【摘要】随着建筑行业的快速发展，商品混凝土的使用量与日俱增，各大中小城市商混混凝土搅拌站数量也在逐年增加，竞争日益加剧，利润空间逐步缩小。笔者将从外加剂的复配方面入手，探讨复配对商品混凝土价格因素的影响，力争为使用淮南“海螺牌”水泥的搅拌站提供参考意见。

【关键词】脂肪族；萘系；复配；适应性；价格

前言

《混凝土外加剂定义、分类、命名与术语》GB/T8075－2005将混凝土外加剂定义为是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。同时《高强高性能混凝土用矿物外加剂》GB/T18736－2002也将磨细矿渣、硅灰、磨细天然沸石、磨细粉煤灰及其混合物定义为矿物外加剂，本文所说的外加剂系指大家习惯上所说的“外加剂”即是化学外加剂。

水泥是一种无机水硬性胶凝材料，加入适量的水拌制成塑性浆体，能在空气中和水中硬化，保持并继续发展其强度，是建筑工程中运用最为广泛的材料之一。水泥在商品混凝土其中起着穿针引线的作用，它通过自身的胶凝性能，把粗细骨料紧密地结合在一起，而外加剂的使用使混凝土向高性能化提供了有力保障。因此作为混凝土主要组成成分的水泥与外加剂的适应性问题，受到了研究学者、生产厂家、科研及使用单位的重视。大量实验及研究证明，在混凝土中使用适宜的外加剂，可改善混凝土的性能，提升混凝土的强度，提高混凝土的耐久性等。

水泥与外加剂作为两个独立的个体，在混凝土中存在一个适应性问题，某一品牌的水泥不会与不同种类的外加剂适应性良好，同时同一外加剂也不会对不同品牌的水泥均能适应性良好。要想不同的水泥与不同的外加剂适应性良好，就需要以水泥为基点调整外加剂或者以外加剂为基点调整水泥，从现实情况来看，调整外加剂的可操作性比调整水泥更为简便。

影响水泥与外加剂适应性的因素较多，从水泥方面来说，是SO₃含量同水泥中的C₃A、细度和碱含量的匹配。对于高效减水剂来说，是其化学性质、分子量、交连度、磺化程度和平衡离子等^[1]。杨华、耿加会研究认为，水泥中C₃A、SO₃及碱三者的平衡对水泥与外加剂的相容性有着十分重要的作用，凡是影响三者平衡的因素，都会影响到外加剂在混凝土中的相容性。另外，水泥的温度，细度等因素也会影响水泥与外加剂在混凝土中的相容性^[2]。

1实验原材料

笔者将通过脂肪族与萘系复配，探讨与淮南“海螺牌”水泥的适应性实验，对比两者的优略，从不同的比例中找出效果理想且经济实用的最优组合。本次实验所用的淮南“海螺牌”水泥的熟料使用新型干法旋窑生产P.O42.5普通硅酸盐水泥，其中三氧化硫含量为2.09%；氧化镁含量为1.91%；氯离子含量为0.016%；混合材品种为碎屑+煤矸石，掺量12.53%；石膏为脱硫石膏，掺量4.97%，水泥初凝170min，终凝220min。脂肪族为某单位生产的普通脂肪族外加剂，固含量为35%，减水率24%，密度1.195g/cm³。萘系为袋装萘粉，稀释到含固量为35%（含固量与脂肪族的相同，方便做对比实验）。脂肪族外加剂（免加热型）在合成过程中使用氢氧化钠提供热源，导致脂肪族外加剂含碱量相对较高；而萘系在合成过程中，首先加入浓硫酸磺化，在水解中和反应，因而萘系外加剂中硫酸根离子含量相对较高。

2实验步骤

根据《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB/T8077-2012规定的试验方法：水泥300ｇ；水87ｇ。本文外加剂掺量按1.5%（即4.5ｇ）为基准，逐步进行调整，直至找到最优复配比例。

为了初步判断这两种外加剂对海螺牌水泥的适应性问题，首先调和成同样固含量为的溶液，实验数据详见表1：

表1：脂肪族、萘系等量取代对海螺水泥的影响

表2 萘系部分取代脂肪族复配及效果详表

3原因分析

3.1水泥的主要矿物组成及其水化反应机理

普通硅酸盐水泥的主要矿物组成有硅酸三钙（3CaO.SiO₂，简写成C₃S）、硅酸二钙（2CaO.SiO₂，简写成C₂S）、铝酸三钙（3CaO.AI₂O₃，简写成C₃A）、铁铝酸四钙（4CaO.AI₂O₃.Fe₂O₃，简写成C₄AF）、石膏，此外还有少量的方镁石、玻璃体和游离氧化钙（f－CaO）等^[3]。

水泥遇水后的水化反应速度由快到慢依次为C₃A、C₄AF、C₃S、C₂S，C₃S、C₂S与水反应会生产水化硅酸钙（x CaO.SiO₂.yH₂O）和强碱（Ca（OH）₂），反应方程式为：

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与水反应会生成水化铝酸钙（3 CaO.AI₂O₃.6H₂O）和水化铁酸钙（CaO.Fe₂O₃.H₂O

）反应方程式为：

3CaO.AI₂O₃+6H₂O→3 CaO.AI₂O₃.6H₂O

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

由于铝酸三钙的水化反应极快，放热较多，会使水泥浆体很快失去流动性，也就是我们所说的急凝或瞬凝。因此在水泥粉磨时都会加入一定量的石膏（通常3%-5%）。这些石膏与水化铝酸钙反应生产难溶的水化硫铝酸钙，它沉淀在水泥颗粒表面，阻碍了铝酸三钙的进一步水化，从而有效地延缓了水泥的凝结。其反应方程式为^[4]：

