混凝土外加劑在基建工程中的應(yīng)用及影響

文/ 中國(guó)水利水電第四工程局有限公司 劉震林

混凝土外加劑是混凝土中除水泥、水、砂、石以外的第五種比較重要的組分。通過(guò)摻入外加劑的混凝土可滿(mǎn)足不同基建工程中對(duì)混凝土工作性、強(qiáng)度、溫控、調(diào)凝及防水等性能指標(biāo)要求，并能減少水泥用量和降低能耗，提升工程質(zhì)量與施工效率，簡(jiǎn)化工藝過(guò)程和降低勞動(dòng)成本。

概念及分類(lèi)

在混凝土攪拌機(jī)對(duì)混合物料攪拌過(guò)程中加入摻量小于膠凝材料質(zhì)量的5%，并能按要求改善混凝土性能的物質(zhì)稱(chēng)為混凝土外加劑?；炷镣饧觿┌椿瘜W(xué)成分可分為三類(lèi)：無(wú)機(jī)外加劑、有機(jī)外加劑和復(fù)合外加劑。根據(jù)外加劑的不同功效及改善混凝土性能的作用可分為四類(lèi)：調(diào)節(jié)膠凝材料水化反應(yīng)快慢的外加劑，包括延緩凝結(jié)硬化時(shí)間的緩凝劑，加速凝結(jié)硬化時(shí)間的早強(qiáng)劑、速凝劑等；提高混凝土耐久性能和對(duì)結(jié)構(gòu)起保護(hù)作用的外加劑，涵蓋的有引氣劑、防凍劑、防水劑和阻銹劑等；改善混凝土拌和物工作性能的外加劑，包括各類(lèi)減水劑、引氣劑和泵送劑等；優(yōu)化混凝土其他性能的外加劑，包括加氣劑、膨脹劑、著色劑、堿-骨料反應(yīng)抑制劑等。

在基建工程中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益

混凝土外加劑作為水泥混凝土配比中較為重要的組分，雖然其用量很少，但在基建工程推廣應(yīng)用中卻發(fā)揮出巨大的作用。在不替換水泥品種的情況下通過(guò)添加少量外加劑，可以達(dá)到對(duì)混凝土性能改善的目的，不僅能降低成本，加快施工效率，也為建造大體積、高強(qiáng)度、高耐久性長(zhǎng)壽命周期等具有特殊要求的混凝土工程，提供了很好的技術(shù)支撐。

在混凝土中摻入一定比例的減水劑，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益：在維持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的情況下，可減少水泥用量；在保持混凝土坍落度及膠凝材料用量不變的條件下，可減少拌和物單位用水量，同時(shí)提高混凝土強(qiáng)度；在保證混凝土水膠比不改變的條件下，可改善其工作性?；炷涟韬臀镏袚饺敫咝p水劑、早強(qiáng)減水劑，可使用水量大幅減少，1天強(qiáng)度較未摻減水劑混凝土試樣提高一倍以上，這使得制備高強(qiáng)或超高強(qiáng)度混凝土就變得輕而易舉。單位體積混凝土強(qiáng)度大幅提高以后，不但可以增大其使用范圍，而且有利于改變傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)“肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)”的設(shè)計(jì)理念，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)向輕型化方向發(fā)展，并能大量節(jié)約建筑材料的用量。緩凝型減水劑的摻入，可以使水泥漿體的凝結(jié)硬化時(shí)間減緩，推遲水泥水化放熱峰值的出現(xiàn)，有利于澆筑成型和提高施工質(zhì)量，在水工大體積混凝土施工澆筑過(guò)程中可以大幅降低水化反應(yīng)熱量并減少溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫。將一定比例的引氣型減水劑摻入新拌混凝土中，在攪拌過(guò)程中帶入大量氣體形成許多細(xì)小密閉的氣泡均勻分散在混凝土拌和物中，不但可以改善新拌混凝土的工作性，而且可以極大地提高其抗?jié)B和抗凍性能，從而為基建工程結(jié)構(gòu)的耐久性提升發(fā)揮出重要作用。

在硬化的混凝土外表面涂覆養(yǎng)護(hù)劑固化后形成一層薄膜，可隔絕空氣與表面直接接觸，從而防止水分過(guò)快蒸發(fā)，并能保證混凝土有適宜的溫、濕度養(yǎng)生條件，更有利于強(qiáng)度的形成?；炷林袚郊优蛎泟梢砸种苹炷恋氖湛s，增強(qiáng)其致密度，從而可明顯提高混凝土的耐久性能?；炷林刑砑幼桎P劑，可增強(qiáng)鋼筋的抗銹蝕能力和保持混凝土與鋼筋間的和諧共生?；炷林袚郊臃纼鰟?，可使得混凝土在冬季低溫情況下正常施工，為冬季在嚴(yán)寒地區(qū)施工操作創(chuàng)造了條件，可保證工程施工的連續(xù)性，加快施工進(jìn)度。著色劑的應(yīng)用使各種不同色彩的裝飾混凝土體得以筑造，由兩種或兩種以上外加劑組成的復(fù)合外加劑在混凝土中的廣泛應(yīng)用，可以使不同外加劑在性能上達(dá)到協(xié)同效應(yīng)，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，可滿(mǎn)足不同工程混凝土的技術(shù)要求，并且可降低原材料使用成本。

在混凝土外加劑日漸呈現(xiàn)多樣化和高適應(yīng)性發(fā)展趨勢(shì)下，推動(dòng)了混凝土工程技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：快硬和高強(qiáng)高韌混凝土技術(shù)的應(yīng)用使得“高強(qiáng)度、自重小、低脆性”等混凝土結(jié)構(gòu)成為了可能；泵送澆注技術(shù)和大流動(dòng)性混凝土工藝，也因高效減水劑性能的不斷提升而獲得進(jìn)步；商品混凝土的大力應(yīng)用和推廣，加快了我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的速度，使建筑技術(shù)也得到進(jìn)一步提高，從而獲得了更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

