王学成，姜凤传

（齐鲁交通发展集团有限公司建设管理分公司，山东 济南 250000）

目前的混凝土外加剂，是由高浓度减水剂母液根据工程需要稀释，并根据使用需求掺加早强剂、引气剂、缓凝剂等其他外加剂，复配得到的产品。混凝土外加剂在保证混凝土和易性及性能调节方面有至关重要的作用，目前在各大建筑领域得到了广泛应用，成了混凝土中不可或缺的材料。目前公路桥梁工程中外加剂主要由减水剂另加引气剂、泵送剂、缓凝剂等其他外加剂复配而成。

1 公路桥梁工程施工中常用的混凝土外加剂

1.1 聚羧酸减水剂

目前公路桥梁工程中使用较多的减水剂为聚羧酸减水剂，起源于日本，为第三代高性能减水剂，由高浓度的聚羧酸减水剂母液稀释而成。它的减水机理：水泥在加水搅拌过程中会产生一些絮凝状结构，大量的拌和水会被其包裹在内部（见图1），不能为浆体的流动性做贡献，因此需要增加拌和用水量，造成混凝土的强度降低、抗渗性变差等。当掺入一定量减水剂后，减水剂的憎水基团会定向吸附在水泥颗粒的表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子吸附膜，起到吸附、分散、润湿、润滑的作用，因此减少一部分的用水量就可以使混凝土的和易性得到明显的改善（见图2）。

图1 絮凝状结构示意图

（1）聚羧酸减水剂母液种类。目前使用的聚羧酸型减水剂，最近几年国内大部分厂商可以通过化工合成生产。其根据主链支链连接方式的不同，一般分为酯类和醚类[1]。

图2 游离水充分分散示意图

近年来，酯类减水剂由于合成工艺复杂、酯化率低、产品不稳定，且能耗高、成本高，逐渐被淘汰。醚类减水剂合成是直接用一定分子量的含有不饱和键封端的聚氧乙烯醚“大单体”，和含有不饱和键的小分子单体“小单体”，在酸性条件下及氧化剂的作用下共聚而成。

对于醚类减水剂母液的生产工艺，氧化剂常用的有过氧化氢（H2O2）和过硫酸铵（(NH4)2S2O8）两种。使用两种不用氧化剂工艺产品的经济性及适应性不尽相同，利弊如下：

①过氧化氢（H2O2）工艺。该工艺主要使用过氧化氢作为氧化剂进行聚合反应，反应比较柔和、可控，温度基本恒定，成品率高，也是目前绝大部分厂家生产采用的工艺。但该工艺要求厂家必须配备专用保存仓库，因为过氧化氢属不稳定材料，过氧化氢见光、遇热都会加速过氧化氢分解，产生有害物质，属于管控化工品。

该工艺生产的减水剂母液含气泡量较大，对外观质量有明确要求的工程来说，在复配过程中需加入有机硅类消泡剂消除气泡。但同时消泡剂会将混凝土中大部分的微小气泡消除后形成大气泡，造成引气剂的失效，进而造成混凝土外观气泡增多，影响外观质量；并且由于混凝土中的微小气泡被消除，混凝土的耐久性也会受到一定程度的影响。对于可进行外观修饰的市政、建筑等工程，可选择该工艺的产品，经济性较好；对于有外观质量要求较高的公路桥梁工程，不建议采用该工艺生产的外加剂母液。

②过硫酸铵（(NH4)2S2O8）工艺。该工艺主要使用过硫酸铵作为氧化剂进行聚合反应，反应过程相对剧烈，温度、压力、时间等反应参数需严格控制，要求在反应过程中对反应釜进行降温。因此，对于该工艺反应设备要求较高，大多价格昂贵，且母液成品率低，风险较高。

该工艺目前只有少数厂家在用户有明确要求的情况下采用。该工艺避免了母液生产过程中的气泡问题，免去了母液的消泡过程，对于公路桥梁工程的混凝土结构物外观质量有明显的提升作用，且能保证混凝土的耐久性要求。

（2）性能特点。优点：①掺量低、减水率高。聚羧酸减水剂的减水率能达到45%，可以应用到高强及高性能混凝土的配制过程中。②坍落度轻时损失小。在混凝土拌制中使用聚羧酸减水剂，可以使得混凝土2h坍落度损失＜15%，有利于混凝土的长距离运输和泵送施工。③混凝土工作性好。配制混凝土的过程中，加入适量的聚羧酸减水剂，可以确保混凝土即便是在高坍落度的情况下，也不会出现离析或泌水现象，且能使混凝土外观颜色保持均一。在高标号混凝土中加入适量的聚羧酸减水剂，可有效增强混凝土的工作性、粘聚性，并更利于搅拌。④混凝土收缩小。拌制混凝土时加入的聚羧酸减水剂，能在降低混凝土收缩性的同时，增强其稳定性及耐久性。⑤稳定性好。低温的情况下，没有沉淀析出。⑥绿色环保。聚羧酸减水剂无毒无害，属于一种绿色环保的材料。⑦经济效益好。相对于其他类型的减水剂，聚羧酸减水剂的造价比较低。

