淺談混凝土外加劑的選擇與應用

■王晨男(福州路港交通工程試驗檢測中心，福州　350002)

淺談混凝土外加劑的選擇與應用

■王晨男
(福州路港交通工程試驗檢測中心，福州350002)

摘要混凝土外加劑被行業(yè)俗稱為“混凝土的第五組分”，已成為優(yōu)質混凝土必不可少的材料。本文對外加劑的分類、外加劑的選擇依據(jù)與原則、外加劑的摻量與摻加方法的確定進行詳細闡述，并通過工程實例介紹混凝土外加劑的選擇與應用，為今后的現(xiàn)場試驗提供參考。

關鍵詞混凝土外加劑分類選擇依據(jù)摻量方法

1　緒論

各種混凝土外加劑改善了新拌合硬化混凝土性能，促進了混凝土新技術的發(fā)展和工業(yè)副產(chǎn)品在膠凝材料系統(tǒng)中的應用，有助于節(jié)約資源和環(huán)境保護，已經(jīng)成為優(yōu)質混凝土必不可少的材料，混凝土外加劑被行業(yè)俗稱為“混凝土的第五組分”。外加劑的使用可提高混凝土密實性、強度、抗凍性、抗?jié)B性、耐久性，降低收縮值、徐變度，改善流變性。混凝土本身性能的改善和提高，減少了養(yǎng)護時間，改善施工條件，降低勞動強度，更有利于機械化施工，使施工速度大為提高，同時降低了水泥用量，提高了混凝土的性價比，降低工程成本。在項目建設過程中，經(jīng)過大量的現(xiàn)場施工經(jīng)驗積累，本文通過外加劑的分類、外加劑的選擇、外加劑的摻量與摻加方法的確定等方面，詳細闡述了在實際工程中混凝土外加劑的選擇與應用的方法，為今后的現(xiàn)場試驗與施工提供參考。

2　外加劑的分類與選擇

2.1外加劑的分類

目前，為滿足混凝土各種性能要求的外加劑品種達500多種，混凝土外加劑按其功能劃分為：

(1)改善新拌混凝土流動性的外加劑。主要包括各種減水劑、引氣劑、灌漿劑、泵送劑等。

(2)調節(jié)混凝土凝結時間和硬化性能的外加劑。主要包括緩凝劑、促凝劑、早強劑等。

(3)調節(jié)混凝土含氣量的外加劑。主要包括引氣劑、加氣劑、發(fā)泡劑等。

(4)增強混凝土物理力學性能的外加劑。主要包括引氣劑、防水劑、防凍劑、灌漿劑、膨脹劑等。

(5)改進混凝土抗侵蝕作用的外加劑。主要包括了引氣劑、防水劑、阻銹劑、抗?jié)B劑等。

(6)為混凝土提供特殊性能的外加劑。主要包括發(fā)泡劑、著色劑、殺菌劑、堿骨料反應抑制劑等。

另外，還有砂漿外加劑、水泥改性劑、混凝土表面緩凝劑、混凝土界面處理劑等其他功能的外加劑。

2.2外加劑的應用范圍

外加劑的應用范圍十分廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)普通混凝土制品或構件，摻用不同的外加劑能改善工作性能，并提高強度，或者節(jié)約水泥。

(2)冬季現(xiàn)場澆注混凝土施工時，可摻用早強劑或早強型減水劑。

(3)夏季滑模施工及大體積混凝土工程中，可摻用緩凝劑或緩凝型減水劑以延緩水泥放熱過程，可減少收縮裂縫而保證混凝土質量。

(4)防護過程噴射混凝土、隧道防水堵漏工程中可摻用速凝劑，使混凝土很快凝結。

(5)大模板或鋼筋密集的預應力混凝土工程，可使用高效減水劑以利澆注。

(6)水下混凝土可摻用引起劑、減水劑，提高混凝土和易性或耐久性。

(7)高標號、超高標號混凝土可摻用高效減水劑來配制；大型基礎、大體積混凝土防止裂縫，補償混凝土收縮工程中科摻用膨脹劑。

(8)許多預制構件品可摻用各種外加劑，有的可減少蒸養(yǎng)時間，有的可改善強力振搗的工藝，這些均有利于提高制品質量。

2.3外加劑的選擇依據(jù)與原則

外加劑的準確效能主要取決于水泥種類、摻合料的種類與其性能、粗細集料的性能及其所含的雜質、混凝土配合比混凝土摻合料的攪拌形式、攪拌時間、混凝土溫度以及環(huán)境條件等多因素。我國水泥廠家多入牛毛，生成工藝、水泥品種、原材料來源等千差萬別；砂石料來源復雜，質量波動大；摻合料品種雜，質量不穩(wěn)定。這些都對外加劑的使用和混凝土質量控制造成很大困難。因此，除了選用合適的原材料和配合比外，正確選擇外加劑對混凝土的生產(chǎn)和質量控制有很大的好處。

