淺談各種外加劑對(duì)混凝土耐久性的影響研究

文 俊

（湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

0 引言

混凝土也被稱之為砼，是建筑工程的主要使用原料。砼的性能與質(zhì)量水平已成為人們比較重視的問(wèn)題，尤其是混凝土的耐久性的強(qiáng)弱。只有通過(guò)提高砼抵抗外界作用的能力，減少其內(nèi)部因素的影響，才能提高混凝土的耐久性[1]。而將外加劑摻入混凝土中，通過(guò)改善砼在混合攪拌中的水化反應(yīng)產(chǎn)物組成，從各個(gè)方面降低外界因素的影響，以此來(lái)提升砼的持久性能。因此，建筑施工中施工質(zhì)量的高低與砼中外加劑的種類關(guān)系密切。

1 混凝土的耐久性

由于混凝土具有價(jià)格便宜、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單、可塑性強(qiáng)的特征，混凝土成為施工工程中普遍使用的原料。而混凝土單純擁有這些特點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要有良好的質(zhì)量與功能性質(zhì)，而耐久性就成為衡量混凝土質(zhì)量的重要參數(shù)。砼的耐久性不僅受外界環(huán)境制約，還與施工工藝與流程息息相關(guān)，比如材料配比、礦料添加量以及外加劑等。其中,通過(guò)在砼中添加外加劑，可以使砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以此來(lái)提升砼的耐久性，進(jìn)而更好的應(yīng)用于建筑施工當(dāng)中，使建筑工程質(zhì)量得到保證[2]。

2 幾種常見(jiàn)的外加劑

2.1 減水劑[3-4]

減水劑是一種常用的外加劑，根據(jù)其主要組成原料可將其大致劃分為木質(zhì)素系減水劑、萘系高效減水劑、樹脂系系高效減水劑類等。減水劑的作用是以砼坍落度基本不變?yōu)榍疤?，通過(guò)降低水分含量，提升混凝土的強(qiáng)度;同時(shí),減水劑還具有潤(rùn)滑與空間位阻作用，通過(guò)調(diào)整材料與外加劑的配比，在保持坍落度不變的同時(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土流動(dòng)性。

2.2 引氣劑[5-6]

引氣劑又叫做加氣劑，它的種類有松香樹脂類、烷基和烷基芳烴磺酸類等。將引氣劑溶于水并加入砼中，在攪拌過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生許多氣泡，使水泥微粒之間的縫隙增大，從而增強(qiáng)流動(dòng)性與保水性，減少洋灰的使用量。引氣劑的使用還可以增強(qiáng)混凝土的抗凍性與滲透性，并且當(dāng)前多用于水壩、熱電站冷卻塔等抗凍性要求高的建筑結(jié)構(gòu)中。

2.3 高效活性礦物[7-8]

由于混凝土化學(xué)反應(yīng)之后，其化學(xué)性質(zhì)尚不穩(wěn)定，所以可以通過(guò)加入活性礦物的方法，改變混凝土中水化產(chǎn)物的成分。高效活性礦物包括煤電廠粉煤灰、硅灰等，其化學(xué)組成為SiO2和Al2O3等。通過(guò)高效活性礦物在砼中的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將雜質(zhì)替換為穩(wěn)定性更強(qiáng)的低堿度水化硅酸鈣，改善水泥水化后的產(chǎn)物構(gòu)成，減少水分，增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度與耐久性。

2.4 早強(qiáng)劑[9]

早強(qiáng)劑也是一種常見(jiàn)的混凝土外加劑，能夠增加早期工程中混凝土的強(qiáng)度的外加劑，常見(jiàn)的有硫化鈣等。多用于冬季施工建設(shè)中縮短工期，防止混凝土結(jié)構(gòu)受凍，減少施工材料與資金的浪費(fèi)。

2.5 膨脹劑[10]

在混凝土澆筑成型時(shí)，混凝土容易受外界與自身結(jié)構(gòu)影響發(fā)生自身收縮。膨脹劑就是應(yīng)對(duì)砼收縮的一種添加劑，降低混凝土收縮強(qiáng)度。常見(jiàn)的膨脹劑有石膏、鐵粉等。

3 對(duì)各種外加劑對(duì)混凝土性能影響的探究

混凝土受自身質(zhì)量與結(jié)構(gòu)的限制，就會(huì)造成混凝土內(nèi)部缺陷。此外，如果外界環(huán)境也有可能對(duì)混凝土造成一定的影響，尤其是混凝土穩(wěn)定性與耐久性?；诖?，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)奶砑油饧觿芯科鋵?duì)砼的各種功能特性的影響，對(duì)不同外加劑對(duì)砼性能的作用效果進(jìn)行分析，進(jìn)而研制出更適合的材料配比來(lái)保證混凝土質(zhì)量。

