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常用高效减水剂的性能比较

发布时间:2019/10/10  新闻类别:行业动态 点击次数:52

 高效减水剂的应用促进了混凝土工业的变革,数十年来,混凝土新品种不断增加,高效减水剂的应用也促进了混凝土施工工艺的改进及混凝土质量的飞跃。我国从 20 世纪七十年代开始研制生产高效减水剂,并先后生产出了萘系高效减水剂、蒽系高效减水剂、蜜胺树脂类高效减水剂、脂肪族类高效减水剂及氨基磺酸盐类高效减水剂。目前年产量已近二百万吨。为满足混凝土工程更高的技术需求,20 世纪末在国内一些大专院校及科研单位带动下,代表当今世界最高外加剂技术水平的聚羧酸盐类高效减水剂也在许多企业先后投产。

    上述高效减水剂虽然都具有一定的减水增强功能,但其对混凝土流变性能、保水性能、保塑性能及对水泥适应性有一定的差别。笔者参照长期试验结果及有关资料,对常用的高效减水剂的性能作一个简单的比较。

萘系高效减水剂

    该产品主要成份为萘磺酸甲醛缩合物。它是用工业萘与硫酸在 160~150℃下磺化,经水解与甲醛进行缩合反应,用烧碱中和而成。最早生产的品种有 NNO、FE、FDN、NF、UNF 等,它们的生产工艺基本相近,其分子结构式为:


    为降低生产成本,许多厂家还以萘残油、甲基萘油或洗油替代或部份替代工业萘来合成,产品主要技术性能与萘系相近,但引气量较大,通常与萘系产品混合使用。

    萘系高效减水剂是我国产量最大、应用面最广的高效减水剂。目前产量占高效减水剂产量的百分之八十以上,这主要由于该产品原材料易购,生产工艺简易,应用成本相对低廉有关。萘系产品混凝土减水率一般为 20% 左右,如水泥较好,减水率也可达 25% 或更高。该产品对表面张力影响较小,属非引气性高效减水剂(以萘残油等替代工业萘的品种有一定引气性),产品的增强效果较好,用于节省水泥可减少水泥用量10%~15%,产品做沉降试验观察,沉降性能也较好,与其它外加剂复合使用有较好的相溶性(不包括与聚羧酸减水剂合用)。

    目前国产萘系高效减水剂多为低浓产品,硫酸钠含量为15%~20%,液体使用有一定硫酸盐结晶,该产品用于商品混凝土、泵送混凝土施工坍落度经时损失较大,通常应与缓凝剂、引气剂复合使用,但现场搅拌或构件、管桩厂生产无需再增加上述外加剂。

蒽系高效减水剂

    该产品主要成份为多环芳烃甲醛缩合物,它是用蒽(粗蒽或蒽油)与硫酸进行磺化,再经过水解与甲醛缩合加烧碱中和而成,生产工艺与萘系相近,只是硫酸用量较高,磺化温度相对较低。该产品分子结构式为:


    蒽系产品的生产,不同企业所用蒽原料不同。最初多使用脱晶蒽油生产,也有直接用蒽油合成。目前性能较好的产品多使用粗蒽或蒽渣。因此不同的蒽系产品使用效果区别也较大。蒽系产品的减水率一般为 18% 左右,对混凝土含气量的影响是以粗蒽作原料的产品一般引气量较低而以蒽油作原料的产品引气量较高,常用掺量时引气量会达 4% 以上。一般与非引气外加剂合用,而以粗蒽合成的产品则可以完全替代萘系产品。

    蒽系产品硫酸盐含量较高,通常为 38% 左右,因此应用该产品的混凝土早强效果较好,较高的硫酸盐虽然对混凝土保塑性有一定影响,但如用于缺硫或缺碱水泥反而有利于混凝土流动性能及保塑性能的改善。

    使用蒽系产品的混凝土水泥浆较为粘稠,有利于提高混凝土的保水性能,产品适当的引气性也有利于混凝土泵送施工。必须注意的是蒽系产品的增稠性能有时会影响混凝土的流动性,因此该产品最适宜在较低强度等级、较大水灰比的混凝土中应用。

