减水剂（混凝土外加剂）

主要分类

外观形态分为水剂和粉剂。水剂含固量一般有20%，40%（又称母液），60

根据减水剂减水剂增强能力，分为普通减水剂（又称塑化剂，减水率不小于8%，以木质素磺酸盐类为代表）、高效减水剂（又称超塑化剂，减水率不小于14%，包括萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等）和高性能减水剂（减水率不小于25%，以聚羧酸系减水剂为代表），并又分别分为早强型、标准型和缓凝型。

按组成材料分为：（1）木质素磺酸盐类；（2）多环芳香族盐类；（3）水溶性树脂磺酸盐类。

萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，氨基高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂等。

按化学成分组成通常分为：木质素磺酸盐类减水剂类，萘系高效减水剂类，三聚氰胺系高效减水剂类，氨基磺酸盐系高效减水剂类，脂肪酸系高减水剂类，聚羧酸盐系高效减水剂类。

木质素磺酸盐是亚硫酸法制浆的副产物。木质素磺酸盐的分子量为2000~5000，磺酸盐基为1.25~2.5mcq/g，可溶于各种PH值的水溶液中，不溶于有机溶剂，官能团为酚式羟基。它的原料是木质素，一般从针叶树材中提取，木质素是由对亘香醇、松柏醇、芥子醇这三种木质素单体聚合而成的，包括：木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁，木质素磺酸酸盐减水剂是常有的普通型减水剂，属于阴离子型表面活性剂，可以直接使用，也可作为复合型外加剂原料之一，因价格便宜，使用还是较广泛。用于砂浆中可改进施工性、流动性，提高强度，减水率在8%－10%。

制备方法

(1)将亚硫酸盐废液用碱性溶液中和，经生物发酵去除糖类物质，蒸发烘干成粉状减水剂。

如吉林开山屯化学纤维纸浆厂的产品即采用此法。它采用该厂亚硫酸盐蒸煮木材（75%以上是白松)制得化纤浆柏生产过程中的废液为原料，先经生物发酵处理脱糖提取酒精，把存下10%左右浓度的酒精废液，经蒸发器浓缩到50%左右，然后输送到喷雾器干燥，再经200℃以卜热风喷雾干燥而成。其pH=4.5-5.5。食材种类不同、蒸煮工艺不同，对亚硫酸盐纸浆废液及制成的木质素磺酸盐化学成分影响较大，因而影响着减水剂的性能。

(2)对碱木质素或硫酸盐木质素用酸化沉淀的方法将术质素分离，再进行磺化，

应用现状：

在国外，木质素磺酸盐被看作是一种环保型的产品，韩国每年从中国进口16万t液体木质素磺酸盐，英国、美国、日本等也从中国进口木质素磺酸盐，主要是单独作为减水剂使用，或用于复合减水剂产品的原料。

是我国最早使用的，是萘通过硫酸磺化，再和甲醛进行缩合的产物，属于阴离子型表面活性剂。该类减水剂

减水剂

制备方法：

萘磺酸盐减水剂的合成路线如下：萘→磺化→水解→缩合→中和→过滤→干燥→产品

生产原料为萘，首先用浓硫酸进行磺化反应，萘与硫酸的摩尔比为l：1．3一1．4。温度为160—165℃，反应时间为3h。然后将反应物降温到120℃进行水解，此时13一萘磺酸稳定，而d一萘磺酸易水解，从而降低了b一萘磺酸的量，以利于下一步的缩聚反应，水解时间约为30min。缩合反应是b一萘磺酸盐减水剂生产过程中的重要反应。在一定温度下，将磺化后的萘与甲醛进行缩合形成高分子化合物。该步反应强烈影响着产品的性能。为了找出最优的工艺参数，运用均匀设计的方法，考察缩合时间、缩合温度、甲醛与萘的配比3个因素对产品性能的影响。

