淺談混凝土外加劑及其應(yīng)用

馬裕添

（汕頭市達(dá)濠市政建設(shè)有限公司，廣東汕頭515041）

0 前言

自從1824年波特蘭水泥問世以來，混凝土與鋼筋混凝土應(yīng)用愈來愈廣泛，混凝土科學(xué)技術(shù)也不斷取得進(jìn)步。上世紀(jì)30年代開始采用的以引氣劑與塑化劑為主的混凝土外加劑技術(shù)，對優(yōu)質(zhì)混凝土的四大要素，即耐久性、強(qiáng)度、工作性與經(jīng)濟(jì)性，產(chǎn)生了十分明顯甚至是決定性的作用。時至今日，外加劑已成為現(xiàn)代混凝土不可缺少的組成部分，摻加優(yōu)質(zhì)外加劑已成為混凝土改性的一條必經(jīng)的技術(shù)途徑。

1 混凝土外加劑簡述

1.1 混凝土外加劑的定義和分類

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入，用以改善混凝土性能的物質(zhì)，摻量不大于水泥質(zhì)量的5%。外加劑按其主要功能分為四類：

（1）改善混凝土拌合物流變性能的外加劑。包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。

（2）調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑。包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑等。

（3）改善混凝土耐久性的外加劑。包括引氣劑、防水劑和阻銹劑。

（4）改善混凝土其他性能的外加劑。包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、防水劑和泵送劑等。

1.2 使用外加劑的主要目的

1.2.1 改善新拌混凝土、砂漿、水泥漿的性能

（1）不增加用水量而提高和易性，或和易性相同時減少用水量；

（2）縮短或延長初凝時間；

（3）減少或避免沉陷或產(chǎn)生微小膨脹；

（4）改變泌水率或泌水量，或兩者同時改變；

（5）減小離析；

（6）改善滲透性與可泵性；

（7）減小坍落度損失率。

1.2.2 改善硬化混凝土、砂漿、水泥漿的性能

（1）延緩或減少水化熱；

（2）加速早期強(qiáng)度增長率；

（3）提高強(qiáng)度（壓、拉或彎曲）；

（4）提高耐久性或抵抗嚴(yán)酷的暴露條件，包括防凍鹽的應(yīng)用；

（5）減小毛細(xì)管水的流動；

（6）降低液相滲透力；

（7）控制堿與某些集料成分反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹；（8）配制多孔混凝土；

（9）提高混凝土與鋼筋的粘結(jié)力；（10）增加新老混凝土粘結(jié)力；

（11）改善抗沖擊與抗磨損的能力；

（12）阻止埋在混凝土中金屬的銹蝕；

（13）配制彩色混凝土或砂漿。

2 混凝土外加劑應(yīng)用中的問題

混凝土外加劑用于提高新拌混凝土的工作性，改善工藝性能，強(qiáng)化生產(chǎn)過程。同時改善和提高硬化混凝土的物理力學(xué)性能，提高建筑物或構(gòu)件的質(zhì)量和耐久性。此外，還可以節(jié)約水泥，降低成本，加快工程進(jìn)度。一種外加劑只具備一種或某幾種性能，即使應(yīng)用高效能多功能復(fù)合外加劑也不一定能完全滿足實際混凝土工程的技術(shù)要求。因此，必須根據(jù)混凝土使用要求，正確地選擇和應(yīng)用外加劑才能取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

目前，世界上許多國家對混凝土外加劑制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，明確規(guī)定了外加劑產(chǎn)品的質(zhì)量要求，摻外加劑混凝土的性能指標(biāo)，以及各種外加劑的適用范圍，這樣為正確使用外加劑提供了指導(dǎo)性的依據(jù)。另外，生產(chǎn)外加劑的廠商也備有外加劑產(chǎn)品的性能和使用說明書，對該產(chǎn)品的正確使用提供參考資料。這些國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定推動了混凝土外加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用，并且形成了新興的產(chǎn)業(yè)。

