王學成，姜鳳傳

（齊魯交通發(fā)展集團有限公司建設管理分公司，山東 濟南 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)使用需求摻加早強劑、引氣劑、緩凝劑等其他外加劑，復配得到的產品。混凝土外加劑在保證混凝土和易性及性能調節(jié)方面有至關重要的作用，目前在各大建筑領域得到了廣泛應用，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。它的減水機理：水泥在加水攪拌過程中會產生一些絮凝狀結構，大量的拌和水會被其包裹在內部（見圖1），不能為漿體的流動性做貢獻，因此需要增加拌和用水量，造成混凝土的強度降低、抗?jié)B性變差等。當摻入一定量減水劑后，減水劑的憎水基團會定向吸附在水泥顆粒的表面，而親水基團指向水溶液，構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 絮凝狀結構示意圖

（1）聚羧酸減水劑母液種類。目前使用的聚羧酸型減水劑，最近幾年國內大部分廠商可以通過化工合成生產。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雜、酯化率低、產品不穩(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品的經濟性及適應性不盡相同，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行聚合反應，反應比較柔和、可控，溫度基本恒定，成品率高，也是目前絕大部分廠家生產采用的工藝。但該工藝要求廠家必須配備專用保存?zhèn)}庫，因為過氧化氫屬不穩(wěn)定材料，過氧化氫見光、遇熱都會加速過氧化氫分解，產生有害物質，屬于管控化工品。

該工藝生產的減水劑母液含氣泡量較大，對外觀質量有明確要求的工程來說，在復配過程中需加入有機硅類消泡劑消除氣泡。但同時消泡劑會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，進而造成混凝土外觀氣泡增多，影響外觀質量；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受到一定程度的影響。對于可進行外觀修飾的市政、建筑等工程，可選擇該工藝的產品，經濟性較好；對于有外觀質量要求較高的公路橋梁工程，不建議采用該工藝生產的外加劑母液。

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行聚合反應，反應過程相對劇烈，溫度、壓力、時間等反應參數(shù)需嚴格控制，要求在反應過程中對反應釜進行降溫。因此，對于該工藝反應設備要求較高，大多價格昂貴，且母液成品率低，風險較高。

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構物外觀質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。優(yōu)點：①摻量低、減水率高。聚羧酸減水劑的減水率能達到45%，可以應用到高強及高性能混凝土的配制過程中。②坍落度輕時損失小。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。在高標號混凝土中加入適量的聚羧酸減水劑，可有效增強混凝土的工作性、粘聚性，并更利于攪拌。④混凝土收縮小。拌制混凝土時加入的聚羧酸減水劑，能在降低混凝土收縮性的同時，增強其穩(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經濟效益好。相對于其他類型的減水劑，聚羧酸減水劑的造價比較低。

缺點：聚羧酸類減水劑與水泥的適應性比較差，因此實際使用聚羧酸減水劑前，應對水泥和其他膠凝材料做適應性實驗，明確其性能好壞。

1.2 其他外加劑種類

（1）早強劑。公路橋梁工程中使用的早強劑正常成分應為三乙醇胺或磷酸三磷脂類的物質，該類產品價格相對較高，因此現(xiàn)在大多數(shù)廠家使用廉價的雜胺或混胺作為添加劑代替常規(guī)的早強劑。但該類物質容易與鋼筋發(fā)生反應，對鋼筋混凝土的耐久性有較大的影響。另外，早強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劑的過程中必須嚴格控制用量，對于耐久性要求高的部分分項工程更是要謹慎使用。且若有早強需求的結構物使用早強劑，不如單純提高水泥用量，降低水膠比，或用早強水泥。

早強水泥是在水泥生產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。該工藝生產的早強水泥質量相對穩(wěn)定、成分比較可靠，對公路橋梁工程有早強需求的結構物（如墩柱、蓋梁、預制梁板等）應選用早強型水泥。需要注意的是，不應盲目地在外加劑中添加早強成分，且使用早強水泥時養(yǎng)生措施必須到位。若早強水泥供應有困難的情況下，提高混凝土半個等級，也可達到早強的要求。

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

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

2 公路橋梁工程外加劑應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和粉磨工藝相對成熟，熟料的燒結質量相對穩(wěn)定，但是隨著燒結和粉磨工藝同步提高以及節(jié)能減排、經濟性的需求，水泥行業(yè)內水泥的成分有了較大的調整。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）由于其質量及成分的不同很容易引起與聚羧酸減水劑的適應性問題[2]。因此，在選擇水泥品種及聚羧酸減水劑的成分前，應進行配合比的摻配試驗，以確保所選減水劑成分與水泥的適應性良好，能達到減水效果。

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，品質及含泥量波動較大，外加劑使用時應提高摻量，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計時外加劑中的含水量應參考用水量的設計，同時外加劑減水率的要求應不低于28%。

2.3 外加劑的種類要求

針對各標號的混凝土應使用兩種及以上種類的外加劑，不能單靠調整外加劑的摻量來滿足各標號混凝土的要求（C30以下混凝土細集料天然砂含泥量5%及以下，C30及以上含泥量3%及以下[4]），因為含泥量不同對外加劑的吸收量就會不同。

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

3 結束語

目前混凝土外加劑的發(fā)展已經歷了普通減水劑、高效減水劑和目前的第三代高性能減水劑，在國家環(huán)保及淘汰落后產能的大趨勢下，不僅混凝土的品質出現(xiàn)了大幅下降，水泥的熟料摻量也遠低于國標要求，添加料品種及摻量開始不斷增多。但混凝土的品質保持現(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性。在這一背景下，必將催生出第四代外加劑，推動公路橋梁行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。