萘系高效減水劑與聚羧酸系減水劑的性能比較

1、萘系高效減水劑與聚羧酸系減水劑的性能比較一、混凝土減水劑概述及作用機(jī)理減水劑是一種重要的混凝土外加劑，能夠最大限度地降低混凝土 水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。減水劑分為普通減水劑和高效 減水劑，減水率大于5%小于10%的減水劑稱為普通減水劑，如松香 酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉和硬脂酸皂等；減水率大于10%的減水劑稱為高 效減水劑，如三聚氰胺系、萘系、氨基磺酸系、改性木質(zhì)素磺酸系和 聚羧酸系等。在眾多咼效減水劑中，具有梳形分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸系咼 效減水劑因其減水率高、坍落度保持性能良好、摻量低、不引起明顯 緩凝等優(yōu)異性能，成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。減水作用是表面活性劑對(duì)水泥水化過(guò)程所起的一種重

2、要作用。減水劑是在不影響混凝土工作性的條件下， 能使單位用水量減少；或在 不改變單位用水量的條件下，可改善混凝土的工作性；或同時(shí)具有以 上兩種效果，又不顯著改變含氣量的外加劑。目前，所使用的混凝土 減水劑都是表面活性劑，屬于陰離子表面活性劑。水泥與水?dāng)嚢韬?，產(chǎn)生水化反應(yīng)，出現(xiàn)一些絮凝狀結(jié)構(gòu)，它包裹 著很多拌和水，從而降低了新拌混凝土的和易性（又稱工作性，主要 是指新鮮混凝土在施工中，即在攪拌、運(yùn)輸、澆灌等過(guò)程中能保持均 勻、密實(shí)而不發(fā)生分層離析現(xiàn)象的性能）。施工中為了保持所需的和 易性，就必須相應(yīng)增加拌和水量，由于水量的增加會(huì)使水泥石結(jié)構(gòu)中 形成過(guò)多的孔隙，從而嚴(yán)重影響硬化混凝土的物理力學(xué)性能

3、， 若能將 這些包裹的水分釋放出來(lái)，混凝土的用水量就可大大減少。在制備混 凝土的過(guò)程中，摻入適量減水劑，就能很好地起到這樣的作用。For personal use only in study and research; not for commercial use混凝土中摻入減水劑后，減水劑的憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表 面，而親水基團(tuán)指向水溶液，構(gòu)成單分子或多分子層吸附膜。由于表 面活性劑的定向吸附， 使水泥膠粒表面帶有相同符號(hào)的電荷， 于是在 同性相斥的作用下，不但能使水泥水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀 態(tài)，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體，從而 將絮凝結(jié)構(gòu)內(nèi)的水釋放出來(lái)，達(dá)

4、到減水的目的。減水劑加入后，不僅 可以使新拌混凝土的和易性改善， 而且由于混凝土中水灰比有較大幅 度的下降，使水泥石內(nèi)部孔隙體積明顯減少，水泥石更為致密，混凝 土的抗壓強(qiáng)度顯著提高。減水劑的加入，還對(duì)水泥的水化速度、凝結(jié) 時(shí)間都有影響。這些性質(zhì)在實(shí)用中都是很重要的。但是，減水劑在有 效地破壞水泥漿體的絮凝結(jié)構(gòu)釋放出內(nèi)部的自由水的同時(shí)也削弱了 水泥顆粒與水之間的作用。 從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)， 它總是會(huì)不同程度地加 劇拌合物的泌水和沉降離析現(xiàn)象， 這是現(xiàn)今混凝土澆注后常在表面出 現(xiàn)花斑，嚴(yán)重時(shí)則形成蜂窩麻面、 網(wǎng)狀或沿著箍筋的塑性收縮裂縫等 瑕疵的重要原因。二、萘系高效減水劑 萘系高效減水劑是經(jīng)化工合成