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

而水泥中的C₃S及C₂S水化生产的强碱（Ca（OH）₂），会促使C₃A的溶出，溶出后的C₃A又参与水化反应^[5]，可见水泥的水化反应是一个闭环，随着水泥水化的不断进行，浆体逐渐变稠失去可塑性，转变成具有一定强度的固体。

3.2外加剂的作用机理

混凝土外加剂的作用机理主要与其本身含有的表面活性剂成分及结构有关。表面活性剂是分子中带有性质不同的亲水基和疏水基的两亲结构化合物，少量使用可以改变界面或者表面的乳化、增溶、分散、湿润等性质。

常用于混凝土外加剂中的表面活性剂，其亲水基团主要有羟基、羧酸基、磺酸基、羟基羧酸基、氨基羧酸基、醚基及氨基；憎水基团主要有烷基、不饱和烷基、芳基、脂芳基及树脂。国内学者通过研究阴离子表面活性剂的性能与其分子量的关系，认为分子量小于1500的单体或聚合度较低的高分子，其性能主要表现为降低表面张力，具有引气和分散作用；分子量在1500～10000范围的表面活性剂主要是混凝土高效减水剂，其性能表现为吸附、分散、湿润、电性保护等减水作用；分子量大于10000的表面活性剂主要表现为保水作用；分子量更大时其水溶性开始变差，不适用于混凝土中^[6]。

3.3数据分析

从表1可以明显看出，等量的脂肪族和萘系对“海螺牌”水泥的打开都无问题，初始差距不大。而经时损失方面，1号样本损失较快；2号样本效果非常理想，由此可以判断2号样本即萘系对“海螺”水泥的适应性较好。

原因分析，水泥的主要组成成分为C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF，水泥遇水后的水化反应速度从快到慢依次为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应越快，为了有效调节水泥的凝结时间，在水泥熟料粉磨时加入的部分石膏，起到调节水泥凝结时间的作用。一般认为外加剂对水泥矿物的吸附顺序由强到弱为C₃A、C₄AF、C₃S、C₂S，水泥中C₃A、C₄AF所占比例越大，外加剂的分散效果越差。而作为调凝剂的石膏与水泥水化反应生成的水化铝酸钙进一步发生水化反应，生成难溶的水化硫铝酸钙，它沉淀在水泥颗粒的表面，阻碍了铝酸三钙的进一步水化反应，依次来达到延缓水泥的凝结时间。而水泥水化反应生产的可溶性的碱又促使C₃A的析出，因次在水泥水化过程中，C₃A、硫和可溶性碱是处于一个平衡过程中。

为了平衡水泥中的，C₃A、硫和可溶性碱三者的平衡，合理使用脂肪族、萘系各自的特点来调节水泥的C₃A、硫和可溶性碱三者的平衡，获得良好的净浆流动度。因脂肪族减水剂价格相对于萘系粉剂较为便宜，从节约成本的方面考虑，设想通过脂肪族和萘系的复配使用，做到效果较好而价格最优。从表1可以判断出，对于“海螺牌”水泥而言，在复配中，萘系的比例理应占据较高，事实是否如此，复配比例及复配后的实践效果详见表2：

从表2可以看出，随着萘系比例的提高，样本初始变化不大，但是30分钟及60分钟损失变化较为明显。从6号样本开始，30分钟后的水泥净浆扩展度明显好于前5个样本，这说明随着萘系比例的不断提高，复配后的外加剂对“海螺牌”水泥是适应性在逐步变好，以复配比例1:1为界。以笔者购买的脂肪族母液样品2100∕吨，萘系样品3500元∕吨计算，按1:1的比例复配，价格为｛3500×0.175+〔（17500÷35）÷1000〕×2100｝=1662.5元∕吨。比单纯的脂肪族母液价格低437.5元/吨，但是效果远远好于单纯的脂肪族外加剂。这是按照国标0.29的水灰比实验得到的数据，在实际使用过程中，实际生产用的水灰比明显高于0.29，再在设计中掺加部分矿物掺合料，效果理应会比6号样本更好，进而生产中掺量会降低，很好地控制了生产成本。但是在实际使用过程中仍有很多问题需要进一步解决，外加剂与水泥做净将流动度比较适应，效果较好，并不能代表外加剂与混凝土的适应性就较好。因为对于外加剂在混凝土中的适应性问题，同粗细骨料的含泥量、泥块含量，粗骨料的石粉含量，矿物掺合料的种类，粗细程度，实际使用时的环境温度等都密切相关。另外低浓型的萘系在问题较低时会产生结晶，进而无法使用，这也是在冬季使用时需要解决的问题之一。

4结论

本文只是从净将流动度单一的角度分析脂肪族与萘系复配对海南“海螺牌”水泥的适应性问题，从表2的分析可以看出，脂肪族和萘系的复配对“海螺”水泥而言，效果远好于单一的脂肪族外加剂，从控制成本的角度考虑，脂肪族和萘系复合后确实比单一的脂肪族外加剂成本有所降低，每吨减低437.5元。由此可见，使用两种高效减水剂复配使用，可以有效改善水泥与减水剂的相容性，为减水剂复配提供一种新的思路。