浅议混凝土外加剂的使用

　　摘要：本文叙述了混凝土外加剂的现状， 重点介绍了常用品种作用机理、应用及注意事项。

　　关键词：混凝土外加剂

　　随着建筑技术的不断进步，对混凝土的要求也越来越高。20世纪20年代混凝土外加剂的出现，极大地丰富了混凝土的品种，为建筑技术带来了蓬勃的生机，加速了大跨、高层建筑的发展。

　　1. 混凝土外加剂发展现状及存在的问题

　　混凝土外加剂技术的发展虽然只有50-60年的历史，比混凝土历史短了100多年，但它的发展速度却非常快，并且在今后的高性能混凝土技术发展中扮演着重要的角色。

　　目前混凝土外加剂使用最普遍的国家有日本、澳大利亚、挪威、美国。这些国家80%以上的混凝土中应用外加剂。例如日本、澳大利亚己达100%。其次，像德国、丹麦、瑞典等国使用外加剂的混凝土也达80%以上。英国、法国、意大利及东欧诸国使用量也在30%以上。北美、欧洲、日

　　本70%以上的混凝土都掺引气剂，日本工业标准JISA308:1988《预拌混凝土》中4.1C节规定:普通混凝土含气量不低于4.5%，轻混凝土不低于5.0%预制装配混凝土不低于4.5%。4.5%含气量的混凝土抗冻性指标都能达到300-400次。引气混凝土的折压比比普通混凝土提高约20%，折压比的提高表明了混凝土的韧性提高和抗裂性提高，另外引气又是混凝土减少裂纹的一个措施。同时，掺加引气剂还能明显减少泌水。

　　我国从20世纪70年代开始，混凝土外加剂的商品化进程才真正开始，当时主要是开始应用木钙减水剂、糖蜜减水剂和速凝剂等，但是近20年，产品的品种和质量水平都有了飞速的发展，多种外加剂等都得到了很好的开发应用。

　　2. 混凝土外加剂的常用品种作用机理及应用

　　三种常用混凝土外加剂的作用机理如下:

　　(1)    减水剂 (Water-reducing admixture)在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。减水剂是阴离子表面活性剂，它们在混凝土中所起的表面活性作用。

　　其作用机理为:水泥粒子对高效减水剂的吸附以及高效减水剂对水泥的分散作用，水泥加水转变成水泥桨后形成一种絮凝状结构。当减水剂分子被浆体中的水泥粒子吸附，即在其表面形成扩散双电层，成为一个个极性分子或分子团，憎水端吸附于水泥颗粒表面而亲水端朝向水溶液，形成单分子层或多分子层的吸附膜。这就降低了水的表面张力释放出絮凝体中被包裹的水分子。同时，出于表面活性剂的定向吸附，使水泥颗粒朝外一侧带有同种电荷，产生了相斥作用。其结果使水泥浆体形成一种不很稳定的悬浮状态;水泥颗粒表面的润滑作用，减水齐Ii的极性亲水端朝向水溶液，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，起到润滑作用。

　　(2)   引气剂 ((Air entraining admixture)在搅拌混凝土过程中能引人大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气减水剂(Air entraining and water reducing admixture)兼有引气和减水功能的外加剂。

　　其作用机理是:由于它的表面活性，能定向吸附在水一气界面上，而且显著降低水的表面张力，使水溶液易形成众多的新的表面(即水在搅拌下易产生气泡)。同时，引气剂分子定向排列在气饱上，形成单分子吸附膜，使液膜坚固而不易破裂。在溶液中产生气泡后，由于大大扩展了两相的界面，使表面能也随之增加，而对任何一个体系来说都有一个自由能自动趋于最小才稳定的趋势。那么要产生稳定的气泡必须是气液界面的表面能尽可能低。

　　(3) 缓凝剂 (Setretarder)是延长混凝土凝结时间的外加剂。缓凝减水剂((Setretarding and water-reducing admixture)兼有缓凝和减水功能的外加剂。

　　缓凝剂 用机理:硅酸盐水泥的早期水化历程分为四个阶段，即:初始反应期，水泥与水混合后立即发生水化反应，CS生成水化硅酸钙并释放出Ca(OH)2, C产矿物溶解于水，并迅速与己溶解的石膏反应析出钙矾石，附着在水泥粒子表面形成薄膜包裹层;休止期，由于初始反应期形成的薄膜包裹层阻碍了水泥与水进一步水化，水泥浆的可塑性基本上保持不变;凝结期，约在水泥加水混合后6一8h，水泥出现凝结现象。当水泥粒子表面的薄膜包裹层破裂时，则继续水化，从而出现了凝结期;硬化期，凝结期以后，进人硬化期，这时水泥的水化速度缓慢，但仍不断进行，水化物不断填充毛细孔，强度不断提高。

