关于混凝土外加剂技术经济评价方法的探讨 !

一、

　　随着新型高性能减水剂的研究开发和在工程中的应用范围的扩大，施工单位如何科学合理地评价和选用各种不同的高效减水剂已经成为一个非常值得研究的课题。在外加剂使用的早期阶段，很多施工单位仅仅简单地根据每吨外加剂的单位价格来选择外加剂。现在，一般使用单位根据外加剂的性能价格比来选择使用外加剂，这是比较通用的材料选择原则。对于商品混凝土搅拌站或者施工单位来讲，全面地考虑原材料的性能和匹配效果，在保证混凝土质量性能的前提下，用单方混凝土造价作为选择外加剂和其它材料（如水泥）依据之一，是一种更加科学合理地选择方法。但是综合评价外加剂的性能和经济性需要科学合理的技术指标，而仅仅根据混凝土外加剂标准规定的指标是不够的，也是不适用的。因为混凝土外加剂国家标准仅仅是产品性能检验标准，而不是产品性能的应用指标。此外，外加剂产品的应用性能随原材料的配比、使用环境和工程要求不同也会表现出很大的变化性，同一种材料在有些情况下使用是经济的，而在另外一些情况下不够经济。特别是对最新开发出来的聚丙烯酸系高性能减水剂，在技术性能研究的同时，需要对其技术经济性能进行科学合理的评价和判断，这样才能更加科学合理地在工程中得到广泛应用，更好的为我国建设服务。

　　所谓减水功效是考虑到混凝土配合比情况和原材料匹配情况下的有效减水率。同一种外加剂对不同的混凝土和原材料匹配，其减水功效可能是不同的。另外减水功效还考虑到外加剂的掺量和价格，将这些因素综合考虑后用减水功效（W）表示，实际上是对外加剂综合技术性能的判断。

　　此处的减水率η并不一定是标准条件下的减水率。严格地讲，此处的η应该是实际情况混凝土的减水率。对于商品混凝土而言，应该是“有效减水率”[1]。混凝土减水率的概念是同初始坍落度时，掺加与不掺外加剂的混凝土用水量之差除以基准混凝土用水量百分数表示，这个减水率可称为初始减水率。由于生产和施工模式的不同，混凝土出搅拌机到浇注经过的时间不同，混凝土从出机到浇注现场坍落度损失量不同，如果以现场浇注混凝土的坍落度作为混凝土减水率的测定依据，则坍落度损失越大，初始减水率损失越度，有效减水率越小。所以有效减水率即是在现场坍落度相同时，掺加与不掺外加剂的混凝土用水量之差除以基准混凝土用水量百分数表示。

　　与外加剂的减水功效相对应的是减水成本的概念。减水成本可简单地定义为减水功效的倒数。减水功效越高，减水成本越低。从物理量纲来看，减水成本即是单方混凝土掺加外加剂引起的成本增量指标，其含义是单方混凝土中单位减水率的成本。

　　采用减水成本的概念，可以排除简单地依靠减水率和产品单价来选择外加剂的模式。例如木钙减水率不高，但其减水功效可以较高；聚羧酸类高效减水剂单价较高，但其减水成本却不一定高。下面根据上述减水成本和减水功效的概念，对常用的减水剂进行具体分析，为不同减水剂的应用提供一些参考。

　　以目前国内常用的木钙、萘系等和目前正在研究使用的聚羧酸系高效减水剂作为具体例子进行讨论。水泥用量按400kg/m3计算，外加剂的减水率和掺量及价格以普通价格考虑，则各种不同品种的减水剂的减水功效和减水成本计算如表1和图1所示。一般情况下，木钙的减水功效最高，而聚羧酸的减水成本与常用的减水剂并没有很大差距。按照目前的市场价格，甚至比已经接受的氨基磺酸盐减水剂成本还低。当然，如果按照有效减水率计算，聚羧酸系高效减水剂的优势还会明显，如表2。此外，这里的计算并不是按照搅拌站实际的配合比和材料进行的，对于具体情况完全可以按照实际配合比和外加剂情况进行类似计算。