工业生产流程：

（1）化萘：常温下萘为固体，需要将萘投入化萘釜中进行加热融化。

（2）磺化：磺化过程是向磺化釜中加入浓硫酸与之反应，产生萘磺酸。萘磺酸有两种：α-萘磺酸和β-萘磺酸。

（3）水解：由于在磺化反应中产生了α-萘磺酸，它的存在不利于缩合反应，因此需要加水将α-萘磺酸进行水解。

（4）缩合：待水解反应结束之后向缩合釜滴加甲醛，与β-萘磺酸发生反应生成萘系磺化甲醛缩合物。

（5）中和：缩合之后的料进入中和釜中，滴加液碱，将磺化反应中过剩的硫酸中和掉，待 PH 到 7-9 的时候停止滴加。

应用现状：

萘系减水剂是 1962 年日本的服部健一博士发明的一种混凝土添加剂，它是萘磺酸甲醛缩合物的一种化学合成产品，以工业萘、浓硫酸、甲醛、碱为主要原料。在混凝土中添加萘系减水剂不仅能够使混凝土的强度提高，而且还能改善其多种性能，如抗磨损性、抗腐蚀性、抗渗透性等，因此，萘系减水剂广泛应用于公路、桥梁、隧道、码头、民用建筑等行业。

是三聚氰胺通过硫酸磺化，再和甲醛进行缩合的产物，因而化学名称为磺化三聚氰胺甲醛树脂，属于阴离子

制备方法：

应用现状：

化学名称为芳香族氨基磺酸盐聚合物，生产以对氨基苯磺酸钠、苯酚为原料经加成、缩聚反应最终生成具有一定聚合度的大分聚合物，其减水率可达30%，成本较高，容易泌水，常与萘系高效减水剂复合使用，可以解决萘系高效减水剂与水泥相容性问题。

氨基磺酸盐高效减水剂是一种单环芳烃型高效减水剂，主要由对氨基苯磺酸、单环芳烃衍生物

而成。

氨基磺酸系高效减水剂的分子结构比较复杂，

并且采用不同的单体会有不同的分子结构，但是普

遍认同的氨基磺酸盐系高效减水剂的结构通式如图

1所示。

制备方法：

采用木质素磺酸盐与氨基磺酸系高效减水剂进行接枝共聚改性，可以降低生产成本，同时能够改善氨基磺酸系减水剂的离析泌水现象。如：杨东杰l等通过氨基磺酸系减水剂与木质素磺酸盐进行接枝共聚，合成出了改性氨基磺酸盐系高效减水剂ASM，降低了氨基磺酸系高效减水剂的生产成本，同时与氨基磺酸系高效减水剂同掺量下，降低了泌水率，提高了减水率，掺SAM的混凝土在坍落度损失、抗压强度等方面达到了高强混凝土的要求。氨基磺酸系减水剂与木质素磺酸盐进行接枝共聚的工艺流程如图。

化学名称为脂肪族羟基磺酸盐聚合物，生产的原料主要是丙酮、甲醛、Na2SO3、Na2S2O5、催化剂等。其

HSB

HSB（High Strence Bing）是高分子磺化合成的羰基焦醛。憎水基主链为脂肪族烃类，以下简称HSB，是在青岛HS研发的一种绿色高效减水剂。本产品不污染环境，不损害人体健康。对水泥适用性广，对混凝土增强效果明显，坍落度损失小，低温无硫酸钠结晶现象，广泛用于配制泵送剂、缓凝、早强、防冻、引气等各类个性化减水剂，也可以与萘系减水剂、氨基减水剂、聚羧酸减水剂复合使用。

主要技术指标

1、外观棕红色的液体；2、固体含量>35%；3、比重1.15-1.2

性能特点

1、减水率高。掺量1-2%，减水率可达15-25%。在同等强度坍落度条件下，

2、早强、增强效果明显。砼掺入HSB，三天可达到设计强度的60-70%，七天可达到100%，28天比空白混凝土强度提高30-40%；

3、高保塑。混凝土坍落度经时损失小，60 min基本不损失，90 min损失10-20%；

4、对水泥适用性广泛，和易性、粘聚性好。与其他各类外加剂配伍良好；

5、能显著提高砼的抗冻融，抗渗，抗硫酸盐侵蚀，并全面提高砼的其他物理性能；

6、特别适用以下砼：流态塑化砼，自然养护、蒸养砼，抗渗防水砼，耐久性抗冻融砼，抗硫酸盐侵蚀海工砼，以及钢筋、预应力砼；

7、HSB无毒，不燃，不腐蚀钢筋，冬季无硫酸钠结晶。

它是研制开发的新型高性能减水剂，它具有优异的减水率、流动性、渗透性。明显增强水泥砂浆的强度，但制作工艺复杂，一般价格较高。

它是一种生物聚合物，它是牛奶用酸沉淀并经过圆筒干燥后得到的。

聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土超塑化剂(减水剂)。聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品。经与国内外同类产