　　常用混凝土外加剂的功能及适用范围见表1。

　　3. 应用混凝土外加剂的注意事项

　　尽管在混凝土中掺人外加剂，可明显改善混凝土的许多物理力学性能，取得显著的技术经济效果。但是如果选择和使用不当，也会造成一些工程质量问题，在选择和使用外加剂是应注意以下几点:

　　3.1 选择合适的混凝土外加剂

　　外加剂的品种很多，功效各异，应该合理选择。首先应根据混凝土的强度等级、耐久性指标及新拌混凝土工作性要求。其次在了解混凝土外加剂作用原理基础上，有针对性选择混凝土外加剂，才能充分发挥其经济性及技术性优势。例如提高混凝土抗渗性的外加剂可以选择3种，有减水剂、防水剂、膨胀剂。选择3种外加剂的哪一种，应首先了解3种混凝土外加剂的工作原理，防水剂(如乳液)主要是在毛细管内形成一种憎水性高分子膜，从而提高了混凝土的抗渗性能。膨胀剂通常是靠硫铝酸钙在水泥水化后生成的Ca(OH)2碱度较高时，转化为高硫型硫铝酸钙即AFt，体积膨胀填充和堵塞混凝土中的毛细孑L通道及孔隙，而提高了混凝土的抗渗性。根据3种混凝土外加剂的作用原理，在选择以满足抗渗指标为目的混凝土外加剂时，应该是有防潮要求的，或混凝土强度等级不高，而抗渗等级要求较高时，应首选防水剂，如果混凝土强度等级不高，抗渗等级也不高时，应选减水剂。当混凝土强度等级较高(C40以上)时，抗渗等级也较高(P10以上)，那么选择减水剂、防水剂、膨胀剂都可以。

　　目前混凝土外加剂多向复合型发展，这样虽扩展了某种外加剂的使用范围，但它的经济性及技术特性就不突出。因此选择混凝土外加剂要兼顾设计要求及经济性要做到这一点，首先要了解混凝土外加剂产品的特性，再根据混凝土的强度等级、耐久性指标及新拌混凝土工作性要求，在了解混凝土外加剂作用原理基础上，有针对性选择混凝土外加剂，才能充分发挥其经济性及技术性优势。

　　3.2 合理确定混凝土外加剂的掺和掺法

　　混凝土外加剂作为一种产品它的掺量在产品说明书往往只是一个范围。要科学、正确地发挥混凝土外加剂的技术性、经济性，必须进行混凝土试配，才能确定混凝土外加剂的掺量，因为混凝土外加剂无论是有机的、无机的、还是复合的，它的掺量及掺配效果均与混凝土的组成原材料有关。如水泥品种、矿物组成、细度、碱度;混合材料品种、细度;砂子级配、细度模数;粗骨料品种、级配情况等等，均影响混凝土外加剂的掺量。外加剂掺入混凝土拌和物中的方法不同，有先掺法和后掺法，达到同样效果，后掺法的掺量往往更小。

　　3.3 合理检测混凝土外加剂的性能

　　混凝土外加剂作为一种产品，已经实现了工业化生产、产品性能比较稳定。产品的检验，应象水泥一样，形成检测体系，而不是像目前我国混凝土外加剂只搞1年或2年1次的产品检测及认证检验，这样不利于保证混凝土外加剂的质量。另外进人施工现场的外加剂应按施工规范规定严格执行，先做产品的必检和常规项目，同时加强施工现场掺外加剂混凝土性能检验。从而保证混凝土拌和物均质性、控制混凝土构造物实体质量。混凝土外加剂掺量不匀，尤其是掺量小的(如引气剂)应加密混凝土拌合物均质性，拌和物工作性的检验。只有保证混凝土外加剂的质量，发挥掺外加剂混凝土的作用，才能促进混凝土外加剂的应用与发展。

　　3.4符合环保原则

　　外加剂材料的组成成分有些属工业副产品，可能有毒或会污染环境，危害人体健康。因此，严禁选用对人体产生危害、对环境产生污染的外加剂。随着我 国 建筑工业技术的发展，对我国混凝土强度等级及耐久性能的要求会越来越高。而混凝土强度及耐久性能的提高，离不开混凝土外加剂。因此，不久的将来，我们必将迎来一个外加剂混凝土应用的新时代。