三聚氰胺高效减水剂

    该减水剂又称蜜胺树脂高效减水剂,主要成份为磺化三聚氰胺甲醛缩合物。它是用三聚氰胺(也可掺入部份尿素以降低生产成本)甲醛、亚硫酸钠在碱性介质中经羟甲基化磺化缩聚而成,分子结构式为:


    该产品是一种非引气性高效减水剂,高掺量时减水率可达 25% 左右,混凝土 28d 强度增长率可达 25% 以上。它的增强效果与萘系相同,适用于配制大流动性或高强混凝土,但液体使用产品中无结晶物,水泥适应性较好,特别是用于铝酸盐含量较高的水泥,技术性能高于其它常用高效减水剂。

    三聚氰胺高效减水剂是一种无色液体,用于装饰混凝土或砂浆表面光滑。笔者曾为东北某市提供了数十吨三聚氰胺减水剂产品,用于彩色地面砖作光亮剂,所生产的地面砖不但强度高,表面色彩也特别光亮。

    三聚氰胺减水剂用于商品混凝土施工坍落度经时损失较大,需与缓凝剂、引气剂复合使用。

脂肪族高效减水剂

    该产品主要成份为磺化丙酮甲醛缩合物,它是以丙酮与亚硫酸钠(或焦亚硫酸钠加碱)甲醛经磺化缩合而成的红色液体,化学结构式为:


    脂肪族类减水剂是一种高减水高增强的减水剂品种,使用此类减水剂的混凝土 3d 抗压强度即可达到设计强度的 70%,28d 强度仍有较大增长。它最适宜配制高强混凝土,用于商品混凝土及流态混凝土因有一定泌水性,最好与具有保水增稠作用的外加剂复合使用,但在高强管桩生产中,其泌水性能却有利于混凝土脱水,因此无需增加保水成分。

    目前脂肪族高效减水剂已大量用于商品混凝土施工,为减小坍落度经时损失,该产品通常与有一定缓凝保水功能的木钙、木钠及引气剂或蒽系高效减水剂,葡萄糖酸钠等合用。技术经济效益为外加剂之首。该产品在与蒽系及木钠等外加剂合用时掺用量可减少,这也有利于改善该产品使混凝土表面染色的缺陷。

    该产品由于性价比高,生产简易,近几年发展极快,目前国内已有数十家企业在生产,年产量达十多万吨,产量仅次于萘系高效减水剂。

氨基磺酸盐高效减水剂

    该产品主要成份为氨基芳基磺酸盐苯酚甲醛缩合物,它是由对氨基苯磺酸、苯酚在低碱性(pH 值 9 左右)下与甲醛缩合而成的棕色液体减水剂,化学结构式为:


    该产品是国内除聚羧酸类减水剂外减水增强效果最好的高效减水剂,采用最大掺量时混凝土减水率可达 27%~30%,净浆流动度 (水灰比 0.29) 可达 280mm 以上。但它的掺量却很低,一般只有萘系产品的 50%~70%。

    该产品最适用于高强、高性能混凝土施工,掺用该产品混凝土抗压强度 3d可增大 40%,28d可增加 30% 或更高。该产品也有一定的缓凝性,很适用于高强商品混凝土施工,在不采用缓凝剂时坍落度经时损失率也很低(高温施工可增用少量缓凝剂)这是常用高效减水剂所不具有的功能。这可能是与其独特的分子结构有关。从该产品的作用机理分析,该产品除具有常用高效减水剂的吸附、分散、润湿等作用外,由于其分子结构大,空间位阻大,所含极性基团多且强,因此增强了产品的增强保塑功能及具有较好的水泥适应性。

聚羧酸类高性能减水剂

    聚羧酸类高性能减水剂是一种分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂,其分子呈梳形结构,主链上带极性较强的多个活性基团,侧链带有亲水活性基团,它主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而成。

    此类产品的特点是低掺用量、高减水率、高增强效果、高保塑性及体积稳定性,是世界公认为替代目前常用减水剂的第三代最新减水剂产品。

    此类产品由于不同厂家其合成原料、生产工艺区别较大,产品分子结构不同,性能区别也较大。如有些产品具有较高的引气性,需与消泡剂合用,有些则不引气,有些品种缓凝性能较强。但某些品种则具有早强功能。目前笔者所见已有十多种合成工艺。该产品由于是近些年来才大量应用,许多产品工艺仍在改进中,尚未定型,国内对此类产品的应用技术研究也不多,故本研究未将该产品一同进行对比试验。

