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【摘要】隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，商品混凝土的使用量與日俱增，各大中小城市商混混凝土攪拌站數(shù)量也在逐年增加，競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，利潤(rùn)空間逐步縮小。筆者將從外加劑的復(fù)配方面入手，探討復(fù)配對(duì)商品混凝土價(jià)格因素的影響，力爭(zhēng)為使用淮南“海螺牌”水泥的攪拌站提供參考意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】脂肪族；萘系；復(fù)配；適應(yīng)性；價(jià)格

前言

《混凝土外加劑定義、分類、命名與術(shù)語(yǔ)》GB/T8075－2005將混凝土外加劑定義為是一種在混凝土攪拌之前或拌制過(guò)程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。同時(shí)《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》GB/T18736－2002也將磨細(xì)礦渣、硅灰、磨細(xì)天然沸石、磨細(xì)粉煤灰及其混合物定義為礦物外加劑，本文所說(shuō)的外加劑系指大家習(xí)慣上所說(shuō)的“外加劑”即是化學(xué)外加劑。

水泥是一種無(wú)機(jī)水硬性膠凝材料，加入適量的水拌制成塑性漿體，能在空氣中和水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度，是建筑工程中運(yùn)用最為廣泛的材料之一。水泥在商品混凝土其中起著穿針引線的作用，它通過(guò)自身的膠凝性能，把粗細(xì)骨料緊密地結(jié)合在一起，而外加劑的使用使混凝土向高性能化提供了有力保障。因此作為混凝土主要組成成分的水泥與外加劑的適應(yīng)性問(wèn)題，受到了研究學(xué)者、生產(chǎn)廠家、科研及使用單位的重視。大量實(shí)驗(yàn)及研究證明，在混凝土中使用適宜的外加劑，可改善混凝土的性能，提升混凝土的強(qiáng)度，提高混凝土的耐久性等。

水泥與外加劑作為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，在混凝土中存在一個(gè)適應(yīng)性問(wèn)題，某一品牌的水泥不會(huì)與不同種類的外加劑適應(yīng)性良好，同時(shí)同一外加劑也不會(huì)對(duì)不同品牌的水泥均能適應(yīng)性良好。要想不同的水泥與不同的外加劑適應(yīng)性良好，就需要以水泥為基點(diǎn)調(diào)整外加劑或者以外加劑為基點(diǎn)調(diào)整水泥，從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，調(diào)整外加劑的可操作性比調(diào)整水泥更為簡(jiǎn)便。

影響水泥與外加劑適應(yīng)性的因素較多，從水泥方面來(lái)說(shuō)，是SO₃含量同水泥中的C₃A、細(xì)度和堿含量的匹配。對(duì)于高效減水劑來(lái)說(shuō)，是其化學(xué)性質(zhì)、分子量、交連度、磺化程度和平衡離子等^[1]。楊華、耿加會(huì)研究認(rèn)為，水泥中C₃A、SO₃及堿三者的平衡對(duì)水泥與外加劑的相容性有著十分重要的作用，凡是影響三者平衡的因素，都會(huì)影響到外加劑在混凝土中的相容性。另外，水泥的溫度，細(xì)度等因素也會(huì)影響水泥與外加劑在混凝土中的相容性^[2]。

1實(shí)驗(yàn)原材料

筆者將通過(guò)脂肪族與萘系復(fù)配，探討與淮南“海螺牌”水泥的適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)比兩者的優(yōu)略，從不同的比例中找出效果理想且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的最優(yōu)組合。本次實(shí)驗(yàn)所用的淮南“海螺牌”水泥的熟料使用新型干法旋窯生產(chǎn)P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其中三氧化硫含量為2.09%；氧化鎂含量為1.91%；氯離子含量為0.016%；混合材品種為碎屑+煤矸石，摻量12.53%；石膏為脫硫石膏，摻量4.97%，水泥初凝170min，終凝220min。脂肪族為某單位生產(chǎn)的普通脂肪族外加劑，固含量為35%，減水率24%，密度1.195g/cm³。萘系為袋裝萘粉，稀釋到含固量為35%（含固量與脂肪族的相同，方便做對(duì)比實(shí)驗(yàn)）。脂肪族外加劑（免加熱型）在合成過(guò)程中使用氫氧化鈉提供熱源，導(dǎo)致脂肪族外加劑含堿量相對(duì)較高；而萘系在合成過(guò)程中，首先加入濃硫酸磺化，在水解中和反應(yīng)，因而萘系外加劑中硫酸根離子含量相對(duì)較高。

2實(shí)驗(yàn)步驟

根據(jù)《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/T8077-2012規(guī)定的試驗(yàn)方法：水泥300ｇ；水87ｇ。本文外加劑摻量按1.5%（即4.5ｇ）為基準(zhǔn)，逐步進(jìn)行調(diào)整，直至找到最優(yōu)復(fù)配比例。