性能特点

1、掺量低、减水率高，减水率可高达45%；

2、坍落度经时损失小，预拌混凝土坍落度损失率1h小于5%，2h小于10%；

3、增强效果显著，砼3d抗压强度提高50～110%，28d抗压强度提高40～80%，90d抗压强度提高30～

4、混凝土和易性优良，无离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。用于配制高标号混凝土时，混凝土粘聚性好且易于搅拌；

5、含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻耐久性好；

6、能降低水泥早期水化热，有利于大体积混凝土和夏季施工；

7、适应性优良，水泥、掺合料相容性好，温度适应性好，与不同品种水泥和掺合料具有很好的相容性，解决了采用其它类减水剂与胶凝材料相容性差的问题；

8、低收缩，可明显降低混凝土收缩，抗冻融能力和抗碳化能力明显优

9、碱含量极低，碱含量≤0.2%，可有效地防止碱骨料反应的发生

10、产品稳定性好，长期储存无分层、沉淀现象发生，低温时无结晶析出；

11、产品绿色环保，不含甲醛，为环境友好型产品；

12、经济效益好，工程综合造价低于使用其它类型产品，同强度条件下可节省水泥15-25%。

技术指标

1、聚羧酸系高性能减水剂（液体）

2、聚羧酸系高性能减水剂（粉体）

制备方法：

1聚合后功能化法

3原位聚合与接枝

应用现状

聚羧酸系高性能减水剂于20世纪80年代中期由日本开发，1985年开始应用于混凝土工程，90年代在混凝土工程中大量使用。1998年底日本聚羧酸系产品已占所有高性能减水剂产品总数的6010以上，其用量更是占到高性能减水剂的9010。北美和欧洲各国近几年在聚羧酸系高效减水剂产品方面也推出了一系列产品，如G rance公司的A <1v a系列，M BT公司的phe

虽然我国减水剂品种主要以第二代茶系产品为主体，但是聚羧酸系高性能减水剂的发展和应用比较迅速。几乎所有国家重大、重点工程中，尤其在水利、水电、水工、海工、桥梁等工程中，聚梭酸系减水剂得到广泛的应用。如：三峡工程、龙滩水电站小湾水电站、溪洛渡水电站、锦屏水电站等，还有大小洋山港工程、宁波北伦港二期工程、苏通大桥、杭州湾大桥、东海大桥、磁悬浮工程等。

作用机理

分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒的水化作用

润滑作用：减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂

空间位阻作用：减水剂结构中具有亲水性的支链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。

接枝共聚支链的缓释作用：新型的减水剂如聚羧酸减水剂在制备的过程中，在减水剂的分子上接枝上一些支链，该支链不仅可提供空间位阻效应，而且，在水泥水化的高碱度环境中，该支链还可慢慢被切断，从而释放出具有分散作用的多羧酸，这样就可提高水泥粒子的分散效果，并控制坍落度损失。

适用范围

适用于强度等级为C15~C60及以上的泵送或常态混凝土工程。特别适用于配制高耐久、高流态、高保坍、高强以及对外观质量要求高的混凝土工程。对于配制高流动性混凝土、自密实混凝土、清水饰面混凝土极为有利。

普通减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土。高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土，并适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土以及蒸养混凝土。