5、的非引氣型高效減水劑， 化學(xué)名稱 萘磺酸鹽甲醛縮合物。 具有非引氣、 超塑化、高效減水和增強(qiáng)等功能。 特點(diǎn)：低堿、低硫酸鈉、對(duì)水泥適應(yīng)性強(qiáng)，特別適合于有高效減水和增強(qiáng)要求的流態(tài)混凝土、 蒸養(yǎng)混凝土， 也可用作復(fù)合混凝土外加劑的 母體材料。萘系高效減水劑是各類復(fù)配外加劑的主要原料，如：泵送 劑，緩凝高效減水劑，早強(qiáng)高效減水劑等。可用于日最低氣溫oc以上施工的混凝土， 并適用于制備大流動(dòng)性混凝土， 高強(qiáng)混凝土以及蒸 養(yǎng)混凝土。 摻萘系高效減水劑的混凝土采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)， 必須在混凝 土具有必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度后才能升溫，蒸養(yǎng)制度應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。萘系高效減水劑主要性能特點(diǎn)如下：1、高效減水。其減水率達(dá) 25

6、%以上。超塑化，能有效增大混凝 土的流動(dòng)性， 減少泌水和離析， 從而改善混凝土的和易性， 便于施工、 易于密實(shí)。2、增強(qiáng)效果好。在膠凝材料用量相同的條件下，摻高效減水劑的混凝土 1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度較同期基準(zhǔn)混凝土可提高 50 110%、40 90%、4070%和 20 40%。3、適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)于各種規(guī)格、型號(hào)的水泥。產(chǎn)品與其它外加 劑相容性好， 與膨脹劑、 引氣劑等外加劑及粉煤灰等活性摻合料相配 合，功能相互補(bǔ)充、相互激發(fā)。4、凝結(jié)時(shí)間適宜。產(chǎn)品對(duì)水泥的初、終凝時(shí)間影響很小，其凝 結(jié)時(shí)間差一般在 1h 之內(nèi)。5、產(chǎn)品硫酸鈉含量低，配成液體在冬季無(wú)結(jié)晶，解決了在冬季 混凝土制造中

7、因硫酸鈉結(jié)晶而造成管道堵塞的難題， 為冬季混凝土施 工提供了便利；與緩凝組分復(fù)合后，混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失小。6、產(chǎn)品安全性能好。無(wú)毒、無(wú)刺激性和放射性，不含對(duì)鋼筋有銹蝕危害的物質(zhì)；不易燃易爆，屬非危險(xiǎn)品7、耐久性好。產(chǎn)品能有效改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，從而大幅度提 高混凝土的抗?jié)B、抗碳化和抗凍融等耐久性能指標(biāo)。8、使用方便。產(chǎn)品既可以直接使用，亦可以先溶解于水，配成 溶液型外加劑使用，適用各種施工環(huán)境或攪拌機(jī)型的要求。9、萘系減水劑拌合物坍落度損失較快。三、聚羧酸系高效減水劑聚羧酸系減水劑的主要作用機(jī)理 : 具有梳型結(jié)構(gòu)的聚羧酸系減 水劑摻入新拌混凝土后，減水劑所帶的極性陰離子活性基團(tuán)如 SO 3-

8、、一COO-等通過(guò)離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊 緊地吸附在強(qiáng)極性的水泥顆粒表面， 從而使水泥顆粒帶電， 根據(jù)同性 電荷相斥原理， 阻止了相鄰水泥顆粒的相互接近， 增大了水泥與水的 接觸面積，使水泥充分水化，并且在水泥顆粒擴(kuò)散的過(guò)程中，釋放出 凝聚體所包含的游離水，改善了和易性，減少了拌水量。同時(shí)結(jié)構(gòu)中 具有親水性的聚醚側(cè)鏈， 伸展于水溶液中， 從而在所吸附的水泥顆粒 表面形成有一定厚度的親水性立體吸附層。 當(dāng)水泥顆?？拷鼤r(shí)， 吸附 層開(kāi)始重疊，即在水泥顆粒間產(chǎn)生空間位阻作用，重疊越多，空間位 阻斥力越大， 對(duì)水泥顆粒間凝聚作用的阻礙也越大， 使得混凝土的坍 落度保持良好。 因此，

