混凝土外加剂技术应用中存在的问题及建议

关键词： 　混凝土； 外加剂； 应用问题； 讨论

分类号　TU528 　　　

Abstract： The paper discussed the problems existing in admixtures application in concrete construction and gave some proposals to solve these problems.

Key words 　Concrete ； Admixture ； Application ； Problems

　作为混凝土的组分混凝土外加剂，它的作用是人所共知的，随着混凝土外加剂应用量的不断增加，与外加剂应用有关的一些问题逐渐暴露出来。混凝土外加剂的一些应用技术问题，还存在着一些争议，如外加剂的含碱量、节能及引气的作用等等。本文就外加剂含碱量的合理取值及混凝土外加剂发展方向进行了讨论，供有关人士参考。

1 　混凝土外加剂合理的含碱量

从保证混凝土耐久性和体积稳定性来看，限制外加剂含碱量是控制混凝土总碱量的有效手段之一。但对外加剂含碱量的限制必须兼顾目前的合成技术和应用实际情况，目前各种国家标准对混凝土外加剂的要求过于宽松，与国外相关规定差距较大。混凝土含碱量3 kg/ m³ 作为安全界限已被许多国家采用。在外加剂品种中，掺量最大的是混凝土膨胀剂(一般与减水类外加剂复合掺用) ，可达到胶凝材料用量的10%～15% (通常为8%～10%) 。由此认为，外加剂引入混凝土中的碱应不大于(10% ～ 15%) × 3 kg/m³ ，即0.30 kg/m³ ～0.45 kg/m³。这一计算结果的下限值与日本规范相同。限定由减水类外加剂(不含具有减水功能的早强减水剂、防冻剂、防水剂、复合膨胀剂等) 引入混凝土中的碱小于0.3kg/m³具有现实的可能性；对于由其它高掺量外加剂引入混凝土中的碱可限定在0.45kg/m³ 以内。

2 　混凝土外加剂的节能

在混凝土中掺用外加剂后，相同水灰比和流动度可节约水泥10%～15% ，因此配制大流动性低水灰比高性能混凝土时可大大节省混凝土生产能耗。但掺用缓凝高效减水剂，会使混凝土凝结时间延长，这又不利于水泥早强指标的提高，无疑增加了混凝土生产总能耗。

这就要求水泥厂应在销售技术文件中注明水泥主要化学成分等，从而既方便用户配制混凝土，又可指导用户选用外加剂。另外，混凝土搅拌站应改变传统生产模式，自主选用P. I 或P. H 型硅酸盐水泥，掺用适量活性材料配制胶凝材料。这样才能在满足混凝土使用要求的同时，大幅度降低混凝土生产能耗。掺用含缓凝组分外加剂的混凝土，后期强度增长幅度较大； 同时掺用缓凝外加剂和微细活性材料的高性能混凝土，其后期强度增长幅度更高。

3 　外加剂引气的作用

引气的作用。未掺引气剂的混凝土，有0.5%～2%的含气量，但气泡大小很不均匀，形状也不规则。而引气剂引入的气泡，具有润滑作用，使混凝土的工作性能改善，尤其对集料形状不好的碎石、细砂、人工砂混凝土工作性改善更为显著，材料分离的现象明显减小，抗拉、抗折强度提高。和不掺入任何材料的混凝土相比，每增加1%含气量，保持水泥用量不变时，混凝土28天抗压强度下降2%； 保持水灰比不变时，混凝土28天抗压强度下降4%～6%。引气剂使混凝土用水量减少； 同时使施工后的混凝土泌水沉降率降低； 大量微小的气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细管的连续性，从而使抗渗性得以改善，并且与此有关的抗化学腐蚀作用和对碳化的抵抗作用也同时改善。引气剂能显著提高混凝土抗冻融性能，当混凝土表面温度处于冰点以下时，混凝土较大孔隙内部的水先结晶后，使余留部分的碱浓度提高，造成微细孔隙中未结冰水向较大孔隙内形成的冰晶迁移，形成的渗透压可导致混凝土破坏。在混凝土中掺入引气剂后，由于引入大量微细气泡，均匀分布在混凝土体内，可以容纳自由水的迁移，从而大大缓和了静水压力，使混凝土承受反复冻融循环的能力提高。引气作用有利于提高混凝土早期抗冻融能力，在昼夜存在正负温度交替时，或对混凝土早强抗冻有要求时，应掺用引气剂。

