混凝土外加劑及其主要應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題

劉智超　謝維雪子　呂芳禮　曹鵬飛

摘 要：文章對(duì)混凝土外加劑的定義、分類及常用外加劑對(duì)混凝土性能的影響進(jìn)行了闡述，提出了我國(guó)目前混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)的問(wèn)題及選用原則。

關(guān)鍵詞：混凝土；外加劑；應(yīng)用技術(shù)；選用原則

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了各行業(yè)如房地產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)、鐵路運(yùn)輸業(yè)、公共設(shè)施管理業(yè)的迅速崛起，從而促進(jìn)了混凝土的廣泛使用。目前，全世界混凝土的年產(chǎn)量大約為70億噸，并且還在不斷增加。雖然傳統(tǒng)混凝土給我們帶來(lái)便捷的生活，但是由于其成本高、能耗大等弊病，也給我們的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境帶來(lái)了困擾。在全球性可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求下，混凝土作為大量使用的建筑材料，使之高性能化、綠色化是混凝土今后的發(fā)展方向。因此對(duì)混凝土外加劑的要求也提高了，既要改善混凝土的性能，如高適應(yīng)能力，低堿率等，又要考慮環(huán)境因素，如減少有害氣體排放，低負(fù)荷等。

1 混凝土外加劑的定義及分類

1.1 定義

在拌制混凝土?xí)r摻入的（通常情況下小于等于水泥自身質(zhì)量的5%），用來(lái)提高混凝土性能的物質(zhì)，我們稱其為混凝土外加劑。雖然它在混凝土中的分量少，但是它的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯，因此它廣泛地被運(yùn)用在混凝土中。

1.2 分類

根據(jù)外加劑對(duì)混凝土性能的影響可以將其劃分為以下的四種：

（1）用于改變混凝土流變性能的外加劑，主要有引氣劑、減水劑等。

（2）用于改變混凝土凝結(jié)時(shí)間的外加劑，主要有緩凝劑、速凝劑等。

（3）用于改善混凝土耐久性能的外加劑，主要有阻銹劑、引氣劑等。

（4）用于改善混凝土其他性能的外加劑，主要有膨脹劑、著色劑等。

2 常用的混凝土外加劑

2.1 減水劑

2.1.1 減水劑對(duì)混凝土性能的具體影響

減水劑是當(dāng)前使用最廣泛、用量最大的外加劑。減水劑分子中的憎水基團(tuán)指向水泥顆粒表面，親水基團(tuán)指向水溶劑，形成了穩(wěn)定的溶化劑水膜，起著提高拌合物流動(dòng)性，減小坍落度損失，提高混凝土粘聚性，減少泌水和骨料離析，保證混凝土均質(zhì)性，節(jié)省水泥等作用。

2.1.2 減水劑的主要發(fā)展應(yīng)用

作為世界目前研究最廣泛的外加劑，減水劑的發(fā)展歷經(jīng)了三個(gè)階段：以木質(zhì)素磺酸鹽為代表的普通減水劑為第一代減水劑；以萘系為代表的高效減水劑為第二代減水劑；以聚羧酸類減水劑為代表的高性能減水劑為第三代減水劑。第三代聚羧酸類減水劑，與前兩代減水劑相比結(jié)構(gòu)更加靈活、自由度大，具有更好的性能，主要表現(xiàn)為：

（1）聚羧酸類減水劑摻量低、分散性高。

（2）具有較高的混凝土塌落度保持能力。

（3）生產(chǎn)工藝比萘系簡(jiǎn)單，投資少，經(jīng)濟(jì)效益高

（4）制造時(shí)不使用甲醛等影響人體健康的氣體，更加環(huán)保

基于以上優(yōu)點(diǎn)，聚羧酸類減水劑有著明顯的性能優(yōu)勢(shì)，也因此在各行各業(yè)得到廣泛的使用。

2.2 引氣劑

2.2.1 引氣劑對(duì)混凝土性能的具體影響

引氣劑是一種表面活性劑，可以降低水的表面張力和界面能，在混凝土攪拌過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量微小均勻的穩(wěn)定封閉氣泡，從而改善混凝土的和易性，減少拌合物泌水，改變混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)及孔分布使之更加堅(jiān)固以提高混凝土耐久性。

2.2.2 引氣劑的主要發(fā)展應(yīng)用

混凝土相比于木材、合金等建筑材料，是目前世界最耐久的建筑物材料之一。然而由于混凝土中的摻合料以及外加劑等成分引入過(guò)高的氯離子等原因，鋼筋的銹蝕在所難免。因此國(guó)內(nèi)外的學(xué)者現(xiàn)在仍然致力于研發(fā)新型的引氣劑來(lái)提高建筑物的耐久性（包括抗凍、抗?jié)B、抗腐蝕）。引氣劑的主要發(fā)展類型有：松香樹(shù)脂類、木質(zhì)素磺酸鹽類、脂肪醇類等。其中被廣泛運(yùn)用的就是松香樹(shù)脂類的引氣劑——松香熱聚物，它物美價(jià)廉并且效果顯著。早在19世紀(jì)50年代初期，在佛子嶺、響洪甸及以后的三門峽、丹江口等工程都采用了松香熱聚物引氣劑，對(duì)改善混凝土的和易性、提高混凝土抗?jié)B性、抗凍性等方面都起到了很好的作用。