9、對(duì)水泥顆粒產(chǎn)生靜電作用力和空間位阻斥力的 聚羧酸系高效減水劑， 在用量較小的情況下， 便對(duì)水泥顆粒有顯著的 分散作用，同時(shí)聚合物的親水聚醚側(cè)鏈在水泥礦物水化產(chǎn)物中仍可以 伸展開(kāi)，這樣聚羧酸類減水劑受到水泥的水化反應(yīng)影響小， 可長(zhǎng)時(shí)間 地保持分散效果，使坍落度損失減小。與其它高效減水劑相比， 聚羧酸類減水劑更重要的特點(diǎn)是它可以 往主鏈上添加具備不同作用的基團(tuán)， 因此集不同功能于一種產(chǎn)品。 例 如除大幅度減小用水量外 ,還可以引氣、調(diào)凝等；也可以根據(jù)不同用 途需要添加基團(tuán)， 例如用于預(yù)拌混凝土?xí)r， 就強(qiáng)化保持工作度性能良 好的基團(tuán) ,以滿足長(zhǎng)距離運(yùn)輸、長(zhǎng)時(shí)間待用的需要；用于預(yù)制混凝土 時(shí)，則增加可

10、以使拌合物發(fā)揮高早期強(qiáng)度的基團(tuán)， 以滿足不用蒸汽養(yǎng) 護(hù)也無(wú)需延長(zhǎng)生產(chǎn)周期的需要等。但是 ,隨著聚羧酸類減水劑在大型混凝土工程中的推廣應(yīng)用 ,也逐 漸暴露出一些問(wèn)題 ,例如有時(shí)混凝土拌合物顯現(xiàn)過(guò)于粘稠、粘底 ,以及 澆注后泌水、分層現(xiàn)象嚴(yán)重，拆模后表面呈現(xiàn)麻面、砂線、氣孔多， 硬化后上表面呈現(xiàn)厚砂漿層等 , 尤其是水下灌注混凝土、摻粉煤灰混 凝土等。究其原因，可能與使用者對(duì)聚羧酸類減水劑的特性 , 以及它 與水泥、礦物摻和料的相容性特點(diǎn)不熟悉有密切關(guān)系。由于聚羧酸系高性能減水劑摻量小、 減水率高， 使用聚羧酸系高 性能減水劑配制 C45 以上的各類高性能混凝土，可以大幅度降低工 程成本，具有顯著

11、的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益；用于配制 C45 以下等級(jí)混凝土， 雖然聚羧酸系高性能減水劑的成本偏高， 但可以通過(guò)增加礦物摻合料 用量，降低混凝土的綜合成本，同樣具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。（一）、主要性能特點(diǎn)1、摻量低、減水率高：減水率可高達(dá) 45%，可用于配制高強(qiáng)以 及高性能混凝土。2、坍落度經(jīng)時(shí)損失小： 預(yù)拌混凝土 2h 坍落度損失小于 15%，對(duì) 于商品混凝土的長(zhǎng)距離運(yùn)輸及泵送施工極為有利。3、混凝土和易性和穩(wěn)定性好但流動(dòng)性稍差：用聚羧酸系高性能 減水劑配制的混凝土即使在高坍落度情況下，也不會(huì)有明顯的離析、 泌水現(xiàn)象，混凝土外觀顏色均一。用于配制高標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，混凝土 和易性好、粘聚性好，混凝土易于攪拌