缺点：聚羧酸类减水剂与水泥的适应性比较差，因此实际使用聚羧酸减水剂前，应对水泥和其他胶凝材料做适应性实验，明确其性能好坏。

1.2 其他外加剂种类

（1）早强剂。公路桥梁工程中使用的早强剂正常成分应为三乙醇胺或磷酸三磷脂类的物质，该类产品价格相对较高，因此现在大多数厂家使用廉价的杂胺或混胺作为添加剂代替常规的早强剂。但该类物质容易与钢筋发生反应，对钢筋混凝土的耐久性有较大的影响。另外，早强剂对混凝土的作用比较敏感，剂量难以把控，公路桥梁工程使用早强剂的过程中必须严格控制用量，对于耐久性要求高的部分分项工程更是要谨慎使用。且若有早强需求的结构物使用早强剂，不如单纯提高水泥用量，降低水胶比，或用早强水泥。

早强水泥是在水泥生产过程中提高水泥熟料（主要由CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3组成）用量，再添加助磨剂生产。该工艺生产的早强水泥质量相对稳定、成分比较可靠，对公路桥梁工程有早强需求的结构物（如墩柱、盖梁、预制梁板等）应选用早强型水泥。需要注意的是，不应盲目地在外加剂中添加早强成分，且使用早强水泥时养生措施必须到位。若早强水泥供应有困难的情况下，提高混凝土半个等级，也可达到早强的要求。

（2）保坍剂与缓凝剂。公路桥梁施工中要根据运距及作业时长确定保坍及缓凝时间。保坍剂是能保持混凝土坍落度不快速损失的外加剂，保坍剂的作用机理是延缓水泥水化凝结，达到保持坍落度的效果（如使用不当对水泥石强度会有较大影响）。缓凝剂是一种调节稠化时间的化学外加剂，它能减缓水泥的水化速度，延长水泥浆由塑态到固态所需的时间，对水泥石的后期强度无不利影响。

由于公路桥梁施工的特殊性（结构物大多不粉饰、有清水要求），因此应该谨慎使用保坍材料。保坍材料是由大单体TPEG合成而来，其作用机理是拉长侧链长度，提高小分子含量，加大“膜式”包裹状态来达到保坍效果。但小分子含量的增加会引起混凝土泌浆（浆水混合物），造成混凝土表面浆体过多，影响混凝土表面强度及表面密实度。因此，公路桥梁工程结构物施工不建议掺加过多保坍成分，应随气温升高及时调整缓凝成分。

2 公路桥梁工程外加剂应用中需要注意的问题

2.1 外加剂的成分选择

目前水泥熟料的烧结和粉磨工艺相对成熟，熟料的烧结质量相对稳定，但是随着烧结和粉磨工艺同步提高以及节能减排、经济性的需求，水泥行业内水泥的成分有了较大的调整。目前水泥中熟料的含量普遍较低，粉煤灰、矿渣粉等成分掺量较大，导致水泥中掺加的助磨剂、矿物掺合料（粉煤灰、矿渣粉以及少量的冶金、电力等行业固体废弃物粉磨）由于其质量及成分的不同很容易引起与聚羧酸减水剂的适应性问题[2]。因此，在选择水泥品种及聚羧酸减水剂的成分前，应进行配合比的掺配试验，以确保所选减水剂成分与水泥的适应性良好，能达到减水效果。

2.2 掺量及使用要求

针对公路桥梁工程混凝土原材料特别是黄砂的短缺现状，品质及含泥量波动较大，外加剂使用时应提高掺量，以降低外加剂的敏感性，保证混凝土性能的稳定性。

由于复配后外加剂中含固量一般不高于20%，对于C50及以上混凝土配合比设计时外加剂中的含水量应参考用水量的设计，同时外加剂减水率的要求应不低于28%。

2.3 外加剂的种类要求

针对各标号的混凝土应使用两种及以上种类的外加剂，不能单靠调整外加剂的掺量来满足各标号混凝土的要求（C30以下混凝土细集料天然砂含泥量5%及以下，C30及以上含泥量3%及以下[4]），因为含泥量不同对外加剂的吸收量就会不同。

C30以下混凝土外加剂，应降低外加剂的敏感程度，提高掺量保证混凝土连续生产且性能稳定；C30及以上混凝土，因胶凝材料用量较高，应选用高浓度（高减水率）外加剂，提高混凝土的工作性。

3 结束语

目前混凝土外加剂的发展已经历了普通减水剂、高效减水剂和目前的第三代高性能减水剂，在国家环保及淘汰落后产能的大趋势下，不仅混凝土的品质出现了大幅下降，水泥的熟料掺量也远低于国标要求，添加料品种及掺量开始不断增多。但混凝土的品质保持现阶段水平不能降低，这就要求混凝土外加剂要有更好的适应性。在这一背景下，必将催生出第四代外加剂，推动公路桥梁行业实现可持续性发展。