我國水泥產(chǎn)量居世界首位，而且水泥產(chǎn)品具有多樣性，同一種水泥的質(zhì)量和標(biāo)號差別也很大，這樣給外加劑的推廣應(yīng)用帶來許多困難。例如，同一種外加劑用于不同廠家生產(chǎn)的同類水泥配制的混凝土，會得出不同的效果，有時甚至得到相反的結(jié)果。因此，針對我國水泥品種復(fù)雜的情況，外加劑對水泥的適用性（相容性）就成為突出的問題。要正確地使用外加劑，必須掌握影響混凝土性能的基本規(guī)律。

3 混凝土外加劑的選擇、摻量和使用方法

混凝土外加劑是天然或合成的化學(xué)物質(zhì)，可以是單一或復(fù)合組分。使用外加劑時必須根據(jù)工程對混凝土性能要求選擇合適的外加劑，注意外加劑的摻量和使用方法。

3.1 混凝土外加劑的基本性能

混凝土外加劑是一種工業(yè)產(chǎn)品，對其基本性能的要求是：

（1）能改變混凝土一種或某幾種性能，而不產(chǎn)生副作用；

（2）在運(yùn)輸和貯存中保持良好的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性；

（3）在早期或后期對混凝土中的鋼筋及其它預(yù)埋件沒有損害作用；

（4）使用安全，對環(huán)境無污染。

國外，混凝土外加劑90%是以液體產(chǎn)品出售，我國大部分是固體粉狀產(chǎn)品。使用固體產(chǎn)品的摻量以水泥重量百分?jǐn)?shù)表示，而使用液體產(chǎn)品的摻量以體積計量，即每100 kg水泥摻用液體外加劑的毫升數(shù)。任何一種外加劑產(chǎn)品都應(yīng)當(dāng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的勻質(zhì)性和其混凝土性能的要求。

3.2 混凝土外加劑的選擇

混凝土外加劑的選擇根據(jù)工程設(shè)計對混凝土性能的要求而定，如強(qiáng)度標(biāo)號、抗?jié)B性、抗凍融性、耐久性、彈性模量等物理力學(xué)性能，以及施工工藝、施工季節(jié)（冬季或夏季施工）、澆筑的部位和體積等。另外，還要考慮實際工程提供的原材料：水泥品種和標(biāo)號、砂石質(zhì)量等。在此基礎(chǔ)上選擇符合使用要求的外加劑品種和牌號。

在選擇外加劑時，必須采用實際工程用的原材料進(jìn)行混凝土試配試驗，并且摻用不同廠家生產(chǎn)的同一種外加劑，根據(jù)試配結(jié)果從中確定技術(shù)經(jīng)濟(jì)最合適的外加劑。

試驗評定外加劑的理由是：

（1）檢測外加劑是否符合使用要求；

（2）根據(jù)施工現(xiàn)場條件和現(xiàn)場使用的材料來評定外加劑對混凝土性能的影響；

（3）檢查每批產(chǎn)品的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性；

（4）生產(chǎn)廠家提供的資料是否符合試配檢驗結(jié)果。

選擇外加劑的根本原則：第一是性能符合工程使用要求；第二是經(jīng)濟(jì)的合理性。在某些情況下，決定外加劑在混凝土工程中使用的主要因素是外加劑的成本，這就要求生產(chǎn)廠家根據(jù)平時使用外加劑的經(jīng)濟(jì)效果開發(fā)和生產(chǎn)新產(chǎn)品。

3.3 混凝土外加劑的摻量

外加劑的最佳摻量是獲得最好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效果的重要因素。外加劑的最佳摻量是通過混凝土試配結(jié)果確定的，根本的原則是在滿足混凝土性能要求的前提下，采用最低摻量。生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說明書中提供的是某種外加劑使用時的摻量范圍，而使用單位必須通過混凝土試配確定外加劑的合理摻量。