12、。4、混凝土收縮?。嚎擅黠@降低混凝土收縮，顯著提高混凝土體 積穩(wěn)定性及耐久性。5、堿含量極低：堿含量 0.2%6、產(chǎn)品穩(wěn)定性好：低溫時(shí)無(wú)沉淀析出。7、唯一的缺點(diǎn)可能就是與其他水泥和膠凝材料的適應(yīng)性問(wèn)題， 可以這么說(shuō)，聚羧酸類減水劑是所有減水劑系類中與水泥適應(yīng)性最差 的外加劑之一，雖然聚羧酸系減水劑與大多數(shù)水泥有良好的適應(yīng)性， 但對(duì)個(gè)別水泥有可能出現(xiàn)減水率偏低， 坍落度損失偏大的現(xiàn)象。 另外， 水泥的細(xì)度和儲(chǔ)存時(shí)間也可能會(huì)影響聚羧酸系減水劑的使用效果。 所 以在使用之前都要對(duì)水泥以及其他膠凝材料做適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)來(lái)確定其 性能好壞，這是很值得注意的地方！8、某些聚羧酸系減水劑不可與萘系減水劑混合使用，

13、使用聚羧 酸系高性能減水劑時(shí)必須將使用過(guò)萘系高效減水劑的攪拌機(jī)和攪拌 車沖洗干凈否則可能會(huì)失去減水效果。9、聚羧酸減水劑的摻量使用前應(yīng)進(jìn)行混凝土試配試驗(yàn)，以求最 佳摻量10、由于摻用聚羧酸系減水劑混凝土的減水率較大， 因此坍落度 對(duì)用水量的敏感性較高，使用時(shí)必須嚴(yán)格控制用水量。一般而言，減 水劑減水率越高，則在其有效摻量區(qū)間內(nèi)拌和物流動(dòng)度對(duì)摻量越敏 感，因此羧酸減水劑比萘系減水劑敏感的多。11、摻用聚羧酸系高性能減水劑后，混凝土含氣量有所增加（一 般為2%5%）有利于改善混凝土的和易性和耐久性， 不宜直接蒸養(yǎng) 混凝土中使用。（二）、聚羧酸系減水劑的若干應(yīng)用注意事項(xiàng) 1、混凝土表面出現(xiàn)浮灰的原因

14、國(guó)內(nèi)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用規(guī)程中 ,根據(jù)沒(méi)有減水劑存在的條件下砂 漿流動(dòng)度試驗(yàn)將粉煤灰進(jìn)行分級(jí)， 長(zhǎng)期以來(lái)使人們形成了一個(gè)思維定 勢(shì)：即粉煤灰的級(jí)別與應(yīng)用效果密切相關(guān)。事實(shí)上，由于聚羧酸系減 水劑具有不同于萘系減水劑的特性，使摻有級(jí)別高的I級(jí)粉煤灰和這 類減水劑的拌合物， 尤其是當(dāng)粉煤灰摻量較小、 水膠比較大的拌合物 更易于出現(xiàn)泌水、離析分層的現(xiàn)象。這是因?yàn)镮級(jí)灰的玻璃體含量通 常較高，在減水劑存在的情況下，它與水的吸附作用進(jìn)一步減弱，在 配制水膠比較大、 強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土拌合物時(shí)就可能更易于出現(xiàn) 離析，出現(xiàn)粉煤灰上浮，當(dāng)表層水分蒸發(fā)后就出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。這種現(xiàn) 象在建筑物的樓板混凝土澆注過(guò)程尤為突

15、出， 因其暴露面積大， 且強(qiáng) 度等級(jí)較低，容易觀測(cè)到；而對(duì)于澆注高度大但暴露面小的構(gòu)件：例 如柱、墩等，分層離析的問(wèn)題應(yīng)該會(huì)更加嚴(yán)重， 只是不那么顯眼而已。為了減小或避免這種現(xiàn)象， 建議在工程中選用等級(jí)較低， 即燒失 量、需水量較大的粉煤灰來(lái)配制泵送混凝土或其他流動(dòng)性要求高的混 凝土。2、應(yīng)預(yù)先稀釋與充分?jǐn)嚢?與萘系減水劑的分子量較低， 且易于噴霧成粉劑不同， 聚羧酸系減水 劑的分子量大，因此表觀粘度較大，且其摻量較小，因此應(yīng)在加入攪 拌機(jī)前，將其預(yù)先稀釋58倍以便于計(jì)量，并在短時(shí)間拌合，這樣 可以充分發(fā)揮其分散作用。 摻有聚羧酸系減水劑和礦物摻和料且水灰 比 （水膠比 ） 較低的拌合物必須攪

