193 商品混凝土廠如何自制泵送劑？

作者：馬清浩

現(xiàn)代混凝土由六組分構(gòu)成，混凝土＝水泥＋摻合料＋砂子＋石子＋化學(xué)外加劑＋水，混凝土制造商要想搞懂混凝土產(chǎn)品的配制機(jī)理及產(chǎn)品性能，僅靠外買泵送劑還是不夠的。只有自制泵送劑，不僅讀懂了泵送劑的內(nèi)涵，明白混凝土性能不良時的原因，而且節(jié)約了10％～30％的泵送劑成本，提高了企業(yè)競爭力，促進(jìn)了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。外加劑的作用是摻量小而明顯改善混凝土性能的物質(zhì)。改善混凝土的性能見表１。普通混凝土結(jié)構(gòu)示意圖如圖１所示，混凝土組成的體積比如圖２所示，混凝土拌制工藝流程如圖３所示。

一、正確選擇外加劑品種（表２、表３）

各種外加劑的性能和作用各不相同，使用時應(yīng)當(dāng)從混凝土性能要求出發(fā)選擇合適的外加劑。在HPC中高效減水劑是最重要的，也是必不可少的外加劑，因此必須慎重選擇。引氣劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑和防凍劑等其他類型外加劑，也是HPC在某些情況下所需要的。

（１）高效減水劑

吸附高分子鏈的各種狀態(tài)如圖４所示，減水劑在水泥顆粒表面吸附形式示意圖如圖５所示，界面活性劑按離子性質(zhì)的分類和結(jié)構(gòu)見表４。

高效減水劑的摻加量、摻加方式與水泥的適應(yīng)性等問題制約著所配制HPC的性能。由于聚羧酸鹽系高效減水劑在市場上所占的分額較低（2％以下），目前最常使用的高效減水劑主要有密胺系和萘系高效減水劑兩類。密胺系高效減水劑主要為鈉鹽，無色；萘系高效減水劑以鈉鹽和鈣鹽為主，呈棕色。

在混凝土中選用高效減水劑時，要同時考慮水泥的品種和其他成分的特性，如摻合料的特性。在不允許引入氯離子或預(yù)計(jì)有潛在的堿-集料反應(yīng)危害時，要慎重選擇鈉鹽減水劑。選用時既要考慮經(jīng)濟(jì)性，又要注意減水劑的質(zhì)量穩(wěn)定性。

應(yīng)該注意的是，千萬不能僅根據(jù)產(chǎn)品說明書來選用高效減水劑和確定摻量，一定要通過試驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)念愋停_定合適的摻量。當(dāng)選擇兩種以上的外加劑進(jìn)行復(fù)合摻加時，更要通過試驗(yàn)確定它們的搭配比例，并避免產(chǎn)生沉淀失效。

密胺系高效減水劑本身無色，與白水泥配合時不會帶入淺棕色，但其價格較萘系減水劑高，在HPC配制時極少采用。為控制混凝土坍落度損失，常常需要將萘系減水劑與緩凝劑等組分復(fù)合使用。但是，混凝土坍落度損失原因十分復(fù)雜，目前還沒有找到一種合適的方法解決坍落度損失的問題。盡管氨基磺酸鹽和聚羧酸鹽系減水劑在控制坍落度損失方面具有較好的效果，但有時也難免會出現(xiàn)意外現(xiàn)象。水泥漿集料界面微觀結(jié)構(gòu)模型圖如圖６所示，水灰比與水泥石結(jié)構(gòu)如圖７所示，水泥漿的結(jié)構(gòu)如圖8所示，萘系的坍落度損失及氨基磺酸鹽等高效減水劑控制坍落度損失機(jī)理如圖9所示，混凝土化學(xué)外加劑綜合性能圖如圖10所示，不同外加劑的用量與減水率關(guān)系如圖11所示，普通混凝土達(dá)到高性能混凝土的技術(shù)途徑如圖12所示。