在混凝土中引气应遵循以下原则： ①引气量根据混凝土耐久性、强度和降低沉降泌水的要求设定。②应尽量选用离子型(尤其是阴离子型) 引气剂。③应通过试验，控制气泡间距系数在合适的范围内，以此确定引气剂品种和用量。

4 　混凝土的膨胀剂

在混凝土施工中，常掺用膨胀剂(多为硫铝酸钙型) 来补偿混凝土收缩，是有一定的功效的，但混凝土早期开裂的现象仍较普遍，原因是掺膨胀剂的混凝土长期干燥后膨胀组分失水收缩； 早期湿养护不足； 高强度及高性能混凝土自收缩较大，难以补偿等。所以必须正确使用膨胀剂及正确看待膨胀剂的作用，否则作用适得其反。

(1) 重视冷缩补偿。补偿收缩混凝土的变形是限制条件下的变形，除局部(如保护层) 不受限制或受到极小限制外，补偿收缩混凝土的膨胀与收缩，都是限制膨胀与限制收缩，没有自由膨胀与自由收缩。对冷缩与干缩的联合补偿，应采用补偿作用较大的小限制补偿收缩混凝土的方法，应掺用能减少温缩的外加剂。

(2) 标准化的不合适。JC476 —2001(混凝土膨胀剂) 标准中取消了复合型混凝土膨胀剂，使复合型混凝土膨胀剂的生产应用无标准可依。由于混凝土工程中多使用具有减水等功能的复合型混凝土膨胀剂，因而膨胀剂新标准执行以来给生产、应用、检测各方面带来了诸多不便。为此建议有关管理部门，组织复合型混凝土膨胀剂标准修订工作，保证混凝土膨胀剂的标准化工作健康、有序地发展。

5 　掺加的外加剂是否和矿物掺合料适应

在选用外加剂时都很重视外加剂与水泥品种的适应性，而在配制混凝土时对外加剂与活性矿物材料的适应性则重视不够，混凝土出现异常时，外加剂往往首先受到质疑，很少有对胶凝材料提出疑问。由于可用的活性矿物材料品种众多、成分各异，人们不仅在生产水泥时掺用活性材料，而且在生产混凝土时也掺用矿物掺合料，因而给外加剂选用带来困难。建议对含碳活性矿物材料用量及其引入混凝土中的碳含量设定限值。外加剂与活性矿物材料适应性的评价方法是有待研究的问题。

6 　混凝土外加剂的发展

(1) 高性能化。高性能外加剂是在混凝土搅拌时与其它材料一起投入搅拌机使用的，具有引气性能、减水率比常用高效减水剂高，是一种保持性能良好的外加剂。目前市场上高性能外加剂主要有： 氨基磺酸盐、多羧酸盐及芳基磺酸盐、脂肪族磺酸盐与其它表面活性组分的复合物。对于聚羧酸系和氨基磺酸系高性能外加剂，仅用解释萘系、三聚氰胺系高效减水剂减水机理的DLVO理论，不能确切解释其高分散的机理。它们之所以能使水泥粒子高度分散，是因为它们的分子结构中的羧基负离子的静电斥力和主链或侧链的立体效果共同作用的结果。侧链越长，分散力越高。此类外加剂分子中的主链和侧链长度对新拌混凝土性能影响较大。由于立体效果的作用它们的掺量较小。

(2) 多功能化。不同条件下使用的混凝土对外加剂的要求也不同，有时甚至要求外加剂具有多种功能。因此，可以把混凝土外加剂多功能化理解为按使用要求设计外加剂。设计外加剂时，主要考虑化学基团的作用性能影响较大，实现上述基团间的互补是按使用要求设计外加剂的关键。化学合成与物理复配是按使用要求设计混凝土外加剂的两条技术途径。只要满足使用要求，无论采用何种途径，都是可取的，所谓化学合成的外加剂性能优于复配的外加剂性能的提法是违背科学精神的。纵观多功能外加剂的发展趋势可知，采取合成与复配并重的技术路线，是实现外加剂功能化的有效途径。

(3) “绿色”化。在生产混凝土外加剂所用的有机化工原料中，有相当一部分具有毒性，由于工艺条件的限制，外加剂产品中必然含有某些游离材料，挥发到空气中将对人体产生危害。今后应研究降低外加剂产品中游离有机物质的合成技术，尤其要控制游离甲醛、游离苯酚含量和氨释放量在安全界限内； 如何利用工、农业副产品生产混凝土外加剂； 研究矿物外加剂的应用技术。