淺議混凝土外加劑的使用

　　摘要：本文敘述了混凝土外加劑的現(xiàn)狀， 重點介紹了常用品種作用機(jī)理、應(yīng)用及注意事項。

　　關(guān)鍵詞：混凝土外加劑

　　隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，對混凝土的要求也越來越高。20世紀(jì)20年代混凝土外加劑的出現(xiàn)，極大地豐富了混凝土的品種，為建筑技術(shù)帶來了蓬勃的生機(jī)，加速了大跨、高層建筑的發(fā)展。

　　1. 混凝土外加劑發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

　　混凝土外加劑技術(shù)的發(fā)展雖然只有50-60年的歷史，比混凝土歷史短了100多年，但它的發(fā)展速度卻非常快，并且在今后的高性能混凝土技術(shù)發(fā)展中扮演著重要的角色。

　　目前混凝土外加劑使用最普遍的國家有日本、澳大利亞、挪威、美國。這些國家80%以上的混凝土中應(yīng)用外加劑。例如日本、澳大利亞己達(dá)100%。其次，像德國、丹麥、瑞典等國使用外加劑的混凝土也達(dá)80%以上。英國、法國、意大利及東歐諸國使用量也在30%以上。北美、歐洲、日

　　本70%以上的混凝土都摻引氣劑，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISA308:1988《預(yù)拌混凝土》中4.1C節(jié)規(guī)定:普通混凝土含氣量不低于4.5%，輕混凝土不低于5.0%預(yù)制裝配混凝土不低于4.5%。4.5%含氣量的混凝土抗凍性指標(biāo)都能達(dá)到300-400次。引氣混凝土的折壓比比普通混凝土提高約20%，折壓比的提高表明了混凝土的韌性提高和抗裂性提高，另外引氣又是混凝土減少裂紋的一個措施。同時，摻加引氣劑還能明顯減少泌水。

　　我國從20世紀(jì)70年代開始，混凝土外加劑的商品化進(jìn)程才真正開始，當(dāng)時主要是開始應(yīng)用木鈣減水劑、糖蜜減水劑和速凝劑等，但是近20年，產(chǎn)品的品種和質(zhì)量水平都有了飛速的發(fā)展，多種外加劑等都得到了很好的開發(fā)應(yīng)用。

　　2. 混凝土外加劑的常用品種作用機(jī)理及應(yīng)用

　　三種常用混凝土外加劑的作用機(jī)理如下:

　　(1)    減水劑 (Water-reducing admixture)在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少拌合用水量的外加劑。減水劑是陰離子表面活性劑，它們在混凝土中所起的表面活性作用。

　　其作用機(jī)理為:水泥粒子對高效減水劑的吸附以及高效減水劑對水泥的分散作用，水泥加水轉(zhuǎn)變成水泥槳后形成一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)減水劑分子被漿體中的水泥粒子吸附，即在其表面形成擴(kuò)散雙電層，成為一個個極性分子或分子團(tuán)，憎水端吸附于水泥顆粒表面而親水端朝向水溶液，形成單分子層或多分子層的吸附膜。這就降低了水的表面張力釋放出絮凝體中被包裹的水分子。同時，出于表面活性劑的定向吸附，使水泥顆粒朝外一側(cè)帶有同種電荷，產(chǎn)生了相斥作用。其結(jié)果使水泥漿體形成一種不很穩(wěn)定的懸浮狀態(tài);水泥顆粒表面的潤滑作用，減水齊Ii的極性親水端朝向水溶液，多以氫鍵形式與水分子締合，再加上水分子之間的氫鍵締合，構(gòu)成了水泥微粒表面的一層水膜，阻止水泥顆粒間的直接接觸，起到潤滑作用。

　　(2)   引氣劑 ((Air entraining admixture)在攪拌混凝土過程中能引人大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。引氣減水劑(Air entraining and water reducing admixture)兼有引氣和減水功能的外加劑。

　　其作用機(jī)理是:由于它的表面活性，能定向吸附在水一氣界面上，而且顯著降低水的表面張力，使水溶液易形成眾多的新的表面(即水在攪拌下易產(chǎn)生氣泡)。同時，引氣劑分子定向排列在氣飽上，形成單分子吸附膜，使液膜堅固而不易破裂。在溶液中產(chǎn)生氣泡后，由于大大擴(kuò)展了兩相的界面，使表面能也隨之增加，而對任何一個體系來說都有一個自由能自動趨于最小才穩(wěn)定的趨勢。那么要產(chǎn)生穩(wěn)定的氣泡必須是氣液界面的表面能盡可能低。

　　(3) 緩凝劑 (Setretarder)是延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑。緩凝減水劑((Setretarding and water-reducing admixture)兼有緩凝和減水功能的外加劑。

　　緩凝劑 用機(jī)理:硅酸鹽水泥的早期水化歷程分為四個階段，即:初始反應(yīng)期，水泥與水混合后立即發(fā)生水化反應(yīng)，CS生成水化硅酸鈣并釋放出Ca(OH)2, C產(chǎn)礦物溶解于水，并迅速與己溶解的石膏反應(yīng)析出鈣礬石，附著在水泥粒子表面形成薄膜包裹層;休止期，由于初始反應(yīng)期形成的薄膜包裹層阻礙了水泥與水進(jìn)一步水化，水泥漿的可塑性基本上保持不變;凝結(jié)期，約在水泥加水混合后6一8h，水泥出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。當(dāng)水泥粒子表面的薄膜包裹層破裂時，則繼續(xù)水化，從而出現(xiàn)了凝結(jié)期;硬化期，凝結(jié)期以后，進(jìn)人硬化期，這時水泥的水化速度緩慢，但仍不斷進(jìn)行，水化物不斷填充毛細(xì)孔，強(qiáng)度不斷提高。

