萘系高效减水剂与氨基磺酸盐的工程应用

减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。按减水能力及其兼有的功能有普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂及引气减水剂等。减水剂多为亲水性阴离子表面活性剂。

3.4.2.1　减水剂的作用机理及使用效果

水泥加水拌和后，会形成如图3.15 （a）所示的絮凝结构，流动性很低。掺有减水剂时，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，其亲水基团携带大量水分子，在水泥颗粒周围形成一定厚度的吸附水层，增大了水泥颗粒间的可滑动性，如图3.15 （b）所示。当减水剂为离子型表面活性剂时，还能使水泥颗粒表面带上同性电荷，在电性斥力作用下，水泥粒子相互分散，如图3.15 （c）所示。上述作用使水泥浆体呈溶胶结构，如图3.15 （d）所示。在常规搅拌的混凝土拌和物中，有相当多的水泥颗粒呈絮凝结构 （当水灰比较小时，絮凝结构更多），加入减水剂后，水泥浆体呈溶胶结构，混凝土流动性可显著增大。这就是减水剂对水泥粒子的分散作用。羧酸盐接枝共聚物减水剂的分子呈_“梳形”，_尤其是含聚氧乙烯长侧链时，在水泥颗粒表面形成很厚的吸附层，对水泥粒子的凝聚产生空间阻碍作用，使水泥粒子强烈分散并保持分散状态。

图3.15　减水剂对水泥浆的分散作用

（a）未掺减水剂的水泥浆絮凝结构；（b）减水剂分子在水泥粒子周围的吸附水层；（c）减水剂使水泥粒子之间产生电性斥力；（d）水泥浆呈溶胶结构

减水剂还使溶液的表面张力降低，在机械搅拌作用下使浆体内引入部分气泡。这些微细气泡有利于水泥浆流动性的提高。此外，减水剂对水泥颗粒的润湿作用，既有利于分散，也可使水泥颗粒的早期水化作用比较充分。

总之，减水剂在混凝土中改变了水泥浆体流变性能，进而改变了水泥混凝土结构，起到了改善混凝土性能的作用。

根据使用条件的不同，混凝土掺用减水剂后可以产生以下三方面的效果。

1）在配合比不变的条件下，可增大混凝土拌和物的流动性，改善施工条件或实现泵送及自流平，且不致降低混凝土的强度。

2）在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以减少用水量及水泥用量，以节约水泥。

3）在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可以减少用水量，从而降低水灰比，使混凝土的强度与耐久性得到提高。

3.4.2.2　常用的减水剂

目前常用的减水剂有木质素系、萘系、三聚氰胺树脂、氨基磺酸盐及羧酸基接枝共聚物系等多种。当与其他外加剂复合时，还可制成引气减水剂、早强减水剂及缓凝减水剂等多种减水剂。现将常用品种介绍如下。

（1）木质素系减水剂及改性木质素减水剂。

木质素系减水剂的主要品种有木质素磺酸钙（简称木钙或M剂）、木钠及碱木素等。

木钙是由生产纸浆或纤维浆的废液经发酵提取酒精后的残渣，经磺化、石灰中和、过滤喷雾干燥而制得。木钙减水剂中含木质素磺酸钙60%以上，含糖率低于12%，pH值为4～6。

木钙掺量一般为水泥质量的0.2%～0.3%，减水率^[10]10%左右，混凝土28d抗压强度提高10%～20%。在保持混凝土强度和坍落度不变的条件下，可节约水泥8%～10%。

木钙对水泥有缓凝作用，并可减少水泥水化放热的速率。一般在混凝土中掺入0.25%的木钙，能使凝结时间延长1～3h，对大体积混凝土夏季施工有利。但若掺量过多，将使混凝土硬化过程变慢，甚至降低混凝土的强度。在保持混凝土坍落度及抗压强度不变的条件下，掺有木钙的混凝土的抗拉强度、抗折强度、弹性模量、抗渗性及抗冻性等各项性能均有不同程度的提高，是应用广泛的普通减水剂。

在纸浆废液的中和工艺中用NaOH，则得到木质素磺酸钠 （简称木钠）。其性能与木钙相近，但对水泥缓凝作用不大。

近年来，由于造纸用木材树种变化，所得木钙有减水率降低、含气量高、缓凝作用增大等现象，为此要对其进行改性。目前所用的改性方法主要有：用分子筛等设备将低分子量的部分滤除、采用生物或化学法进行降糖、采用磺化及氧化法增大分子量及活性、将木钙与木钠复合使用等。(www.xing528.com)