（２）引氣劑

摻入引氣劑可使混凝土在攪拌過程中引入大量均勻分布的微小氣泡，防止離析泌水，更重要的是有效地改善了混凝土的抗凍融性和抗除冰鹽性能，是提高混凝土使用壽命的一項(xiàng)有效措施。

目前市場上供應(yīng)的引氣劑主要有松香類和烷基磺酸鹽類，另外，也有用皂苷加工而成的產(chǎn)品。松香類引氣劑制備方法簡便，價格比較低，但引入的氣泡結(jié)構(gòu)較差；烷基磺酸鹽類是典型的表面活性劑，引氣效果較好。

混凝土中的引氣量不僅與引氣劑品種、摻量有關(guān)，而且也與水泥品種，水泥用量，摻合料的品種、摻量，水膠比，攪拌的方式、時間，坍落度，停放時間，振搗的方式、時間和氣溫等多種因素有關(guān)，必須通過試驗(yàn)找尋其中的規(guī)律，并在實(shí)際施工時不要輕易改變施工參數(shù)。工程中還經(jīng)常將引氣劑和高效減水劑等外加劑復(fù)合使用，必須通過試驗(yàn)確定合適的比例，最大程度地發(fā)揮協(xié)同作用。

（３）緩凝劑

摻加緩凝劑能夠延長混凝土的凝結(jié)時間。緩凝劑與減水劑復(fù)合摻加還可以延緩混凝土的坍落度損失，降低水化放熱速率，使大體積混凝土避免開裂。緩凝劑主要有無機(jī)鹽和有機(jī)物兩類。選擇緩凝劑時同樣要通過試驗(yàn)確定其品種和摻量。必須注意的是，摻緩凝劑混凝土的凝結(jié)時間與緩凝劑摻量并非簡單的線性關(guān)系。對于有些緩凝劑，摻量超過一定數(shù)值后，緩凝效果將劇增，易導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故。緩凝劑與其他品種外加劑，如減水劑、防水劑或膨脹劑等復(fù)合摻加時，均必須事先進(jìn)行試驗(yàn)。常用外加劑化學(xué)結(jié)構(gòu)式見表５。

二、正確確定外加劑的摻量

確定外加劑的合適摻量，應(yīng)該在保證混凝土技術(shù)性能要求的前提下，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的效果。有些外加劑超量摻加時，不僅達(dá)不到預(yù)期效果，反而會帶來嚴(yán)重的負(fù)面作用。常用減水劑摻量范圍見表６。

以固體摻量表示，以下外加劑的常用摻量為：萘系減水劑0.5％～1.0％（占水泥質(zhì)量百分比，以下同）；密胺系高效減水劑0.5％～1.0％；氨基磺酸鹽系高效減水劑0.4％～0.8％；聚羧酸鹽系高效減水劑0.1％～0.4％；木質(zhì)素磺酸鈉（鈣、鎂）0.2％～0.3％；引氣劑的摻量一般都很小（千分之一到十萬分之一）；緩凝劑較為特殊，它的摻量與其種類有很大關(guān)系。

三、正確對待外加劑與水泥/摻合料的適應(yīng)性問題

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)硅酸鹽水泥流程如圖13所示，硅酸鹽水泥原料的化學(xué)組成見表７，硅酸鹽水泥主要礦物組成與特性見表８，用稠度儀測定凝結(jié)時間示意圖如圖14所示，雷氏夾示意圖如圖15所示，影響外加劑與水泥之間適應(yīng)性的因素見表９。

不同的外加劑具有各自不同的功能，能夠?qū)炷聊骋环矫婊蚰硯追矫孢M(jìn)行改性。按照混凝土外加劑的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，將檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻加到用按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥所配制的混凝土中，如能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，該水泥與這種外加劑就是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，則該水泥與這種外加劑之間存在不適應(yīng)性。純Ｃ３Ｓ，βＣ2Ｓ，Ｃ3Ａ和Ｃ4ＡＦ凈漿抗壓強(qiáng)度的發(fā)展如圖16所示。

易出現(xiàn)與水泥不適應(yīng)現(xiàn)象的外加劑有：木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、萘系高效減水劑、引氣劑、緩凝劑和速凝劑等。