　　同一种减水剂在不同掺量下，其减水功效是不同的。以PNS和PC高效减水剂为例，在固定混凝土的配合比的条件下，其减水功率随掺量的变化如表3所示。水泥用量为C=307kg/m3。两种减水剂的减水功效都随掺量增加而有所降低，但PC降低的幅度小于PNS。其它类型的减水剂也有类似的规律，具体数据与配合比有密切的关系。

　　在实际混凝土施工中，混凝土外加剂的减水功效和减水成本是变化的。相同的混凝土外加剂，其实际减水功效随水泥的品种不同可以相差很大，同样，在相同的水泥和相同的减水剂时，不同的配合比（特别是胶凝材料的用量不同）时，减水率也有较大的差距。即使水泥、外加剂和混凝土配合比都固定不变，设定的目标坍落度值不同，测定出外加剂的减水率也不相同。所以，实际工程中可根据实际的配合比，测定实际混凝土配合比和目标坍落度（例如16－18cm）条件下的有效减水率（60分钟或120分钟），然后根据混凝土配合比的减水率需求值，计算单方混凝土的成本。

E－减水成本，元/m3×％，ηs－要求的减水率。

　　当然，选择外加剂除了经济技术指标之外，还要综合考虑混凝土的其它性能指标，特别是力学性能和耐久性指标要求。对减水剂而言，其对混凝土的收缩变形的影响应作为一项重要指标来考察。外加剂产品本身的环保性能和使用方便性等也是使用的重要内容。

　　根据上述初步讨论和计算，可以达到下述启发和结论。

　　（1）减水功效和减水成本是外加剂技术经济分析的重要指标。通过计算外加剂的减水功效和减水成本，可以科学经济地选择需要的外加剂。

　　（2）从外加剂的经济技术指标可见，木钙减水剂是一种经济性能好的减水剂，在性能满足要求的情况下应优先考虑使用。目前聚羧酸类高效减水剂的使用成本较萘系高效减水剂稍高，但随原材料和使用环境的不同，在有些情况下差距不大。随着其综合性能的提高，相信在市场上具有较好的竞争优势。

　　（3）外加剂的减水功效和使用成本不仅与外加剂的掺量和品种有关，与混凝土的配合比、水泥品种和使用条件都有密切的关系。所以在实际工程中，应根据具体的材料和配合比情况，计算有效减水率和减水功效，根据目标坍落度和需要的减水率选用外加剂和适宜的掺量。

［作者简介］王子明（1963———），男，博士，北京工业大学材料学院副教授，，长期从事高性能混凝土外加剂的研究。

在很多混凝土工程中，萘系等传统高效混凝土外加剂由于技术性能的局限性，越来越不能满足工程需要。而聚羧酸系高性能减水剂，由于真正做到了依据分散水泥作用机理设计有效的分子结构，具有超分散型，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果，流动性保持好、水泥适应广分子构造上自由度大、合成技术多、高性能化的余地很大，对混凝土增强效果显著，能降低混凝土收缩，有害物质含量极低等技术性能特点，赋予了混凝土出色的施工和易性、良好的强度发展、优良的耐久性、聚羧酸系高性能减水剂具有良好的综合技术性能优势及环保特点（符合ISO14000环境保护管理国际标准），符合现代化混凝土工程的需要。因此聚羧酸系高性能减水剂正逐渐成为配制高性能混凝土的首选外加剂。为了更好的生产及应用聚羧酸外加剂，建筑材料工业技术情报研究所外加剂工程技术部于1月3-13日举办全国混凝土外加剂系统培训班，详询：18618497178汪老师。聚羧酸外加剂的合成与复配是本次培训的重点，羧酸培训内容如下

（一）基础理论部分：1. 聚羧酸减水剂的作用机理；

2. 聚羧酸减水剂的合成机理；

3．聚羧酸外加剂与其他外加剂相容性及应用分析；

（二）合成聚羧酸高性能减水剂用原材料的选择和检验；

（三）合成聚羧酸高性能减水剂工厂设计；

（四）聚羧酸高性能减水剂合成工艺（实操）；

（五）聚羧酸高性能减水剂成品检验及该产品的相关标准规范（实操）；

（六）聚羧酸系高性能减水剂的复配和应用技术；

（七）常见问题及解决。

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