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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，競爭日益加劇，利潤空間逐步縮小。筆者將從外加劑的復(fù)配方面入手，探討復(fù)配對商品混凝土價格因素的影響，力爭為使用淮南“海螺牌”水泥的攪拌站提供參考意見。

【關(guān)鍵詞】脂肪族；萘系；復(fù)配；適應(yīng)性；價格

前言

《混凝土外加劑定義、分類、命名與術(shù)語》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《高強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，本文所說的外加劑系指大家習(xí)慣上所說的“外加劑”即是化學(xué)外加劑。

水泥是一種無機水硬性膠凝材料，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)展其強度，是建筑工程中運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。大量實驗及研究證明，在混凝土中使用適宜的外加劑，可改善混凝土的性能，提升混凝土的強度，提高混凝土的耐久性等。

水泥與外加劑作為兩個獨立的個體，在混凝土中存在一個適應(yīng)性問題，某一品牌的水泥不會與不同種類的外加劑適應(yīng)性良好，同時同一外加劑也不會對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調(diào)整外加劑或者以外加劑為基點調(diào)整水泥，從現(xiàn)實情況來看，調(diào)整外加劑的可操作性比調(diào)整水泥更為簡便。

影響水泥與外加劑適應(yīng)性的因素較多，從水泥方面來說，是SO₃含量同水泥中的C₃A、細(xì)度和堿含量的匹配。對于高效減水劑來說，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、耿加會研究認(rèn)為，水泥中C₃A、SO₃及堿三者的平衡對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)度等因素也會影響水泥與外加劑在混凝土中的相容性^[2]。

1實驗原材料

筆者將通過脂肪族與萘系復(fù)配，探討與淮南“海螺牌”水泥的適應(yīng)性實驗，對比兩者的優(yōu)略，從不同的比例中找出效果理想且經(jīng)濟(jì)實用的最優(yōu)組合。本次實驗所用的淮南“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，方便做對比實驗）。脂肪族外加劑（免加熱型）在合成過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較高；而萘系在合成過程中，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較高。

2實驗步驟

根據(jù)《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》GB/T8077-2012規(guī)定的試驗方法：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海螺牌水泥的適應(yīng)性問題，首先調(diào)和成同樣固含量為的溶液，實驗數(shù)據(jù)詳見表1：

表1：脂肪族、萘系等量取代對海螺水泥的影響

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)機理

普通硅酸鹽水泥的主要礦物組成有硅酸三鈣（3CaO.SiO₂，簡寫成C₃S）、硅酸二鈣（2CaO.SiO₂，簡寫成C₂S）、鋁酸三鈣（3CaO.AI₂O₃，簡寫成C₃A）、鐵鋁酸四鈣（4CaO.AI₂O₃.Fe₂O₃，簡寫成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)會生產(chǎn)水化硅酸鈣（x CaO.SiO₂.yH₂O）和強堿（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，會使水泥漿體很快失去流動性，也就是我們所說的急凝或瞬凝。因此在水泥粉磨時都會加入一定量的石膏（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)的強堿（Ca（OH）₂），會促使C₃A的溶出，溶出后的C₃A又參與水化反應(yīng)^[5]，可見水泥的水化反應(yīng)是一個閉環(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)變成具有一定強度的固體。

3.2外加劑的作用機理

混凝土外加劑的作用機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、脂芳基及樹脂。國內(nèi)學(xué)者通過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、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；分子量更大時其水溶性開始變差，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“海螺牌”水泥的打開都無問題，初始差距不大。而經(jīng)時損失方面，1號樣本損失較快；2號樣本效果非常理想，由此可以判斷2號樣本即萘系對“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)時間，在水泥熟料粉磨時加入的部分石膏，起到調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間的作用。一般認(rèn)為外加劑對水泥礦物的吸附順序由強到弱為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)，依次來達(dá)到延緩水泥的凝結(jié)時間。而水泥水化反應(yīng)生產(chǎn)的可溶性的堿又促使C₃A的析出，因次在水泥水化過程中，C₃A、硫和可溶性堿是處于一個平衡過程中。

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、萘系各自的特點來調(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度。因脂肪族減水劑價格相對于萘系粉劑較為便宜，從節(jié)約成本的方面考慮，設(shè)想通過脂肪族和萘系的復(fù)配使用，做到效果較好而價格最優(yōu)。從表1可以判斷出，對于“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，事實是否如此，復(fù)配比例及復(fù)配后的實踐效果詳見表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號樣本開始，30分鐘后的水泥凈漿擴展度明顯好于前5個樣本，這說明隨著萘系比例的不斷提高，復(fù)配后的外加劑對“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。以筆者購買的脂肪族母液樣品2100∕噸，萘系樣品3500元∕噸計算，按1:1的比例復(fù)配，價格為｛3500×0.175+〔（17500÷35）÷1000〕×2100｝=1662.5元∕噸。比單純的脂肪族母液價格低437.5元/噸，但是效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單純的脂肪族外加劑。這是按照國標(biāo)0.29的水灰比實驗得到的數(shù)據(jù)，在實際使用過程中，實際生產(chǎn)用的水灰比明顯高于0.29，再在設(shè)計中摻加部分礦物摻合料，效果理應(yīng)會比6號樣本更好，進(jìn)而生產(chǎn)中摻量會降低，很好地控制了生產(chǎn)成本。但是在實際使用過程中仍有很多問題需要進(jìn)一步解決，外加劑與水泥做凈將流動度比較適應(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。因為對于外加劑在混凝土中的適應(yīng)性問題，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，實際使用時的環(huán)境溫度等都密切相關(guān)。另外低濃型的萘系在問題較低時會產(chǎn)生結(jié)晶，進(jìn)而無法使用，這也是在冬季使用時需要解決的問題之一。

4結(jié)論

本文只是從凈將流動度單一的角度分析脂肪族與萘系復(fù)配對海南“海螺牌”水泥的適應(yīng)性問題，從表2的分析可以看出，脂肪族和萘系的復(fù)配對“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，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。