外加劑的品種很多，功效各異，外加劑的選擇是根據(jù)設計、施工等環(huán)節(jié)對混凝土性能的要求而定，應根據(jù)混凝土的強度、耐久性指標及新拌混凝土工作性能要求，在全面了解混凝土外加劑作用原理基礎上，綜合考慮原材料狀況，如水泥品種、砂石情況等其他因素。然后采用實際使用的原材料進行試驗，并宜采用不同廠家的同一類型(或品種)的外加劑進行對比試驗，根據(jù)試驗結果有針對性選用技術、經(jīng)濟效果最合適的外加劑。另外，所選用的外加劑要能改善混凝土的性能，而不產(chǎn)生副作用或者副作用很小，要具有良好的勻質性和穩(wěn)定性，對混凝土中鋼筋或預埋金屬件沒有侵蝕作用，使用安全，沒有環(huán)境污染。

選擇外加劑的原則一是性能滿足使用要求，二是經(jīng)濟合理。重要工程在開工初期要對正規(guī)廠家生產(chǎn)的多個品種按國家標準進行初選試驗，對初選出來的產(chǎn)品，由具有資質的試驗單位，結合工程的原材料進行全面的混凝土適應性試驗，經(jīng)過論證和評審，最終優(yōu)選出合適工程實際情況的外加劑品種。一個大中型工程優(yōu)選出1～2種同類外加劑為宜，一般情況下，在工程施工中不要隨便更換外加劑品種。

選用外加劑時，必須根據(jù)工程需要、施工條件和施工工藝等因素進行選擇。如一般混凝土主要采用普通減水劑；早強、高強混凝土采用高效減水劑；氣溫高時，摻用引氣性大的減水劑或緩凝減水劑；氣溫低時，一般不用單一引氣型減水劑，多用復合早強減水劑；為了提高混凝土的和易性，采用引氣減水劑；高層建筑采用泵送混凝土時應使用泵送劑等。為了發(fā)揮各種外加劑的特點，不宜互為代用，如將高效減水劑作普通減水劑用，普減水劑當早強減水劑用都不合適。

3　外加劑的應用

3.1水泥品種的選擇

在原材料中，水泥對外加劑的影響最大，水泥品種不同，將影響外加劑的使用效果。多年來，針對普通外加劑及其復配產(chǎn)品開展的適應性研究工作取得很好的效果，通過設計、施工及外加劑、水泥生產(chǎn)企業(yè)共同探索，就外加劑與水泥的相融問題已經(jīng)摸索出一系列有效的解決措施。但是針對性的研究工作開展得還不到位，應引起最夠重視，比如聚羧酸高性能減水劑，由于高效能和低摻量導致其對水泥更有選擇性，不同水泥其減水率相差較大。另外，水泥礦物組成、摻合料、調凝劑、堿含量、細度等都直接影響減水劑的使用效果，如摻有硬石膏的水泥，對于某些摻減水劑的混凝土將產(chǎn)生速硬或使混凝土初凝時間大大縮短，萘系減水劑影響較小，糖蜜類會速硬，木鈣類會使初凝時間延長。

同一種外加劑在相同的摻量下，往往因水泥不同而使用效果明顯不同，或同一種外加劑，在不同水泥中為了達到相同的使用效果，外加劑的摻量明顯不同。因此，當水泥可供選擇時，應選用對外加劑較為適應的水泥，提高外加劑的使用效果；當外加劑可供選擇時，應選擇適合水泥的外加劑。

3.2使用前試驗

目前的外加劑質量檢驗方法完全采用基準水泥作為基礎，實際使用中要求所選擇的外加劑既能滿足基準水泥要求，又能滿足現(xiàn)場水泥要求。這就要求所選擇的外加劑盡管各項性能指標已經(jīng)符合標準規(guī)定，但在應用前還必須對其各項指標進行現(xiàn)場實際檢測。檢驗該產(chǎn)品各項物化性能是否符合實際標準要求及有害物質是否超標，以此作為采用現(xiàn)場原材料進行施工配合比設計的基礎。

由于外加劑對原材料和環(huán)境條件十分敏感，不同企業(yè)外加劑生產(chǎn)原材料的選擇、配方、合成工藝、助劑、質量控制、復配技術等存在差異，所生產(chǎn)產(chǎn)品性能、質量及穩(wěn)定性不盡相同。因此，對工程項目的混凝土選擇外加劑時，應在廠家原配方的基礎上，經(jīng)過現(xiàn)場試配、改進復配配方，使其完全滿足現(xiàn)場施工要求。