16、拌均勻，才能得到滿足需要的工作 度。 ,當(dāng)攪拌設(shè)備的拌合作用不足，不能使各組分均勻分散和接觸， 就會(huì)使拌合物外觀十分干稠，拌不開(kāi)，3聚羧酸系減水劑與萘系減水劑的相容性 聚羧酸系減水劑能否與萘系減水劑復(fù)合使用， 取決它的組分原材 料和生產(chǎn)工藝。 也就是說(shuō)， 有的聚羧酸系減水劑可以隨意與萘系減水 劑復(fù)合， 而有的聚羧酸系減水劑不僅不能與萘系減水劑復(fù)合使用， 甚 至當(dāng)裝運(yùn)過(guò)摻有聚羧酸系減水劑拌合物的罐車沒(méi)有清洗干凈就再裝 運(yùn)摻萘系減水劑的拌合物時(shí)， 就會(huì)出現(xiàn)明顯的坍落度損失， 以至卸車 困難的問(wèn)題。四、聚羧酸系減水劑與萘系減水劑的優(yōu)缺點(diǎn)比較（一）、萘系減水劑拌合物坍落度損失較聚羧酸系減水劑快。（二

17、）、摻聚羧酸減水劑的混凝土和易性較好，在較高的摻量或較 高用水量時(shí)也不會(huì)發(fā)生明顯的離析、 泌水，混凝土在模板中的沉降也 較小，也就是說(shuō)從穩(wěn)定性指標(biāo)來(lái)說(shuō)， 聚羧酸減水劑要明顯好于萘系減 水劑。但從流動(dòng)性指標(biāo)來(lái)說(shuō)，則弱于萘系減水劑。（三）、萘系減水劑的適應(yīng)性較聚羧酸系減水劑強(qiáng)。某一具體的聚羧酸系產(chǎn)品的 “適應(yīng)面 ”不及萘系產(chǎn)品。 萘系產(chǎn)品是 由相同原材料在相同工藝條件下合成的結(jié)構(gòu)性能相同的產(chǎn)品， 聚羧酸 減水劑是由不同種原材料在不同工藝條件下合成的具有相類似分子 結(jié)構(gòu)的一類產(chǎn)品。 萘系產(chǎn)品的不同主要體現(xiàn)在原材料的品質(zhì)和工藝條 件的穩(wěn)定性上， 而聚羧酸產(chǎn)品的不同基于化學(xué)分子結(jié)構(gòu)的不同。 具體 到應(yīng)用

18、上，萘系產(chǎn)品對(duì)不同情況的適應(yīng)性更多表現(xiàn)在最佳摻量在一定 范圍內(nèi)的波動(dòng)或坍落度損失值的相對(duì)大小。對(duì)于某一具體聚羧酸產(chǎn) 品，情況截然不同：如果該產(chǎn)品能適應(yīng)混凝土材料，混凝土狀態(tài)會(huì)很 好，坍損也??；若不能適應(yīng)混凝土材料， 則結(jié)果就不是程度的不同了， 而可能是完全失效， 這時(shí)必須換用另一種類型的產(chǎn)品才能解決。 事實(shí) 上這樣的情況經(jīng)常發(fā)生， 特別是用北方原材料， 可能原因是水泥礦物、 微量元素或助磨劑等。也就是說(shuō)從 “適應(yīng)面 ”上說(shuō)，某一特定的聚羧酸 產(chǎn)品的適應(yīng)性不及萘系產(chǎn)品。（四）、減水劑的摻量與減水率特性關(guān)系 有的類型高效減水劑具有明顯的飽和點(diǎn)，即當(dāng)摻量較小 ,低于飽和點(diǎn) 時(shí) ,減水率較小 ;而當(dāng)摻