3 混凝土外加劑的使用現(xiàn)狀

由于混凝土外加劑的種類多，摻量小，卻可以改善混凝土的多種物理性能，減少塌落度，節(jié)約水泥用量，提高建筑質(zhì)量，并且可以帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，因此隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，混凝土外加劑被視為混凝土必不可少的第五組成部分，并被越來(lái)越多的運(yùn)用到施工中。

然而隨著外加劑在建筑工程實(shí)際中的廣泛使用，導(dǎo)致了混凝土外加劑技術(shù)發(fā)展的不成熟和使用的不合理，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）我國(guó)生產(chǎn)混凝土外加劑的工廠繁多，產(chǎn)品的成分十分復(fù)雜，質(zhì)量參差不齊，然而短期內(nèi)無(wú)法改善這種情況。

（2）施工員認(rèn)為外加劑可以改善混凝土所有的不利性能，解決施工中出現(xiàn)的所有問(wèn)題，因此大量的濫用外加劑而不考慮實(shí)際情況。

（3）開(kāi)發(fā)商過(guò)分追求經(jīng)濟(jì)效益使用廉價(jià)的外加劑和水泥而使得工程質(zhì)量不合格，未能達(dá)到預(yù)期的效果。

（4）并未重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)混凝土外加劑過(guò)程中產(chǎn)生的有害成分（如甲醛、工業(yè)荃和氨水等物質(zhì)），在外加劑混入混凝土后會(huì)釋放分解這些有害物質(zhì)，長(zhǎng)此以往生存在該環(huán)境下的人們會(huì)受到嚴(yán)重的健康危害。

4 混凝土外加劑的選用原則

4.1 初步選擇合適的外加劑

各個(gè)工程的要求都不一樣，因此要因地制宜，量體裁衣，隨時(shí)變通。例如三峽水利工程對(duì)混凝土的消耗巨大，因此需要減少單位用水量，節(jié)約水泥用以解決經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題，并且還需要改善混凝土的熱學(xué)性能。由于單位水泥用量的減少，水化熱就相應(yīng)降低，這有利于簡(jiǎn)化溫控設(shè)施，可減少和避免混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)。又例如夏季和冬季的工程施工要求也不同，當(dāng)施工時(shí)的平均氣溫連續(xù)5天都穩(wěn)定低于5℃時(shí)，其抗壓強(qiáng)度損失值達(dá)到40%，內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，其抗凍、抗?jié)B、耐久性等性能都會(huì)受到損失。在這種低溫情況下，需摻配合適的防凍劑來(lái)降低混凝土液相冰點(diǎn)，使得混凝土凝結(jié)硬化速度變快，強(qiáng)度得到保障。同時(shí)需考慮到對(duì)鋼筋的銹蝕作用，盡量減少或避免使用對(duì)鋼筋耐久性產(chǎn)生不利影響的防凍劑、減水劑。

4.2 更進(jìn)一步選擇外加劑的類型

在根據(jù)工程要求進(jìn)行了外加劑的初步選擇之后，需要選取高質(zhì)量廠家的不同種類的外加劑進(jìn)行試驗(yàn)。在某種外加劑的選型上不能一概而論哪種好，而是應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。就像在使用天然骨料的時(shí)候，普通型減水劑比較好；而使用人工骨料時(shí)，其表面積較大，骨料比較粗糙，因此包裹骨料表面的水泥砂漿本身也相應(yīng)增加，單位用水量及膠凝物質(zhì)的利用率提高。在這種情況下，當(dāng)然選用高效減水劑來(lái)發(fā)揮其特長(zhǎng)更加恰當(dāng)。

4.3 嚴(yán)格控制好外加劑的摻量

需要確定在滿足混凝土性能要求情況下外加劑的最佳摻量——最好不在飽和點(diǎn)摻量附近。大多數(shù)外加劑在飽和點(diǎn)摻量附近是很敏感的，混凝土生產(chǎn)中的每一個(gè)小波動(dòng)都會(huì)使得混凝土性能產(chǎn)生很大的變化，所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果結(jié)果十分接近飽和點(diǎn)，就需要重新選取外加劑。在實(shí)際工程中，經(jīng)常發(fā)生因?yàn)橥饧觿搅坑?jì)算失誤引起混凝土塌落度損失過(guò)快、性能劣化、明顯緩凝至工期延長(zhǎng)等問(wèn)題，因此必須嚴(yán)格控制好外加劑的摻量。

4.4 注意外加劑與水泥的適應(yīng)性問(wèn)題

隨著混凝土外加劑的不斷發(fā)展，外加劑和水泥之間存在著什么樣的適應(yīng)情況成為了亟待解決的實(shí)際問(wèn)題，外加劑與水泥的適應(yīng)與否關(guān)系著工程事故的發(fā)生和不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，因此我們需要在使用外加劑之前進(jìn)行外加劑與混凝土的適應(yīng)性試驗(yàn)。