3.3外加劑的摻量和摻加方法

3.3.1外加劑摻量的確定

每種外加劑都有適宜的摻量，即使用一種外加劑，不同的用途有不同的適宜的摻量。應嚴格按照經(jīng)試配后的最佳摻量和用水量進行計量，并要求計量設備和計量精度準確和靈敏，保證摻量準確。摻量過大不僅在經(jīng)濟上不合理，而且會可能造成質量事故；摻量過小會使外加劑失去應有的作用。確定外加劑摻量的根本原則就是在滿足混凝土性能要求的前提下，采用最低摻量。

對液體外加劑應測定溶液密度，對粉狀外加劑應測定固體物含量。在粉劑產(chǎn)品中還應注意由于烘干不徹底或包裝不符合要求而導致產(chǎn)品中的固體含量不滿足要求，因此在這種情況下切勿將標定總量用作計算摻量的依據(jù)，在使用前必須通過混凝土試配的結果來確定最佳摻量。

總之，只要掌握了外加劑和混凝土的性能，以及它們的變化規(guī)律，并通過試驗確定外加劑的合理摻量，就可以以最小的摻量獲得最好的技術經(jīng)濟效果。

3.3.2外加劑摻加的方法

在混凝土攪拌過程中，外加劑的摻加方法對外加劑的使用效果影響較大，不同的混凝土外加劑應采用不同的摻入方法，不同的摻加方法將會帶來不同的使用效果。混凝土外加劑的摻加方法大體分為先摻法、同摻法、后摻法、分次加入法。

不同品種的外加劑，由于作用機理不同，其摻加方法也不一樣。一般高效減水劑和低摻量外加劑宜選用后摻法，木鈣減水劑、膨脹劑宜選用先摻法，緩凝劑、引氣劑宜選用同摻法。影響外加劑摻加方法的因素主要有水泥品種、減水劑品種、減水劑摻量、摻加時間及復合的其他外加劑等，因此選擇哪種摻加方法均應通過現(xiàn)場試拌，以確定最佳摻入方法。

4　外加劑在典型工程中的應用實例

4.1工程概況

某大橋主橋采用(50+90+50) m預應力剛構混凝土箱梁，主要工藝為掛籃懸澆，混凝土標號C55屬高標號混凝土，樁基為嵌巖樁，主墩承臺厚4m，一次澆注方量達到449m3，屬大體積混凝土，主墩高度分別為79m、66m、78m、70m，屬于薄壁空心高墩。0號塊是箱梁混凝土澆注方量最多的部位，且必須一次澆注完成，應進行混凝土配合比試驗，在滿足設計標號的前提下盡量減小水灰比，降低水泥用量，采用骨料粒徑和級配應符合規(guī)范要求，必要時可適當摻入減小收縮量的填加劑，混凝土的初凝時間必須大于塊件澆注時間。

4.2技術方案

根據(jù)該工程0號塊混凝土的特點，初步選擇具有具有低摻量、高減水、高強度增長、水泥適應性好、坍落度損失小等優(yōu)點，適合于配制具有大坍落度、工作性能極佳的流態(tài)混凝土的CX-8和HPCA-600緩凝型高性能減水劑進行試配試驗。

受地域因素的影響，該工程采用的主要原材料為海螺P.Ⅱ52.5普通硅酸鹽水泥、閩江Ⅱ區(qū)中砂、穴利(5～31.5) mm碎石，因此選擇其他原材料不變的情況下改變減水劑的型號和摻量進行現(xiàn)場試配，從中選取適合該工程的減水劑型號和摻量，試配試驗結果如表1所示。

表1　試配試驗結果比對

從試配試驗結果可以看出，兩種型號的外加劑的抗壓強度均能滿足設計要求且比較接近，但坍落度差別比較大，根據(jù)該工程0號塊混凝土一次澆注方量大、鋼筋密的特性要求，選擇CX-8高性能減水劑作為該工程的外加劑。由于設計要求坍落度要求為150～180mm，最終確定外加劑的摻量為水泥含量的1%，摻加方法為后摻法。

5　結論

0號塊一次性澆注，施工情況正常，混凝土的和易性、流動性好，拆模后混凝土表面光滑，無氣泡、蜂窩、麻面，未見收縮裂縫產(chǎn)生，7d混凝土的強度值達到了設計強度的85%以上，說明該工程的混凝土外加劑的選擇和摻量的確定是合理的。

綜上所述，合理選擇和應用好外加劑，既要嚴格規(guī)范標準，又要緊密依靠工程現(xiàn)場實際，同時也要注意總結積累經(jīng)驗。

參考文獻

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