解決混凝土外加劑冬季結晶問題的簡易方法
2005-09-24 00:00
萘系原料由于性價比較高，現在還是使用最廣泛的一種外加劑原料，占的比例在80%以上，其中又以低濃型萘系原料為主。但一到冬季，硫酸鈉的結晶問題使低濃型萘系原料的使用受到嚴格的限制，混凝土公司（或外加劑廠）不得不采用部分高濃型萘系原料替代低濃型的，以降低水劑中硫酸鈉的含量。目前市場上高濃型和低濃型萘系原料的價格大致相差在1000~1500元/噸，那么每噸萘系原料的成本就要增加500元以上，我公司冬季混凝土的產量大致在60~70萬方，那么實際成本增加在10萬元以上。本文研究的主要目的是，在大量的實驗基礎上，找出一種比較適合我公司實際情況，并且實施效果明顯的解決方法，降低生產成本。
一、結晶原因分析：
我公司外加劑廠配制的外加劑主要是采用低濃型萘系原料和少量的氨基磺酸鹽等原料混合而成，所用低濃型萘系原料經測定硫酸鈉含量為18-19%，水溶液的含固量大致為34%左右，硫酸鈉大致在6~7%。由于硫酸鈉的溶解度受溫度變化的影響特別大，參見圖1（示意圖），經過多次試驗，發現這種低濃型的萘系原料只有溶解于4倍（按質量計算）以上的自由水（指配入的水，下同），在0~5℃的情況下才基本上不會出現硫酸鈉結晶現象，而目前所用的外加劑溶液中自由水同萘系原料的質量比值在1.9以下，當萘系原料全部采用低濃型時，只有當室溫在16℃以上時才會不出現結晶現象。
另外，將新配制的外加劑在室溫為7℃的條件下靜置12小時后測砂漿減水率，發現其砂漿減水率下降了大約1%。這主要是因為硫酸鈉在結晶的同時不可避免地要吸咐部分萘系原料的懸浮顆粒，從而導致外加劑出現結晶后減水率下降。
二、解決辦法：
A、照常規的做法是在每年12月份到來年的3月份近四個月時間用高濃型萘系原料（硫酸鈉大致在2~5%間）替代部分低濃型的，以降低溶液中的硫酸鈉含量。如果要保證在0~5℃時外加劑基本上不出現結晶現象，那么在現有配方基礎上須增加成本200元/噸以上。
B、據報道，按照鹽效應原理，在溶液中加入一種硫酸鈉助溶劑，可抑制低溫下硫酸鈉的結晶，但采用多家廠的助溶劑樣品進行試驗，其實際效果均達不到要求。
C、有報道稱，在現有成本基礎上通過復配技術可以解決結晶問題。大量的試驗表明，通過提高氨基磺酸鹽等原料和降低低濃型萘系原料的比例配出了在5℃低溫下不結晶的外加劑，但經測試，對比原外加劑其減水率下降了4個百分點，用它配制的混凝土各齡期強度下降了近10%。
D、按照硫酸鈉在水中溶解的特點，外加劑之所以在低溫狀態下出現結晶現象，是因為在當時的溫度下單位質量的水中不能溶解那么多的硫酸鈉，多余的硫酸鈉就只能結晶沉淀出來。遵從上述原理，我們將外加劑稀釋40%，即每噸外加劑增加0.4噸的水，溶液中自由水同萘系原料的質量比控制在4.2左右，這樣無論從理論上還是實際中都較好地解決了冬季外加劑結晶的問題，可確保外加劑在0℃不出現結晶現象，效果遠盛于前述三種方法，而外加劑內在性能并沒發生任何改變，而且由于溶液中含有較高的硫酸鈉，混凝土的早期強度還有5~10%的提高，參見表1，其中C30、C40兩個配方均為我公司混凝土攪拌站實用配方。
表1：
| 強度 等級 |
外加劑 類型 |
水泥(kg) | 粉煤灰 (kg) |
礦粉 (kg) |
水 (kg) |
外加劑 (kg) |
砂 (kg) |
碎石 (kg) |
強度(MPa) 7天 |
強度(MPa) |
|
C30 |
原冬季 外加劑 |
313 |
50 |
40 |
133 |
6.96 |
869 |
951 |
25.1 |
38.2 |
|
C30 |
現冬季 外加劑 |
313 |
50 |
40 |
130 |
9.74 |
869 |
951 |
26.5 |
38.7 |
|
C40 |
原冬季 外加劑 |
383 |
45 |
70 |
134 |
10.95 |
764 |
963 |
31.0 |
47.8 |
|
C40 |
現冬季 外加劑 |
383 |
45 |
70 |
130 |
15.33 |
764 |
963 |
33.5 |
47.0 |
三、結束語
從上述四種解決硫酸鈉結晶的辦法我們可發現，第四種辦法現實意義更大，操作簡單、易于控制、效果明顯，只需在配制時增加用水量，在計算混凝土配比時將外加劑因稀釋而增加的水在計算用水量時予以扣除即可（參見表1）。
由于現在絕大部分混凝土公司都是購買外加劑原料自己配制水劑，運輸距離短，外加劑因稀釋而增加的水所占用的運費絕對值并不多，因此采用稀釋的方法配制成的“不結晶外加劑”幾乎不需增加成本。我公司經試運行一個冬季，經濟效益非常明顯。
文柏貞，男，38歲，工程師，公司技術中心負責技術開發工作，
金建慶，男，38歲，工程師，公司外加劑分廠技術負責人；
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