不同類型的外加劑的摻量是有一定規(guī)律的，通常，無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑摻量為水泥重量的1%～2%，有機(jī)緩凝劑摻量為0.02%～0.1%，引氣劑摻量為0.002%～0.006%,普通減水劑為0.2%～0.3%，高效減水劑為0.5%～1.0%。同一種外加劑用于不同混凝土?xí)r的摻量也不盡相同，例如：高效減水劑用于蒸養(yǎng)混凝土?xí)r的摻量為0.3%～0.5%，用于普通混凝土的摻量為0.5%，用于流態(tài)混凝土的摻量為0.75%，用于高強(qiáng)混凝土的摻量為1.0%。硫酸鈉早強(qiáng)劑用于蒸養(yǎng)混凝土?xí)r的摻量為1.0%，摻量過高（2%），蒸養(yǎng)后的試體脹高、強(qiáng)度降低。硫酸鈉用于普通混凝土?xí)r的摻量為2.0%。氯化鈣早強(qiáng)劑用于普通混凝土的摻量為1.0%～2.0%，用于鋼筋混凝土的摻量為1%，用作防凍劑時的摻量為4.0%，摻量大于9.0%生成過多的水化氯鋁酸鹽而引起混凝土膨脹，當(dāng)然使用氯鹽外加劑同時要摻阻銹劑。防凍劑摻量是由冰點(diǎn)決定的，但是復(fù)合防凍劑在相同負(fù)溫時摻量減少一半。復(fù)合高效減水劑在相同減水率時比單一高效減水劑摻量減少一半。后摻法不但使超塑化劑摻量減少，而且對其它外加劑也有同樣效果。

此外，水泥品種、細(xì)度、礦物組成、混合料等也影響外加劑的摻量。如對礦渣水泥高效減水劑摻量少于普通硅酸鹽水泥。比表面高、C3A含量高的水泥高效減水劑摻量應(yīng)多一些。

從以上事實，可以認(rèn)為決定外加劑摻量的因素如下：

（1）外加劑的品種；

（2）外加劑的應(yīng)用范圍；

（3）水泥品種和活性、比表面積、礦物組成及混合料等；

（4）混凝土組成材料及其配合比、單位水泥用量、單位用水量等；

（5）外加劑復(fù)合方式（成分與比例）；

（6）外加摻入方法（同摻或后摻）。

總之，只要掌握了外加劑和混凝土的性能，以及它們變化的規(guī)律，并通過試驗確定外加劑的合理摻量，就可以以最少摻量獲得最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

3.4 混凝土外加劑使用方法

使用外加劑時要仔細(xì)看產(chǎn)品說明書，其中包括使用方法。

3.4.1 配制和計量

成功地應(yīng)用外加劑，取決于適宜的配制方法。若忽視這一點(diǎn)，就會嚴(yán)重地影響混凝土的性能與作用。

外加劑產(chǎn)品有兩種形式，即液體和固體粉末。液體產(chǎn)品以體積計量，有時生產(chǎn)廠提供可溶性固體產(chǎn)品，使用前配制成一定濃度的水溶液。固體產(chǎn)品中一般有載體，如粉煤灰、火山灰、礦粉等，其目的是使外加劑計量準(zhǔn)確、分散均勻和防止受潮結(jié)塊。固體外加劑通常是以重量計量。使用外加劑時可采用人工、半自動和自動計量，根本要求是計量準(zhǔn)確。外加劑摻量確定后，根據(jù)攪拌機(jī)一次攪拌混凝土體積和單位水泥用量折算外加劑的用量。超劑量地使用，不但造成浪費(fèi)，影響混凝土的性能，而且還會造成工程事故。特別是摻緩凝劑、緩凝減水劑和引氣劑時一定要劑量準(zhǔn)確，一旦超劑使用就使?jié)仓幕炷敛荒Y(jié)硬化或嚴(yán)重降低強(qiáng)度，造成工程事故。另外，在同時使用兩種外加劑時應(yīng)注意它們之間的相容性，特別是引氣劑應(yīng)分別摻用。

3.4.2 混凝土的配合比

任何混凝土工程都要根據(jù)要求設(shè)計好混凝土配合比，因為摻用外加劑只能使質(zhì)量好的混凝土變得更好，而不能使質(zhì)量差的混凝土性能得到改善。所以要掌握摻外加劑的各種混凝土的配合比設(shè)計方法，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的原材料進(jìn)行試配和配合比調(diào)整，最后確定合適的配合比。