（2）萘系高效减水剂。

萘系高效减水剂是以萘及萘的同系物为原料，经磺化、水解、缩聚、中和而得。主要成分是萘或萘同系物磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子高分子表面活性剂。根据其Na2SO4含量不同，分为普通型（Na2SO4含量18%～22%）及高浓型 （Na2SO4含量≤5%）。目前国内已有数十个品种，主要有NF、FDN、UNF、JN、SN、AF、JM、ZB等。

萘系减水剂对水泥有强烈的分散作用，减水率多在15%～20%以上，混凝土28d强度可增加20%以上，并有早强作用。其适宜掺量多为0.5%～1.5%，通常为0.5%～0.75%。

萘系减水剂的减水率高，不引气、水泥适应性好，与其他高效减水剂相比价格较便宜，与各种外加剂复合性能好，可配制高强混凝土及高性能混凝土等用于各种混凝土工程。其存在的主要问题是坍落度损失较大。^[11]

（3）三聚氰胺树脂高效减水剂。

三聚氰胺树脂高效减水剂全称为磺化三聚氰胺甲醛树脂 （或称蜜胺树脂，代号SM）是一种水溶性树脂。SM高效减水剂为非引气型早强高效减水剂，减水率很高，当掺量为0.5%～2.0%时，可减水20%～27%，最高可达30%。混凝土28d抗压强度可提高30%～60%，可用来配制80～100MPa的高强混凝土及用于蒸汽养护的混凝土。SM 高效减水剂对铝酸盐水泥也有很好的适用性，也可用于配制耐火及耐高温的混凝土。但其坍落度损失较大，且因其价格昂贵，使用受到一定限制。

（4）氨基磺酸盐减水剂。

氨基磺酸盐是一种非引气型可溶性树脂减水剂 （代号ASPF），其亲水基团有羧基、磺酸基等。其优点是掺量少 （适宜掺量0.5%～1.0%），减水率高 （掺量0.5%～1.0%时，减水率达13%～27%；掺量为1.5%时，减水率达34%），坍落度损失小 （90min混凝土坍落度基本不变），适用于配制水灰比较小的高性能混凝土 （水灰比达0.3左右时，减水率可达30%），含碱量低，有利于防止混凝土碱—骨料反应。缺点是对掺量敏感，掺量稍过量即容易泌水。当与萘系减水剂复合时，混凝土既不泌水，也不发黏，坍落度损失又小。氨基磺酸盐减水剂价格稍高于萘系减水剂。工程应用主要是与萘系减水剂复合，用于大流动度混凝土及高性能混凝土。

（5）羧酸盐接枝共聚物减水剂。

羧酸盐接枝共聚物减水剂是一类全新的高性能减水剂，它具有以下特点：

1）减水率高，一般都在30%以上。

2）坍落度损失小，1～2h坍落度基本不损失。

3）后期强度高，28d强度增长一般都在20%以上。

4）掺量较小，一般都在0.3%以下。

这类减水剂的分子结构呈“梳形”，其特点是在主链上带有多个极性较强的活性基团；侧链也有带亲水性的活性基团，并且链较长，数量多；憎水基的分子链段较短，数量也少。根据对混凝土减水剂性能的需要，在上述主链及侧链上有各种亲水性活性基团，如磺酸基、羧酸基、羟基及聚氧烷基烯类基团等。

这类减水剂的性能优越，价格也较高，适用于高性能混凝土，也是混凝土减水剂的发展方向。目前，该减水剂多与萘系减水剂、引气剂等复合使用，使混凝土各项性能都获得满意的结果。

（6）复合减水剂。

减水剂可与引气剂、早强剂或消泡剂等复合，不同减水剂也可复合，从而制得引气减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂等许多品种。不同类型外加剂复合使用，应通过试验确定出适宜品种及掺配比例。好的复合减水剂常取得两种外加剂的双重效果。

3.4.2.3　减水剂的使用

混凝土减水剂的掺入方法有同掺法、后掺法及滞水掺入法等。同掺法即是将减水剂溶解于拌和用水，并与拌和用水一起加入到混凝土拌和物中，这是工程中常用的方法；后掺法就是在混凝土拌和物运到浇筑地点后，再掺入减水剂或再补充掺入部分减水剂，并再次搅拌后进行浇筑；滞水掺入法是在混凝土拌和物已经加水搅拌1～3min后，再加入减水剂，并继续搅拌到规定的拌和时间。

后掺法或滞水掺入法是针对掺减水剂混凝土坍落度损失大而采取的措施。同时，也可减少外加剂掺用量，提高经济效益。