影響HPC中外加劑與水泥適應(yīng)性的因素很多，如：水泥品種、水泥礦物組成、水泥中石膏形態(tài)和摻量、水泥堿含量、水泥細(xì)度、水泥新鮮程度、摻合料種類及摻量、水膠比等。在配制ＨＰＣ之前，必須選擇數(shù)種水泥和外加劑樣品，進(jìn)行交叉試驗(yàn)，尋求適應(yīng)性最好的外加劑和水泥品種，這樣才能最大程度地提高ＨＰＣ性能，并滿足施工要求。外加劑與水泥不相適應(yīng)的常見現(xiàn)象及采取的措施見表10。

四、萘系減水劑的多元復(fù)合改性

目前使用的大量萘系減水劑存在著坍落度損失大、與水泥的適應(yīng)性差、易泌水等缺陷，運(yùn)用物理多元復(fù)合技術(shù)對萘系減水劑進(jìn)行了改性。改性后的萘系減水劑減水率增加，與水泥的相容性好，可有效控制坍落度損失，混凝土的泌水少、干縮小，其抗凍、抗?jié)B等耐久性能提高。

（１）萘系減水劑

由于萘系減水劑是大量應(yīng)用的一種高效減水劑，選用萘系減水劑，主要成分為β萘磺酸鹽甲醛縮合物，最佳摻量Ｃ×（0.7％～0.8％），減水率15％～20％。

（２）緩凝組分

高效減水劑復(fù)合緩凝組分可以有效降低坍落度損失。常用的緩凝劑有木質(zhì)素磺酸鹽、糖蜜、羥基羧酸、多無醇、磷酸鹽等。有資料顯示，木鈣雖有引氣、緩凝，但其復(fù)合后的流動度經(jīng)時損失依然較大；糖鈣雖使流動度經(jīng)時損失小，但其緩凝性能強(qiáng)，會影響混凝土的早期強(qiáng)度，且使混凝土收縮大，影響耐久性；檸檬酸雖然也有較小的流動度經(jīng)時損失，但過摻將使混凝土嚴(yán)重緩凝，且價格較高，易吸潮結(jié)塊，影響均勻分散。磷酸鹽使流動度經(jīng)時損失小，緩凝時間適中、可調(diào)，屬無機(jī)鹽，無毒、不燃、易溶于水。同時在水泥水化過程中可形成鈣鹽，有利于混凝土強(qiáng)度的提高。故此選擇磷酸鹽為緩凝組分。

（３）引氣組分

萘系減水劑復(fù)合引氣組分后，可以引入大量封閉的微小氣泡，更好地改善混凝土拌合物的和易性，減少泌水和降低黏性，提高硬化混凝土性能。

最常用的引氣劑有松香類和合成陰離子表面活性劑。這里選擇洗滌行業(yè)廣泛使用且價格低廉、氣泡性能穩(wěn)定的烷基苯磺酸鈉為引氣組分，摻量為0.005％～0.02％時，引氣量２％～７％。這里不需要大量引氣，含氣量大時，強(qiáng)度會降低，控制含氣量2％～３％為宜。

（４）配方

萘系減水劑Ｃ×0.75％，磷酸鹽Ｃ×0.1％，烷基苯磺酸鈉Ｃ×0.007％。

五、具體試驗(yàn)方案

混凝土分布情況統(tǒng)計(jì)表見表11，Ｃ30混凝土試驗(yàn)配合比見表12，水泥顆粒的絮凝狀結(jié)構(gòu)如圖１７所示，極性氣泡所起的潤滑作用如圖18所示，減水劑作用機(jī)理如圖19所示，混凝土減水劑作用機(jī)理如圖20所示，減水劑靜電斥力分散機(jī)理示意圖如圖21所示，投料順序如圖22所示，減水劑空間位阻礙斥力分散機(jī)理示意圖如圖23所示，坍落度維持與損失模型如圖２４所示，空白水泥漿和減水劑水泥漿見表13。