19、量達(dá)到飽和點(diǎn)以后 ,減水率不再增大，且拌合物 會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。 聚羧酸系減水劑正屬于這一類型減水劑， 而萘系減 水劑飽和點(diǎn)不明顯，減水率隨摻量增加逐漸增大，沒(méi)有明顯的拐點(diǎn)， 且流動(dòng)性隨時(shí)間減小明顯 （ 用 5min 和 60min 時(shí)檢測(cè)流下時(shí)間的差 異表示） ,即工作度損失較大。應(yīng)用聚羧酸系減水劑時(shí)，需要注意避開(kāi) 敏感區(qū)，即接近飽和點(diǎn)的摻量，或者說(shuō)是減水率最大的摻量。從室內(nèi) 試驗(yàn)的結(jié)果看， 往往這時(shí)拌合物的水膠比最小， 因此強(qiáng)度發(fā)展速率也 最快，但是這樣做不僅不經(jīng)濟(jì)， 而且對(duì)于摻聚羧酸系減水劑的拌合物 來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性就會(huì)不良，即由于現(xiàn)場(chǎng)各種因素的波動(dòng)，容易出現(xiàn)要么 減水率偏低、流動(dòng)性不滿足要求

20、，要么拌合物出現(xiàn)泌水、離析嚴(yán)重的 現(xiàn)象。（五）、聚羧酸系減水劑的拌合物含氣量通常較萘系的大，氣泡孔 徑也較大。五、萘系減水劑與聚羧酸系減水劑的共性（一）減水劑的適應(yīng)性與其摻量直接相關(guān) 萘系減水劑摻量較高的高標(biāo)號(hào)混凝土流動(dòng)性較好， 坍落度損失較 ??；但中低標(biāo)號(hào)混凝土往往流動(dòng)性差，坍落度損失也較大，當(dāng)減水劑 摻量達(dá)到一定用量后，才能保持較好的流動(dòng)性。 而適當(dāng)增加摻量是 改善工作性的最有效措施。 但過(guò)量摻入會(huì)造成混凝土嚴(yán)重泌水， 和易 性較差，混凝土中水泥漿大量流失， 導(dǎo)致混凝土密實(shí)度不足二影響強(qiáng) 度和耐久性。聚羧酸外加劑同樣如此。（ 二） 與萘系減水劑適應(yīng)性差的水泥一般與聚羧酸減水劑適應(yīng)性 也較差

21、。一般說(shuō)來(lái)，堿含量高、鋁酸鹽含量高或細(xì)度高的水泥需水量大。 萘系減水劑的摻量較高，坍落度損失較大，同樣，用聚羧酸減水劑也 有相同的規(guī)律。 某些摻加萘系減水劑有滯后泌水現(xiàn)象的水泥， 改用聚 羧酸減水劑同樣會(huì)泌水， 但程度稍輕。 若水泥由于石膏原因存在非正 常坍落度損失 （ 混凝土在出機(jī)幾分鐘后即失去流動(dòng)性 ） ，用聚羧酸 減水劑也不會(huì)有改觀，只能同時(shí)補(bǔ)充硫酸根離子才能從根本上解決， 這跟萘系減水劑是一致的。（三）、減水劑與水泥及礦物摻和料的相容性試驗(yàn)表明： 含堿量較低的水泥以及摻有粉煤灰、 磨細(xì)礦渣時(shí)的拌 合物與高效減水劑的相容性明顯改善。但是，凈漿試驗(yàn)與混凝土試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)缺乏可比性。也就是說(shuō) : 凈漿試驗(yàn)結(jié)果不錯(cuò)，可是混凝土試驗(yàn)卻表明它們之間的相容性并不 好，或者反之。 ,2005 年 10 月下旬至年底新中央電視臺(tái)主樓底板平 面尺寸約為300m X200m,最大厚度超過(guò)10m，最大一次混凝土連續(xù) 澆注達(dá)到37 000m3。為了減小這一典型大體積混凝土的溫度應(yīng)力，采用了大摻量粉煤灰混凝土 （粉煤灰摻量約為 50 %） ,施工坍落