為了初步判斷這兩種外加劑對(duì)海螺牌水泥的適應(yīng)性問(wèn)題，首先調(diào)和成同樣固含量為的溶液，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1：

表1：脂肪族、萘系等量取代對(duì)海螺水泥的影響

表2 萘系部分取代脂肪族復(fù)配及效果詳表

3原因分析

3.1水泥的主要礦物組成及其水化反應(yīng)機(jī)理

普通硅酸鹽水泥的主要礦物組成有硅酸三鈣（3CaO.SiO₂，簡(jiǎn)寫(xiě)成C₃S）、硅酸二鈣（2CaO.SiO₂，簡(jiǎn)寫(xiě)成C₂S）、鋁酸三鈣（3CaO.AI₂O₃，簡(jiǎn)寫(xiě)成C₃A）、鐵鋁酸四鈣（4CaO.AI₂O₃.Fe₂O₃，簡(jiǎn)寫(xiě)成C₄AF）、石膏，此外還有少量的方鎂石、玻璃體和游離氧化鈣（f－CaO）等^[3]。

水泥遇水后的水化反應(yīng)速度由快到慢依次為C₃A、C₄AF、C₃S、C₂S，C₃S、C₂S與水反應(yīng)會(huì)生產(chǎn)水化硅酸鈣（x CaO.SiO₂.yH₂O）和強(qiáng)堿（Ca（OH）₂），反應(yīng)方程式為：

3CaO.SiO₂+nH₂O→x CaO.SiO₂.yH₂O+(3-x)Ca（OH）₂

2CaO.SiO₂+mH₂O→x CaO.SiO₂.yH₂O+(2-x)Ca（OH）₂

C₃A、C₄AF與水反應(yīng)會(huì)生成水化鋁酸鈣（3 CaO.AI₂O₃.6H₂O）和水化鐵酸鈣（CaO.Fe₂O₃.H₂O

）反應(yīng)方程式為：

3CaO.AI₂O₃+6H₂O→3 CaO.AI₂O₃.6H₂O

4CaO.AI₂O₃.Fe₂O₃+7H₂O→3 CaO.AI₂O₃.6H₂O+CaO.Fe₂O₃.H₂O

由于鋁酸三鈣的水化反應(yīng)極快，放熱較多，會(huì)使水泥漿體很快失去流動(dòng)性，也就是我們所說(shuō)的急凝或瞬凝。因此在水泥粉磨時(shí)都會(huì)加入一定量的石膏（通常3%-5%）。這些石膏與水化鋁酸鈣反應(yīng)生產(chǎn)難溶的水化硫鋁酸鈣，它沉淀在水泥顆粒表面，阻礙了鋁酸三鈣的進(jìn)一步水化，從而有效地延緩了水泥的凝結(jié)。其反應(yīng)方程式為^[4]：

3CaO.AI₂O₃.6H₂O+3(CaSO₄.2H₂O)+19H₂O→3CaO.AI₂O₃ .3CaSO₄.31H₂O

而水泥中的C₃S及C₂S水化生產(chǎn)的強(qiáng)堿（Ca（OH）₂），會(huì)促使C₃A的溶出，溶出后的C₃A又參與水化反應(yīng)^[5]，可見(jiàn)水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)閉環(huán)，隨著水泥水化的不斷進(jìn)行，漿體逐漸變稠失去可塑性，轉(zhuǎn)變成具有一定強(qiáng)度的固體。

3.2外加劑的作用機(jī)理

混凝土外加劑的作用機(jī)理主要與其本身含有的表面活性劑成分及結(jié)構(gòu)有關(guān)。表面活性劑是分子中帶有性質(zhì)不同的親水基和疏水基的兩親結(jié)構(gòu)化合物，少量使用可以改變界面或者表面的乳化、增溶、分散、濕潤(rùn)等性質(zhì)。

常用于混凝土外加劑中的表面活性劑，其親水基團(tuán)主要有羥基、羧酸基、磺酸基、羥基羧酸基、氨基羧酸基、醚基及氨基；憎水基團(tuán)主要有烷基、不飽和烷基、芳基、脂芳基及樹(shù)脂。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)研究陰離子表面活性劑的性能與其分子量的關(guān)系，認(rèn)為分子量小于1500的單體或聚合度較低的高分子，其性能主要表現(xiàn)為降低表面張力，具有引氣和分散作用；分子量在1500～10000范圍的表面活性劑主要是混凝土高效減水劑，其性能表現(xiàn)為吸附、分散、濕潤(rùn)、電性保護(hù)等減水作用；分子量大于10000的表面活性劑主要表現(xiàn)為保水作用；分子量更大時(shí)其水溶性開(kāi)始變差，不適用于混凝土中^[6]。

3.3數(shù)據(jù)分析

從表1可以明顯看出，等量的脂肪族和萘系對(duì)“海螺牌”水泥的打開(kāi)都無(wú)問(wèn)題，初始差距不大。而經(jīng)時(shí)損失方面，1號(hào)樣本損失較快；2號(hào)樣本效果非常理想，由此可以判斷2號(hào)樣本即萘系對(duì)“海螺”水泥的適應(yīng)性較好。