3.4.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

摻外加劑的混凝土，同普通混凝土一樣，要求正常的養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)澆混凝土硬化早期要澆水養(yǎng)護(hù)。使用膨脹劑配制補(bǔ)償收縮、防滲抗裂混凝土更要重視早期的養(yǎng)護(hù)，否則達(dá)不到應(yīng)有的效果。冬季施工使用防凍劑應(yīng)當(dāng)注意覆蓋保溫，使混凝土盡快達(dá)到臨界強(qiáng)度、防止凍害。

3.5 混凝土外加劑對蒸汽養(yǎng)護(hù)的適應(yīng)性

在混凝土預(yù)制構(gòu)件和制品生產(chǎn)中，通常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。其目的是加快模具的周轉(zhuǎn)，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。蒸養(yǎng)加快了混凝土強(qiáng)度的增長，但對混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用。因此后期強(qiáng)度比自然養(yǎng)護(hù)相同配比混凝土強(qiáng)度稍有降低。摻早強(qiáng)劑、早強(qiáng)減水劑或高效減水劑可以提高蒸養(yǎng)混凝土的強(qiáng)度、縮短蒸養(yǎng)時間，降低蒸養(yǎng)溫度和改善混凝土質(zhì)量。

在許多資料中往往提到某種外加劑不適合養(yǎng)護(hù)，某種外加劑適合蒸養(yǎng)，這種講法是不科學(xué)的，至少是不夠嚴(yán)密的。因為外加劑對蒸汽養(yǎng)護(hù)的適應(yīng)性是與一定的蒸養(yǎng)制度聯(lián)系在一起的。從這種觀點(diǎn)來講，任何外加劑在一定的蒸養(yǎng)制度下都適于蒸養(yǎng)。當(dāng)然為了縮短混凝土構(gòu)件和制品生產(chǎn)的周期，加快模具周轉(zhuǎn)，對蒸養(yǎng)混凝土的外加劑有基本要求：（1）促進(jìn)初期強(qiáng)度；（2）緩凝性??；（3）減少單位用水量、減少析水；（4）改善混凝土表面，但又具備可修整性；（5）無引氣性，但是抗凍融性要求高時，需摻引氣劑。

蒸汽養(yǎng)護(hù)制度分為預(yù)養(yǎng)期（前置期）、升溫期、恒溫期和降溫期。

（1）預(yù)養(yǎng)期：設(shè)置預(yù)養(yǎng)期的目的是使混凝土具有一定的初期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，借以抵抗外力或溫度應(yīng)力引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞。預(yù)養(yǎng)期是不可缺少的，在工藝允許的范圍內(nèi)預(yù)養(yǎng)期越長越有利。

摻外加劑的混凝土成型后預(yù)養(yǎng)期的時間長短與外加劑的品種和摻量有關(guān)，一般不小于2 h。使用緩凝型減水劑、引氣劑時預(yù)養(yǎng)期還要長一些，而摻促凝劑、早強(qiáng)劑預(yù)養(yǎng)期可短一些。高效減水劑由于減水率高，也具有早強(qiáng)效果。如SM減水劑摻量0.2%～0.5%時，蒸養(yǎng)混凝土的預(yù)養(yǎng)期在1～2 h，摻量增加時，由于初期水化抑制作用加強(qiáng)，則預(yù)養(yǎng)期應(yīng)當(dāng)延長。此外，混凝土成型時如果拌合物溫度低（5～10℃），則預(yù)養(yǎng)期應(yīng)當(dāng)延長。

（2）升溫期：蒸汽養(yǎng)護(hù)升溫速度太快使得混凝土內(nèi)部和表面產(chǎn)生較大的溫差，這樣會引起混凝土強(qiáng)度下降。通常升溫速度為15～20℃/h。使用木質(zhì)素系減水劑，升溫速度慢一些，而與促凝劑或早強(qiáng)劑復(fù)合使用，升溫速度同無外加劑混凝土相同。摻早強(qiáng)劑和SM高效減水劑升溫速度快一些（25℃/h）。

升溫期長（或升溫速度慢）對蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度的提高是有利的。經(jīng)過充分預(yù)養(yǎng)的混凝土，升溫速度可以快一些。