常用高效减水剂的性能比较

    为比较常用高效减水剂的性能,笔者近期进行了一次对比试验。采用巢湖 42.5 普硅水泥,所用萘系蒽系高效减水剂为江都厂生产,三聚氰胺减水剂为苏州产品,脂肪族氨基磺酸盐减水剂为佛山瑞龙外加剂厂产品。试验结果见表 1。

表1 常用高效减水剂主要性能对比表

外加剂品种 掺量(%) 减水率(%) 含气量(%) 泌水率比(%) 抗压强度比 (%)

3d 28d

萘系 0.8 22 1.8 60 130 120

蒽系 0.8 18 4 40 132 115

三聚氰胺 0.65 24 1.2 65 136 125

脂肪族 0.65 26 1.5 80 140 128

氨基磺酸盐 0.65 27 1.8 90 138 130

注 :上述外加剂掺量为折干粉掺用量

    我们还在佛山瑞龙混凝土外加剂厂做了三种产品的性能对比检测,结果见表 2。

表 2 三种外加剂性能

外加剂品种 掺量(粉剂)(%) 减水率 (%) 净浆流动度(mm) 含气量 (%) 泌水率比 (%) 抗压强度比 (%)

3d 7d 28d

萘系(低浓) 0.75 26 245 1.6 79 150 145 138

氨基磺酸盐 0.36 25 260 2.2 80 162 150 136

脂肪族 0.45 24.5 240 2.0 50.2 181 168 140

注 :水泥 :越秀 42.5 普硅水泥,外加剂掺量为折干粉掺用量,氨基磺酸盐采用低掺用量。

    根据上述试验结果并参照国内这些产品的应用情况分析如下:

    (1)五种产品都具有较好的减水增强功能,其中氨基磺酸盐类产品效果最好,掺量也最低。以下为:脂肪族类高效≥三聚氰胺类高效 > 萘系 >蒽系。

    但笔者也了解到在一些缺硫低碱水泥中蒽系产品应用效果却好于其它品种外加剂。在一些高水灰比低强度等级的混凝土中使用蒽系产品主要技术性能与萘系产品相同。

    (2)五种产品的引气量,蒽系产品最大,三聚类最低,所配制的混凝土保水性蒽系最佳,泌水率最低,脂肪族及氨基磺酸盐类泌水率较高。

    (3)几种减水剂的保塑性能我们只做了氨基磺酸盐类与三聚氰胺类产品的保塑对比试验,在不掺入缓凝剂时氨基类 2h混凝土坍落度经时损失率为10%~15%,而三聚氰胺减水剂1h 坍落度损失即达 40% 以上。

    (4)五种产品的性价比我们分析试验的方法是:在达到特定相同混凝土技术性能所用外加剂包括增加复配其它外加剂如缓凝剂、引气剂、保水剂等的费用,对比结果如下:

    脂肪族高效< 萘系、蒽系≤三聚氰胺 < 氨基磺酸盐

    不难看出,脂肪族类高效减水剂性价比最好,氨基磺酸盐高效减水剂性价比不高是因为该产品生产成本太高(每吨折干产品达一万多元)因此该产品最好与一些价格较低廉的产品复配应用。

    蒽系产品虽然价格低廉,但由于其减水性能不高,增大掺量才能与其它减水剂相近,加之引气量较大,因此性价比只能与萘系相同。

    必须注意的是,上述高效减水剂在不同的水泥中应用效果也有一定的差别,有些产品在一些水泥中混凝土减水率可达30%,而用于另一些水泥减水率却很难达到 20%。从上表可以看出两次不同水泥减水增强效果差别也很大,对水泥适应性,不同品种也有一定差别。

    我们在混凝土施工中应根据混凝土技术要求及所用胶凝材料,掺合料及骨料性能通过对比试验,选择高效减水剂品种才能取得最佳的技术经济效益。


 
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