　　常用混凝土外加劑的功能及適用范圍見表1。

　　3. 應(yīng)用混凝土外加劑的注意事項

　　盡管在混凝土中摻人外加劑，可明顯改善混凝土的許多物理力學(xué)性能，取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但是如果選擇和使用不當(dāng)，也會造成一些工程質(zhì)量問題，在選擇和使用外加劑是應(yīng)注意以下幾點:

　　3.1 選擇合適的混凝土外加劑

　　外加劑的品種很多，功效各異，應(yīng)該合理選擇。首先應(yīng)根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等級、耐久性指標(biāo)及新拌混凝土工作性要求。其次在了解混凝土外加劑作用原理基礎(chǔ)上，有針對性選擇混凝土外加劑，才能充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)性優(yōu)勢。例如提高混凝土抗?jié)B性的外加劑可以選擇3種，有減水劑、防水劑、膨脹劑。選擇3種外加劑的哪一種，應(yīng)首先了解3種混凝土外加劑的工作原理，防水劑(如乳液)主要是在毛細(xì)管內(nèi)形成一種憎水性高分子膜，從而提高了混凝土的抗?jié)B性能。膨脹劑通常是靠硫鋁酸鈣在水泥水化后生成的Ca(OH)2堿度較高時，轉(zhuǎn)化為高硫型硫鋁酸鈣即AFt，體積膨脹填充和堵塞混凝土中的毛細(xì)孑L通道及孔隙，而提高了混凝土的抗?jié)B性。根據(jù)3種混凝土外加劑的作用原理，在選擇以滿足抗?jié)B指標(biāo)為目的混凝土外加劑時，應(yīng)該是有防潮要求的，或混凝土強(qiáng)度等級不高，而抗?jié)B等級要求較高時，應(yīng)首選防水劑，如果混凝土強(qiáng)度等級不高，抗?jié)B等級也不高時，應(yīng)選減水劑。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級較高(C40以上)時，抗?jié)B等級也較高(P10以上)，那么選擇減水劑、防水劑、膨脹劑都可以。

　　目前混凝土外加劑多向復(fù)合型發(fā)展，這樣雖擴(kuò)展了某種外加劑的使用范圍，但它的經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)特性就不突出。因此選擇混凝土外加劑要兼顧設(shè)計要求及經(jīng)濟(jì)性要做到這一點，首先要了解混凝土外加劑產(chǎn)品的特性，再根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等級、耐久性指標(biāo)及新拌混凝土工作性要求，在了解混凝土外加劑作用原理基礎(chǔ)上，有針對性選擇混凝土外加劑，才能充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)性優(yōu)勢。

　　3.2 合理確定混凝土外加劑的摻和摻法

　　混凝土外加劑作為一種產(chǎn)品它的摻量在產(chǎn)品說明書往往只是一個范圍。要科學(xué)、正確地發(fā)揮混凝土外加劑的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性，必須進(jìn)行混凝土試配，才能確定混凝土外加劑的摻量，因為混凝土外加劑無論是有機(jī)的、無機(jī)的、還是復(fù)合的，它的摻量及摻配效果均與混凝土的組成原材料有關(guān)。如水泥品種、礦物組成、細(xì)度、堿度;混合材料品種、細(xì)度;砂子級配、細(xì)度模數(shù);粗骨料品種、級配情況等等，均影響混凝土外加劑的摻量。外加劑摻入混凝土拌和物中的方法不同，有先摻法和后摻法，達(dá)到同樣效果，后摻法的摻量往往更小。

　　3.3 合理檢測混凝土外加劑的性能

　　混凝土外加劑作為一種產(chǎn)品，已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)、產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定。產(chǎn)品的檢驗，應(yīng)象水泥一樣，形成檢測體系，而不是像目前我國混凝土外加劑只搞1年或2年1次的產(chǎn)品檢測及認(rèn)證檢驗，這樣不利于保證混凝土外加劑的質(zhì)量。另外進(jìn)人施工現(xiàn)場的外加劑應(yīng)按施工規(guī)范規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行，先做產(chǎn)品的必檢和常規(guī)項目，同時加強(qiáng)施工現(xiàn)場摻外加劑混凝土性能檢驗。從而保證混凝土拌和物均質(zhì)性、控制混凝土構(gòu)造物實體質(zhì)量。混凝土外加劑摻量不勻，尤其是摻量小的(如引氣劑)應(yīng)加密混凝土拌合物均質(zhì)性，拌和物工作性的檢驗。只有保證混凝土外加劑的質(zhì)量，發(fā)揮摻外加劑混凝土的作用，才能促進(jìn)混凝土外加劑的應(yīng)用與發(fā)展。

　　3.4符合環(huán)保原則

　　外加劑材料的組成成分有些屬工業(yè)副產(chǎn)品，可能有毒或會污染環(huán)境，危害人體健康。因此，嚴(yán)禁選用對人體產(chǎn)生危害、對環(huán)境產(chǎn)生污染的外加劑。隨著我 國 建筑工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對我國混凝土強(qiáng)度等級及耐久性能的要求會越來越高。而混凝土強(qiáng)度及耐久性能的提高，離不開混凝土外加劑。因此，不久的將來，我們必將迎來一個外加劑混凝土應(yīng)用的新時代。