外加劑和摻合料對混凝土強度和耐久性的影響

胡曉曼 姜 巍

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000；2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230088）

0 引言

水泥混凝土是由水泥、粗骨料、細(xì)骨料、水四種基本成分組成。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，外加劑和摻合料已經(jīng)成為混凝土的第五、第六組成部分。但外加劑和摻合料的種類繁多，在混凝土中的作用也各個不同，因此，正確使用外加劑和摻合料對混凝土的強度和耐久性非常重要。

1 外加劑對混凝土強度和耐久性的影響

外加劑是混凝土的第五組分，摻入外加劑可改善混凝土的工作性、提高混凝土強度和耐久性，混凝土外加劑的特點是品種多、摻量小，對混凝土性能影響較大。下面以常用的減水劑、早強劑、緩凝劑和引氣劑為例，介紹其對混凝土強度及耐久性的影響。

首先以減水劑為例，介紹其對混凝土強度和耐久性的影響機理。

由于施工性的需要，混凝土的實際用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理論需水量，過剩的水會從混凝土內(nèi)部蒸發(fā)出去，形成毛細(xì)管的通道，使水、空氣及有害物質(zhì)容易滲入，降低其抗?jié)B性。加入減水劑后，使用水量大大降低，毛細(xì)管道減少，從而增強混凝土的密實性，提高強度。同時，外加劑的加入，引入了許多細(xì)小的閉口孔隙，阻斷了毛細(xì)管通道，使水、空氣和有害雜質(zhì)很難滲入，從而提高了混凝土的長期性能及耐久性能。

混凝土外加劑的應(yīng)用促進(jìn)了混凝土技術(shù)的飛躍發(fā)展，給混凝土工程帶來發(fā)了不可估量的經(jīng)濟效益。隨著外加劑在混凝土中的廣泛應(yīng)用，其使用不當(dāng)帶來的負(fù)面影響也頻繁出現(xiàn)。許多混凝土建筑使用外加劑后不但達(dá)不到預(yù)期的技術(shù)經(jīng)濟效益，甚至出現(xiàn)工程事故。如新拌混凝土嚴(yán)重泌水，水泥漿分層離析，預(yù)拌混凝土坍落度損失過快，甚至運至工地的混凝土無法澆筑，硬化混凝土收縮增加甚至出現(xiàn)開裂，強度、長期性能和耐久性能降低等也屢見不鮮。

分析外加劑負(fù)面影響因素，主要有三方面：

（1）混凝土原材料的性能對外加劑性能的影響

比如，有的外加劑與水泥、砂子、摻合料、石子、水混合一起攪拌時，會出現(xiàn)摻量增大，坍落度損失加快的現(xiàn)場，這就是外加劑與原材料不相容的表現(xiàn)。要解決這一問題，可按照規(guī)范《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》GB50119-2013 附錄A 的“混凝土外加劑相容性快速試驗方法”[1]進(jìn)行前期原材料相容性的檢驗。若外加劑與原材料不相容，則需更換外加劑或部分原材料，使其達(dá)到相容的狀態(tài)。

（2）專業(yè)人員技能對外加劑使用性能的影響

主要是技術(shù)人員對不同外加劑作用機理、技術(shù)性能及應(yīng)用效果的掌握程度，外加劑使用不當(dāng)，易造成混凝土的負(fù)面影響。

目前，高效減水劑的應(yīng)用已比較廣泛，不同分子結(jié)構(gòu)的外加劑有不同的使用效果。例如，氨基苯磺酸鹽類及脂肪族類產(chǎn)品保水性差，單獨摻用會增加混凝土泌水率，摻量高會造成混凝土分層離析，造成水泥漿與鋼筋的握裹力差。而多環(huán)芳烴類高效減水劑有較好的保水性，所配制的混凝土粘性好，泌水少，與鋼筋握裹力高，用于高水膠比混凝土效果高于其他品種減水劑。

市場上使用的緩凝劑種類較多，如蔗糖、糖蜜等；無機鹽類如硫酸鋅、三聚磷酸鈉等，羥基羧酸鹽類如檸檬酸酒石酸等，它們的作用機理及使用效果也不盡相同。如糖類緩凝劑能有效抑制硅酸三鈣水化，糖蜜后期增加強度的效果好，但與水泥適應(yīng)性差，在用于以硬石膏作調(diào)凝劑的水泥時會產(chǎn)生假凝。

（3）外加劑摻量對混凝土性能的影響

選用最佳摻量是保證混凝土良好技術(shù)經(jīng)濟效果的決定因素。隨意摻加不但得不到較好的技術(shù)效果，更會給混凝土性能帶來負(fù)面影響。例如，高效減水劑的摻量正常情況下，其1d、3d、7d、28d 抗壓強度分別比基準(zhǔn)混凝土至少增加140%，130%、125%、120%[2]，但超量摻入不但減水率不再增長，混凝土泌水率也隨之增大，對混凝土強度和耐久性能也會產(chǎn)生負(fù)面影響。

緩凝劑用量不夠達(dá)到預(yù)期緩凝效果，加入過量，混凝土長期不凝，不但影響混凝土早期強度，而且混凝土水份蒸發(fā)較快，嚴(yán)重影響混凝土水化，造成強度降低，增加塑性收縮，增大收縮開裂的機會，從而降低混凝土的耐久性。