原因分析，水泥的主要組成成分為C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF，水泥遇水后的水化反應(yīng)速度從快到慢依次為C₃A、C₄AF、C₃S、C₂S。因此水泥中的C₃A、C₄AF所占比例越大，遇水后水泥的水化反應(yīng)越快，為了有效調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，在水泥熟料粉磨時(shí)加入的部分石膏，起到調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間的作用。一般認(rèn)為外加劑對(duì)水泥礦物的吸附順序由強(qiáng)到弱為C₃A、C₄AF、C₃S、C₂S，水泥中C₃A、C₄AF所占比例越大，外加劑的分散效果越差。而作為調(diào)凝劑的石膏與水泥水化反應(yīng)生成的水化鋁酸鈣進(jìn)一步發(fā)生水化反應(yīng)，生成難溶的水化硫鋁酸鈣，它沉淀在水泥顆粒的表面，阻礙了鋁酸三鈣的進(jìn)一步水化反應(yīng)，依次來(lái)達(dá)到延緩水泥的凝結(jié)時(shí)間。而水泥水化反應(yīng)生產(chǎn)的可溶性的堿又促使C₃A的析出，因次在水泥水化過(guò)程中，C₃A、硫和可溶性堿是處于一個(gè)平衡過(guò)程中。

為了平衡水泥中的，C₃A、硫和可溶性堿三者的平衡，合理使用脂肪族、萘系各自的特點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)水泥的C₃A、硫和可溶性堿三者的平衡，獲得良好的凈漿流動(dòng)度。因脂肪族減水劑價(jià)格相對(duì)于萘系粉劑較為便宜，從節(jié)約成本的方面考慮，設(shè)想通過(guò)脂肪族和萘系的復(fù)配使用，做到效果較好而價(jià)格最優(yōu)。從表1可以判斷出，對(duì)于“海螺牌”水泥而言，在復(fù)配中，萘系的比例理應(yīng)占據(jù)較高，事實(shí)是否如此，復(fù)配比例及復(fù)配后的實(shí)踐效果詳見(jiàn)表2：

從表2可以看出，隨著萘系比例的提高，樣本初始變化不大，但是30分鐘及60分鐘損失變化較為明顯。從6號(hào)樣本開(kāi)始，30分鐘后的水泥凈漿擴(kuò)展度明顯好于前5個(gè)樣本，這說(shuō)明隨著萘系比例的不斷提高，復(fù)配后的外加劑對(duì)“海螺牌”水泥是適應(yīng)性在逐步變好，以復(fù)配比例1:1為界。以筆者購(gòu)買(mǎi)的脂肪族母液樣品2100∕噸，萘系樣品3500元∕噸計(jì)算，按1:1的比例復(fù)配，價(jià)格為｛3500×0.175+〔（17500÷35）÷1000〕×2100｝=1662.5元∕噸。比單純的脂肪族母液價(jià)格低437.5元/噸，但是效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單純的脂肪族外加劑。這是按照國(guó)標(biāo)0.29的水灰比實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用過(guò)程中，實(shí)際生產(chǎn)用的水灰比明顯高于0.29，再在設(shè)計(jì)中摻加部分礦物摻合料，效果理應(yīng)會(huì)比6號(hào)樣本更好，進(jìn)而生產(chǎn)中摻量會(huì)降低，很好地控制了生產(chǎn)成本。但是在實(shí)際使用過(guò)程中仍有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步解決，外加劑與水泥做凈將流動(dòng)度比較適應(yīng)，效果較好，并不能代表外加劑與混凝土的適應(yīng)性就較好。因?yàn)閷?duì)于外加劑在混凝土中的適應(yīng)性問(wèn)題，同粗細(xì)骨料的含泥量、泥塊含量，粗骨料的石粉含量，礦物摻合料的種類，粗細(xì)程度，實(shí)際使用時(shí)的環(huán)境溫度等都密切相關(guān)。另外低濃型的萘系在問(wèn)題較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，進(jìn)而無(wú)法使用，這也是在冬季使用時(shí)需要解決的問(wèn)題之一。

4結(jié)論

本文只是從凈將流動(dòng)度單一的角度分析脂肪族與萘系復(fù)配對(duì)海南“海螺牌”水泥的適應(yīng)性問(wèn)題，從表2的分析可以看出，脂肪族和萘系的復(fù)配對(duì)“海螺”水泥而言，效果遠(yuǎn)好于單一的脂肪族外加劑，從控制成本的角度考慮，脂肪族和萘系復(fù)合后確實(shí)比單一的脂肪族外加劑成本有所降低，每噸減低437.5元。由此可見(jiàn)，使用兩種高效減水劑復(fù)配使用，可以有效改善水泥與減水劑的相容性，為減水劑復(fù)配提供一種新的思路。