（3）恒溫期：恒溫期的溫度與水泥品種有關(guān)，通常普通硅酸鹽水泥配制的混凝土蒸養(yǎng)時，最高恒溫溫度不超過80℃，而礦渣水泥混凝土溫度要高一些（90℃）。

不論摻或不摻外加劑，混凝土強(qiáng)度都隨恒溫期的延長而增加。在滿足設(shè)計強(qiáng)度要求的情況下，通過摻適當(dāng)?shù)耐饧觿谳^低溫度（40～60℃）下，進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)是十分有利的。一方面可提高混凝土質(zhì)量（提高抗?jié)B性、抗凍性等）；另一方面可節(jié)省能源。如摻SM減水劑在較低（60℃）溫度下，就可以得到很好的增強(qiáng)效果。

（4）降溫期：為了使混凝土在降溫過程中不致產(chǎn)生大的溫差應(yīng)力，降溫速度不應(yīng)太快。降溫期一般為2-3 h。摻外加劑的混凝土和普通混凝土以同樣方式降溫。

此外，蒸養(yǎng)結(jié)束，脫模之后，混凝土構(gòu)件和制品還需一段時期的澆水養(yǎng)護(hù)，這對產(chǎn)品的質(zhì)量的提高是有益的。

為了縮短蒸汽養(yǎng)護(hù)時間而采用外加劑時，其蒸養(yǎng)時間可按下式計算：

B=B0-αB0（R-R0）

式中：B——摻外加劑混凝土蒸養(yǎng)時間（包括預(yù)養(yǎng)期），h；

B0——不摻外加劑混凝土蒸養(yǎng)時間（包括預(yù)養(yǎng)期），h；

R——摻外加劑混凝土按規(guī)定制度蒸養(yǎng)后，在規(guī)定時間內(nèi)的強(qiáng)度為28d強(qiáng)度的百分比；

R0——不摻外加劑混凝土按規(guī)定制度蒸養(yǎng)后，在規(guī)定時間內(nèi)的強(qiáng)度為28d強(qiáng)度百分比；

α——蒸養(yǎng)后強(qiáng)度為28 d強(qiáng)度的50%、70%和85%時的系數(shù)值為0.02、0.03和0.04。

摻塑化—引氣劑的混凝土制造構(gòu)件和制品的蒸養(yǎng)時間，對于普通硅酸鹽水泥混凝土不應(yīng)小于11 h，對礦渣水泥和火山灰水泥混凝土不應(yīng)小于14 h。摻用促凝劑或早強(qiáng)劑、早強(qiáng)減水劑、高效減水劑蒸養(yǎng)時間可縮短為2～3 h，或者蒸養(yǎng)制度不變的情況下，提高蒸養(yǎng)后混凝土強(qiáng)度20%～30%。

總而言之，必須掌握外加劑性能、明確使用目的和了解正確的使用方法，只有正確使用外加劑才能達(dá)到預(yù)期的效果。

4 結(jié)語

自從20世紀(jì)90年代以來，由于建筑工程發(fā)展的需要，如高層化、大荷載、大跨度、大體積、快速、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能以及特種工程的特性要求等，促使高強(qiáng)度混凝土迅速向高性能混凝土發(fā)展轉(zhuǎn)變，人們認(rèn)為高性能混凝土必然成為跨世紀(jì)的新型高效建筑材料。在混凝土材料發(fā)展的同時，也促進(jìn)了混凝土外加劑向高效、多功能和復(fù)合化的方向發(fā)展。采用復(fù)合外加劑能夠改善新拌混凝土的工作性（如增加流動性、減少流動性經(jīng)時損失等）和穩(wěn)定性（如勻質(zhì)性、不離析、不泌水等），調(diào)節(jié)水泥的水化硬化過程（如延緩水化放熱、早強(qiáng)、高強(qiáng)等），改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)（如達(dá)到輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久等），提高混凝土體積穩(wěn)定性（補(bǔ)償收縮、防滲、抗裂等），以及賦予混凝土某些特殊性能。因此，高效、多功能、復(fù)合外加劑的開發(fā)與應(yīng)用，必將推動混凝土制備工藝和新型混凝土材料的發(fā)展。