混凝土外加劑及其主要應(yīng)用技術(shù)問題

1、    混凝土外加劑及其主要應(yīng)用技術(shù)問題    劉智超謝維雪子呂芳禮曹鵬飛摘 要：文章對混凝土外加劑的定義、分類及常用外加劑對混凝土性能的影響進(jìn)行了闡述，提出了我國目前混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)的問題及選用原則。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)境帶來了困擾。在全球性可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求下

2、，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

3、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

4、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，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，在混凝土攪拌過程中會產(chǎn)生大量微小均勻的穩(wěn)定封閉氣泡，

5、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高的氯離子等原因，鋼筋的銹蝕在所難免。因此國內(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

6、聚物引氣劑，對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，并且可以帶來明顯的經(jīng)濟(jì)及社會效益，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

7、有的不利性能，解決施工中出現(xiàn)的所有問題，因此大量的濫用外加劑而不考慮實(shí)際情況。（3）開發(fā)商過分追求經(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釋放分解這些有害物質(zhì)，長此以往生存在該環(huán)境下的人們會受到嚴(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)效益的問題，并且還需要改善混凝土的熱學(xué)性能。由于單位水泥

8、用量的減少，水化熱就相應(yīng)降低，這有利于簡化溫控設(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、耐久性等性能都會受到損失。在這種低溫情況下，需摻配合適的防凍劑來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)需考慮到對鋼筋的銹蝕作用，盡量減少或避免使用對鋼筋耐久性產(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，

9、而是應(yīng)該具體問題具體分析，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發(fā)揮其特長更加恰當(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

10、損失過快、性能劣化、明顯緩凝至工期延長等問題，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)境問題。對于外加劑本身而言，在生產(chǎn)和使用的過程中，或多或少的加入了鈉鹽和鉀鹽，其中的鈉離子、鉀離子、氯離子等都會引發(fā)適應(yīng)性的問題。對水泥而言，水泥中的礦物成分

11、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類的不同也會產(chǎn)生截然不同的影響。最后則是環(huán)境的問題，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)性問題，并在發(fā)生問題時(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

12、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

13、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)到空氣中會造成環(huán)境污染，同時(shí)還會產(chǎn)生一部分的廢氣、廢液（如甲醛、氨水等物質(zhì)），對人類的身體健康也會產(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，例如我國早期使用的速凝劑都是粉塵狀的，對環(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)不對環(huán)境造成破壞。5 結(jié)語隨著國家工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，混凝土外加劑使用的范圍不斷擴(kuò)大，我國對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)等問題層出不窮。為了更好更合理地使用外加劑，首先要熟知國家現(xiàn)行的各種外加劑標(biāo)準(zhǔn)，其次要熟知國家現(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)，針對相適性等問題尋找有效的技術(shù)措施，開發(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