节的组成有关，这种用自由基溶液聚合制备的聚合物电解质，在掺量很小（0.1%―0.2%）的条件下就可产生较大的分散效果，并具有优良的缓凝、早强或保坍作用。聚合物侧链上的乙氧基链节有时也被称为接投链，这种结构特征，不仅对减水剂由影响，而且对抑制坍落度损失也有重要作用。

聚羧酸系减水剂在水泥颗粒表面的吸附量较小，但由于其带有许多支链，可以产生共间位阻效应，因而掺量很低时就可实现较好的阻化效果、支链的存在以齿形的吸附方式，使得初始的水泥水化产物较难将减水剂分子吸附层覆盖，因而，该减水剂在水泥颗粒表面有效作用时间具有掺量低、坍落度保持性好、与水泥适应性较好的特点，是配制低水较比、高强、高耐久性混凝土的首选。

3.2高减水性、高保塑性

聚羧酸系高性能减水剂是配置无振捣自密实高性能混凝土和高强高性能混凝土的首选外加剂。混凝土配合比设计参数变化较大，性能得到显著改善，可以保持混凝土的工作性和高流动性的条件下，使混凝土的水灰比降到最低。在同水灰比同减水剂掺量的情况下，聚羧酸系高性能减水剂和萘系高效减水剂相比，聚羧酸系减水剂对水泥有较好的分散性，能较为显著地改善水泥浆体的流动性。聚羧酸系高性能减水剂在有效掺量之间，1小时后水泥浆体的流动度大于250mm，1小时的流动度损失约在10%之内，保塑性优良。

3.3聚羧酸高性能减水剂超掺量的问题

由于聚羧酸系高性能减水剂具有高减水率低掺量的特点，当配制聚羧酸系高性能减水剂混凝土时，应严格按照试配后的最低掺量和用水量进行计算，并要求计量设备和计量精度必须准确和灵敏。否则，当聚羧酸系高性能减水剂超掺量时，会产生离析、泌水、或含气量过大等不良现象。聚羧酸系高性能减水剂在一定掺量时水泥浆体流动度出现下降趋势，表明减水效果有一个极限值，超过其极限值时，水泥的流动性降低，减水效果变差。

4. 萘系高效减水剂的应用。

4.1萘系减水剂的工程实例

由于萘系减水剂工艺成熟，且生产成本、价格较低，所以应用很广泛。在商品混凝土拌和站中，多采用萘系减水剂母液直接加入骨料中拌合混凝土。举世瞩目的三峡工程、黄河万家寨水电站、华能德州火力电厂、南水北调工程、龙羊峡水电站等大型水利电力工程，大部分采用萘系减水剂。

混凝土各个组分之间存在着相容性（适应性）好坏的差异，应用场合也在很大程度上影响外加剂的适用性。配制不需要经过泵送，坍落度30-50cm的路面板、水工大坝等工程用混凝土，萘系高效减水剂优于聚羧酸系减水剂。

4.2萘系高效减水剂的掺加方法

在混凝土搅拌过程中，外加剂的掺加方法对外加剂的使用效果影响很大。减水剂掺加方法大体分为先掺法（在拌合水之前掺入）、同掺法（与拌合水同时掺入）、滞水法或后掺法（在拌合后经过一定时间才按1次或几次加入到具有一定含量的混凝土拌合物中，再经2次或多次搅拌）。对于萘系减水剂，为了避开水泥的C3A、C4A矿物成分的选择性吸附，以后掺法为好。

5. 聚羧酸高性能减水剂的应用

5.1重点工程中的应用。

客运高速铁路工程几乎全部使用聚羧酸系高性能减水剂，包括武广、京津、郑西、石大、合武等十一条客运专线，其累计总里程约3000公里；还有京沪、太中银、广珠、哈大等四条客运专线，总里程约3000公里。快速客运专线设计使用年限应满足100年，实践证明，聚羧酸高性能减水剂对于保证铁路工程建设的进度和质量发挥了十分重要的作用。

重大海洋工程对混凝土的耐久性要求很高，东海大桥、杭州湾跨海大桥等海洋工程在设计中明确提出了百年耐久性的概念，工程建设过程中使用了聚羧酸系高性能减水剂，经实践测试验证，使用效果良好。

南水北调工程是一项大规模、远距离、跨流域的系统工程，所经区域地质环境复杂多变，工程要求混凝土具备高抗渗性、高抗冻性、高耐久性，工程建设中也选用了聚羧酸高性能减水剂。

5.2水泥适应性问题

由于我国水泥品种和质量总体上复杂多变，特别是当遇到适应性极差的水泥时，聚羧酸减水剂混凝土依然会出现拌合物流动性差及坍落度损失大的现象，依然存在着水泥适应性问题，。

6.结论

（1）应首先根据混凝土及施工条件的要求，选择合适的减水剂品种；

（2）坍落度较小的非泵送混凝土，或者对施工技术要求不高的混凝土，施工时应优先选取萘系高效减水剂；

（3）高强、高标号混凝土配制时，若使用萘系减水剂，需复配其他组分的外加剂；

（4）自密实、高流动性混凝土，或其他对碱含量控制指标较高的混凝土的配制，应优先采用聚羧酸高性能减水剂；

（5）高强度、高抗冻性、高抗渗性、高耐久性的混凝土工程中，应优先采用聚羧酸高性能减水剂。