早強劑的過量加入使混凝土早期強度發(fā)展較快，但后期強度損失大，并會產(chǎn)生離析現(xiàn)象，增加混凝土導(dǎo)電性能，增大收縮開裂的幾率，降低混凝土的長期性能和耐久性能。

引氣劑的過量加入，混凝土工作性反而下降，而且會影響混凝土抗壓強度、抗凍、抗?jié)B、抗碳化等耐久性性能。

2 摻合料對混凝土強度和耐久性的影響

2.1 粉煤灰對混凝土強度和耐久性的影響

粉煤灰混凝土強度發(fā)展較慢，早期強度偏低，故摻加粉煤灰后混凝土的早期強度低于普通混凝土，且粉煤灰摻量越高，早期強度降低越明顯，但后期強度增長較快，特別是28 天以后，強度有顯著提高，普通混凝土28 天強度增加幅度不明顯。粉煤灰摻量不是越高越好，在粉煤灰摻量為20%時混凝土后期強度最大[3]。

使用Ⅰ和Ⅱ級粉煤灰配制的混凝土，在相同水膠比情況下，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土7 天和28 天強度會逐步降低，但是在60天時卻出現(xiàn)拐點，并不是呈平滑的下降趨勢，而是還有上升的空間。試驗資料表明[5]：90 天時，摻量為10%的粉煤灰混凝土抗壓強度超過普通混凝土強度1.56%，摻量為18%的粉煤灰混凝土抗壓強度下降幅度減小至1.45%，摻量為25%的粉煤灰混凝土抗壓強度下降幅度減小至9.81%。Ⅱ級粉煤灰在混凝土中的摻量從10%～18%對混凝土強度的發(fā)展較小，摻量較為為合理；粉煤灰摻量過多，對混凝土抗壓強度的影響較大。

摻粉煤灰的混凝土與基準(zhǔn)混凝土相比，抗碳化性能和抗凍性有所降低[6]，粉煤灰的二次水化使得混凝土中氫氧化鈣含量降低，因而不利于混凝土的抗碳化性和鋼筋的防銹。摻加粉煤灰的混凝土抗凍性有所降低，特別是采用劣質(zhì)粉煤灰時。

2.2 礦粉對混凝土強度和耐久性的影響

礦粉用作混凝土摻合料可以等量取代部分水泥，取代量一般在20%～40%。礦粉混凝土與普通混凝土相比，對混凝土強度和耐久性影響有以下幾點：

（1）與同強度等級的基準(zhǔn)混凝土相比，礦粉混凝土早期強度1d、3d、7d 時有不同程度的降低，且隨礦粉摻量的增加，早期強度下降越明顯，14d 時礦粉混凝土的強度與基準(zhǔn)混凝土相差不大，28d 時礦渣混凝土強度略大于基準(zhǔn)混凝土強度。

（2）礦粉的微集料效應(yīng)和二次水化反應(yīng)優(yōu)化了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土結(jié)構(gòu)更致密，孔徑細(xì)化，連通孔減小，大大提高了混凝土的抗水滲透性能和抗氯離子滲透性能。同時摻礦粉的混凝土中由于水泥用量減少和礦粉本身對堿的吸附，使整個混凝土體系內(nèi)的氫氧化鈣含量減少，其抗硫酸鹽腐蝕性能和抑制堿骨料反應(yīng)的能力明顯提高。但摻加礦粉增加了混凝土的干燥收縮，尤其是早期收縮。

目前，預(yù)拌混凝土生產(chǎn)時，一般不采用單摻礦粉，而是采用礦粉和粉煤灰雙摻的技術(shù)配制混凝土，利用粉煤灰和礦粉的綜合效應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)致密，抗壓強度得以提高。

2.3 硅粉對混凝土強度和耐久性的影響

硅粉用于混凝土中可以顯著提高混凝土的強度，通常用于配制高強度高性能混凝土。硅粉混凝土中前期強度比基準(zhǔn)混凝土高，尤其是前期7d 強度已超出基準(zhǔn)混凝土。后期強度比基準(zhǔn)混凝土也有提高，但趨于平緩。

摻硅粉的混凝土能顯著提高混凝土的抗水滲透性能，有效阻止硫酸鹽及氯離子對混凝土的滲透、侵蝕，避免混凝土中鋼筋腐蝕，提高長期性能及耐久性能，從而延長混凝土的使用壽命。

3 結(jié)束語

外加劑和摻合料給現(xiàn)代混凝土技術(shù)帶來了飛躍，只有了解、掌握其作用機理及性能特點，才能對混凝土強度和耐久性起到積極的作用，使其更好的為現(xiàn)代建筑行業(yè)服務(wù)。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50119-2013 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［2］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 8076-2008 混凝土外加劑[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］葉剛.淺析粉煤灰摻量與強度的關(guān)系[J].中小企業(yè)科技與管理，2014(27)：138-139.

［4］魯麗華，潘桂生，等.不同摻量粉煤灰混凝土的強度試驗[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，02.

［5］孫顯輝.粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用與實現(xiàn)[J].建材與裝飾，2011，06.