應(yīng)用中存在的問(wèn)題

適應(yīng)性問(wèn)題

在試驗(yàn)室和工程實(shí)際中經(jīng)常出現(xiàn)在相同試驗(yàn)和施工條件下，同樣配合比及外加劑摻量下，因?yàn)椴捎昧瞬煌贩N和批次的水泥及礦物摻和料，也會(huì)導(dǎo)致新拌混凝土的工作性和硬化后的各項(xiàng)性能存在較大差異，使實(shí)際應(yīng)用中外加劑的選擇帶來(lái)困難。因此，對(duì)外加劑與水泥適應(yīng)性的評(píng)價(jià)方法研究，將有利于指導(dǎo)外加劑的使用。

外加劑成份對(duì)混凝土耐久性影響

在一些混凝土外加劑的組份中含有很高的堿量，引入混凝土中增加了堿-集料反應(yīng)破壞的潛在隱患，威脅到工程的安全使用。因此，從保證混凝土耐久性和避免結(jié)構(gòu)脹裂破壞的角度來(lái)看，如何盡可能降低外加劑中堿的含量，是控制混凝土總堿量的重要途徑之一。

外加劑應(yīng)用效果受不同環(huán)境因素影響的研究

在適宜的溫濕度養(yǎng)生條件下，在拌和物中摻入一定比例的增塑外加劑，與高溫、干燥條件下相同原材料與配合比的新拌混凝土相比具有明顯的差異，其前者混凝土的和易性和坍落度經(jīng)時(shí)損失都要優(yōu)于后者。然而，在冬季溫度較低環(huán)境下施工的混凝土中摻加增塑劑，其效果幾乎沒(méi)有太大不同，這使外加劑的應(yīng)用受到了一定的局限性，也加大了對(duì)施工質(zhì)量控制的難度，如何減少環(huán)境因素變化對(duì)外加劑改性混凝土的影響有待進(jìn)一步研究。

外加劑的發(fā)展

隨著不同種類(lèi)的混凝土制品日益增多，各種大流態(tài)、高強(qiáng)度混凝土使用頻率和范圍越來(lái)越大，再加之亟需生產(chǎn)出滿(mǎn)足嚴(yán)酷環(huán)境條件和重要工程項(xiàng)目上適用的高性能混凝土要求越來(lái)越迫切，使得對(duì)外加劑的依賴(lài)性更加強(qiáng)烈，技術(shù)要求也更加嚴(yán)格。所以，未來(lái)混凝土外加劑的研究需要不斷拓展深化，以下幾個(gè)方面值得關(guān)注。

復(fù)合多功能化

通過(guò)化學(xué)合成與物理復(fù)配技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同外加劑性能上的互補(bǔ)，具有性能上的多功能化疊加效果，能夠滿(mǎn)足不同工程混凝土的使用要求，具有性能優(yōu)異、價(jià)格低廉，廣闊的使用空間。

綠色化

為了促進(jìn)未來(lái)高性能混凝土走向綠色化發(fā)展軌道，與之相適應(yīng)的混凝土外加劑，也應(yīng)滿(mǎn)足綠色化生產(chǎn)的需要。在傳統(tǒng)外加劑生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究降低外加劑產(chǎn)品中含有毒性的游離有機(jī)物質(zhì)的合成技術(shù)及對(duì)礦物外加劑中重金屬含量控制的應(yīng)用技術(shù)，并盡可能尋找清潔無(wú)公害的混凝土外加劑生產(chǎn)原料，如開(kāi)發(fā)利用工、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品生產(chǎn)混凝土外加劑。

降低外加劑的生產(chǎn)成本

尋找優(yōu)質(zhì)低廉、來(lái)源廣泛的外加劑原材料，通過(guò)某種方式將各類(lèi)工業(yè)廢渣回收再利用成為新的原材料，同時(shí)不斷優(yōu)化外加劑的配方和革新生產(chǎn)工藝，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的發(fā)展目標(biāo)。對(duì)提高混凝土外加劑的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及擴(kuò)大其推廣應(yīng)用范圍都非常有利。

加強(qiáng)外加劑對(duì)混凝土改性機(jī)理的深入探索

通過(guò)采用科學(xué)合理的方法和借助先進(jìn)儀器設(shè)備，研究分析和檢測(cè)外加劑的改性機(jī)理，在深入研究和開(kāi)發(fā)各種單一功能型外加劑的基礎(chǔ)上，應(yīng)更進(jìn)一步的加強(qiáng)各種單一外加劑的復(fù)配技術(shù)和相關(guān)復(fù)合理論的研究。建立各種不同功能性外加劑復(fù)配的理論依據(jù)；明確分子組成結(jié)構(gòu)與性能之間的相互制約關(guān)系；協(xié)調(diào)好混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性問(wèn)題，最大程度的發(fā)揮出外加劑所起的作用，可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益，并能有效的指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)展高強(qiáng)化、抗老化所需用的外加劑

隨著各國(guó)對(duì)混凝土使用中高工作性、高強(qiáng)度及高耐久性要求的日益嚴(yán)格。發(fā)展多功能、適應(yīng)性強(qiáng)和減水率大的高效減水劑，為制備高強(qiáng)度、大流態(tài)、長(zhǎng)壽命混凝土創(chuàng)造了條件并實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用成為了可能。各種外加劑在混凝土工程中的成功應(yīng)用，不僅改善了混凝土的各項(xiàng)性能，而且使施工變得更方便、節(jié)省了大量人力物力、提高了工效。