導(dǎo)致外加劑和水泥的適應(yīng)性問(wèn)題有多方面的原因。一是外加劑和水泥本身，二是混凝土中其他的組成材料及其配合比例，三是環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于外加劑本身而言，在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中，或多或少的加入了鈉鹽和鉀鹽，其中的鈉離子、鉀離子、氯離子等都會(huì)引發(fā)適應(yīng)性的問(wèn)題。對(duì)水泥而言，水泥中的礦物成分含量復(fù)雜且波動(dòng)性很大，鋁酸三鈣含量，堿的含量相差可達(dá)幾倍，其礦物組成、摻和料、細(xì)度等組成及配比的不同也都將影響與外加劑的適應(yīng)性。所以同種外加劑在同樣的摻量下，因?yàn)樗喾N類的不同也會(huì)產(chǎn)生截然不同的影響。最后則是環(huán)境的問(wèn)題，例如當(dāng)水泥中存在活性骨料且含堿量高于0.6%，又是在潮濕的環(huán)境下施工，這時(shí)就會(huì)發(fā)生生可怕的堿-骨料反應(yīng)。

因此為了達(dá)到預(yù)期期待的實(shí)驗(yàn)效果，減少混凝土坍落度的損失，提高拌合物流動(dòng)性，節(jié)省水泥，需要嚴(yán)格注意外加劑與水泥的適應(yīng)性問(wèn)題，并在發(fā)生問(wèn)題時(shí)要及時(shí)調(diào)試配合比，避免造成更大的損失

4.5 優(yōu)化外加劑的摻入方法

常用的外加劑摻入方法有三種：（1）先摻法。先將水泥與外加劑混合，然后再與水和集料一起攪拌。（2）后摻法。在混凝土拌合物攪拌一定時(shí)間送到澆筑地點(diǎn)后，再加入外加劑攪拌均勻。（3）同摻法。將外加劑先溶于水形成溶液后再加入外加劑并攪拌均勻。

不同的摻加方法都各有長(zhǎng)短及特點(diǎn)，要根據(jù)不同的外加劑特性，選擇采用哪種摻入方法。在許多建筑工程的早期會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分的混凝土裂縫，主要是由于水泥水化，水蒸發(fā)造成塑性收縮和干縮，溫度不均勻造成冷縮等引起的。類似此類的裂縫，適宜使用雙摻技術(shù)以取得滿意的效果。一般高效減水劑采用分批添加法或后摻法，木鈣類減水劑和膨脹劑通常選用先摻法，引氣劑和緩凝劑等宜選用同摻法。同時(shí)我們可以利用不同外加劑之間的互動(dòng)作用（耦合作用），在各自適用范圍內(nèi)優(yōu)化混凝土配合比，使其性能得到改善。

4.6 盡量使用“綠色”外加劑

由于建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，混凝土外加劑不再局限于普通的要求，而是向著高性能、多功能、“綠色”化的方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)混凝土的可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化改良外加劑的生產(chǎn)已經(jīng)成為一大熱點(diǎn)問(wèn)題。在生產(chǎn)傳統(tǒng)外加劑時(shí)，由于其使用的有機(jī)化工原料，有相當(dāng)多的部分是有害的游離物質(zhì)，揮發(fā)到空氣中會(huì)造成環(huán)境污染，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一部分的廢氣、廢液（如甲醛、氨水等物質(zhì)），對(duì)人類的身體健康也會(huì)產(chǎn)生一定的危害。因此要控制外加劑中的有害物質(zhì)，改良外加劑品種使之綠色環(huán)保，例如我國(guó)早期使用的速凝劑都是粉塵狀的，對(duì)環(huán)境和施工人員的健康造成很大的危害，隨著外加劑產(chǎn)生技術(shù)的發(fā)展，無(wú)堿液體速凝劑被廣泛的使用，在優(yōu)化提高混凝土性能的同時(shí)不對(duì)環(huán)境造成破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，混凝土外加劑使用的范圍不斷擴(kuò)大，我國(guó)對(duì)外加劑的要求也不斷提高，但是在建筑工程中外加劑摻量不準(zhǔn)，與水泥不適應(yīng)等問(wèn)題層出不窮。為了更好更合理地使用外加劑，首先要熟知國(guó)家現(xiàn)行的各種外加劑標(biāo)準(zhǔn)，其次要熟知國(guó)家現(xiàn)行工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，在滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，針對(duì)相適性等問(wèn)題尋找有效的技術(shù)措施，開(kāi)發(fā)新型的外加劑，用以改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土的各項(xiàng)性能，達(dá)到節(jié)能節(jié)料，多摻多代，既滿足滿足技術(shù)環(huán)保需要，又保障了一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：劉智超（1996.01- ），女，江蘇揚(yáng)州人，本科，研究方向：土木。