使用说明

聚羧酸系高性能减水剂

1、掺量为胶凝材料总重量的0.5%~2.0%，常用掺量为0.2%～0.5%；使用前应进行混凝土试配试验，以求最佳掺量；

2、不可与萘系高效减水剂复配使用，与其它外加剂复配使用时也应预先进行混凝土相容性实验；

3、坍落度对用水量的敏感性较高，使用时必须严格控制用水量；

4、注意混凝土表面养护。

萘系高效减水剂

1、掺量范围：粉剂：0.75-1.5%; 液体:1.5-2.5% 。

2、采用多孔骨料时宜先加水搅拌，再加减水剂。

3、当坍落度较大时，应注意振捣时间不宜过长，以防止泌水和分层。

HSB脂肪族高效减水剂

1、通过实验找出最佳掺量，推荐掺量为1.5-2%；

2、HSB与拌和水一并加入砼中，也可以采取后加法，加入HSB砼要延长搅拌30s；

3、由于HSB的减水率较大，砼初凝以前，表面会泌出一层黄浆，属正常现象。打完砼收浆抹光，颜色则会消除，或在砼上强度以后，颜色会自然消除，浇水养护颜色会消除得快一些，不影响砼的内在和表面性能。

储存方法

聚羧酸系高性能减水剂

1、减水剂是属于液体的，我们在存放的时候要用桶来装运；

2、减水剂是属于化学药品，所以我们应该放置在阴凉干燥的地方进行存放，要避免阳光的直射，不然的话就会造成挥发，或者是导致减水剂的变质，冬季的时候我们要注意防冻，放在比较保暖的地方；

3、一般来说，减水剂的密封时间是一年，如果我们打开使用的时候，发现超过了保质期，其实也是可以继续使用的。

HSB脂肪族高效减水剂

贮存与包装

1、HSB 可在-20—40摄氏度下贮存但不能暴晒，保质期一年。

2、包装：250KG铁桶或散装供应，也可按照用户的要求包装。

技术要求

1、

2、

1

2

GB8076)

表1髙效减水剂的技术要求

注：1、按GB 8076进行检验的项目，其混凝土坍落度控制值为80mm±10mm。

2、抽检试验用水泥宜为工程用水泥。

表2聚羧酸系减水剂的技术要求

注：1、按GB 8076进行检验的项目，同表1髙效减水剂的技术要求的值一样。

2、抽检试验用水泥宜为工程用水泥。

3、引气剂应选用质量稳定且引入气泡细小、分布均匀、能明显提高混凝 土抗冻性能的产品。引气剂与减水剂、水泥之间均应有良好的相容性。引气剂的技术要求应符合表3的规定。

表3引气剂的技术要求

萘系高效减水剂

萘系高效减水剂根据其产品中Na2SO4含量的高低，可分为高浓型产品、中浓型产品和低浓型产品，大多数萘系高效减水剂合成厂都具备将Na2SO4含量控制在3%以下的能力，有些先进企业甚至可将其控制在0.4%以下。Na2SO4含量在15%~20%为低浓型，5%以下为高浓型。

发展历史

20世纪30年代，人们发现在混凝土中掺入亚硫酸盐纸浆废液之后，能改善拌合物的和易性，强度和耐久性也

由于高效减水剂对混凝土改性方面的重要贡献，它的应用成为继钢筋混凝土和预应力混凝土之后，混凝土发展史上第三次重大突破。以高效减水剂的研制和应用为标志，使混凝土技术进入由塑性、干硬性到流态化的第三代。

90年代初，美国首次提出高性能混凝土(HPC)的概念，即要求混凝土具有高强度、高流动性、高耐久性等性能，高性能混凝土对减水剂提出了更高的要求，要求高性能减水剂具有减水率高、大流动度和坍落度经时损失小等特点。一些新型高效减水剂得了迅速的开发和应用，如聚梭酸系、氨基磺酸系高效减水剂。

我国外加剂的起步较国外稍晚，但是发展迅速，20世纪50年代开始木质素磺酸盐和引气剂的研究和应用；到70年代以后，茶系高效减水剂、葱系高效减水剂等都有了自主研发的产品;90年代后期，改性三聚氰胺、氨基磺酸盐、脂肪族高效减水剂快速发展;2006年以来，在高速铁路建设的带动下，聚梭酸系高性能减水剂也获得了快速的发展。减水剂促进了我国混凝土新技术的发展，促进了工业副产品在胶凝材料系统中的应用，已经逐步成为优质混凝土必不可少的材料。