3.1 外加劑與氯離子滲透性能

混凝土的耐久性就包含混凝土的防腐蝕性，氯離子滲透性正是檢驗(yàn)這一特質(zhì)的重要數(shù)據(jù)參數(shù)。繆昌文小組[11]通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中通電量就可以間接性地顯示出添加外加劑后混凝土的防腐蝕性能，實(shí)驗(yàn)表明：在含氣量基本相同時(shí)，PCA（聚羧酸外加劑）的混凝土比摻有FDN（萘系減水劑）的混凝土相比，各個(gè)階段的通電量相對(duì)較少；在有引氣劑的情況下，摻有PCA 的砼各時(shí)段通電量也相對(duì)少一些，這就說(shuō)明使用聚羧酸類外加劑對(duì)砼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所影響，能夠增強(qiáng)砼的抗腐蝕性或氯離子滲透性。李濤小組[12]考察了改性磷酸鉀鎂水泥基材料（MKPC）抗氯離子的滲透性能。結(jié)果表明：加入礦物摻合料可改善MKPC 漿體抗氯離子滲透性能，其中，以雙摻硅灰和石灰石粉等礦物摻合料的MKPC 基材料漿體抗氯離子的性能為最佳，而且MKPC 基材料漿體養(yǎng)護(hù)齡期越短抗氯離子滲透性能越好。鐘俊飛小組[13]研究了PVA 纖維對(duì)水泥基復(fù)合材料抗氯離子滲透性能的影響，實(shí)驗(yàn)表明，PVA 纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料具有明顯優(yōu)于普通水泥基復(fù)合材料的抗氯離子滲透性能。張立群小組[14]研究了摻入不同比例的改性橡膠骨料對(duì)混凝土抗氯離子的滲透性能，結(jié)果表明：橡膠顆粒摻量小于12%時(shí)，對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能有效地改善，且電通量隨著橡膠顆粒摻量的增多反而降低，橡膠骨料混凝土的抗氯離子滲透性能逐漸提高。

3.2 外加劑與抗碳化性能

外加劑在改善混凝土抗碳化的原理是通過(guò)不同的水化反應(yīng)，改變水泥水化的產(chǎn)物成分，改變混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)抗壓水平，就會(huì)減少二氧化碳的滲入，就會(huì)引起碳化深度的減小。劉峰小組[15]對(duì)8 種不同品種的外加劑（如改性木鈣系減水劑、萘系減水劑、膨脹劑以及早強(qiáng)劑等）來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：聚羧酸減水劑（PCA）與萘系減水劑（FDN）相比，加入PCA 使得混凝土碳化速度大大延緩。張燕梅小組[16]分析了單摻和復(fù)摻外加劑對(duì)混凝土碳化性能的影響，結(jié)果表明單摻脂肪族高效減水劑的混凝土試樣抗碳化性能最好,復(fù)合使用木鈣及糖鈣兩種緩凝劑能夠使試樣的抗碳化性能提高,其中高效減水劑與木鈣復(fù)合使用比與糖鈣復(fù)合使用更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

3.3 外加劑與混凝土開裂

減水劑通過(guò)電性作用，實(shí)現(xiàn)水泥微粒之間相互排斥，就會(huì)減少水的用量，增強(qiáng)砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密集度，從而減少混凝土開裂引起的質(zhì)量問(wèn)題。許榮水小組[17]研究表明聚羧酸減水劑能夠有效減緩混凝土開裂情況，并隨著添加量的增加能夠使開裂期逐漸縮短，其抗襞性能也隨之降低，收縮量也有所增加。馬琳小組[18]研究表明30%～40%的粉煤灰和礦粉的復(fù)摻可有效降低混凝土的開裂面積，同時(shí)硅灰與粉煤灰和礦粉在二元或三元復(fù)合下可有效降低砂漿自收縮和干燥收縮，且混凝土強(qiáng)度不會(huì)降低。

3.4 外加劑與混凝土水化熱

混凝土水化熱是指混凝土與水?dāng)嚢璋l(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放的熱量，這一現(xiàn)象常出現(xiàn)在混凝土澆筑后，水泥發(fā)生水化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，這使得其內(nèi)部溫度激增，混凝土內(nèi)外溫度差異過(guò)大，結(jié)構(gòu)應(yīng)力過(guò)大，最終導(dǎo)致了混凝土開裂。為緩解混凝土出現(xiàn)急速溫度變化現(xiàn)象，可以混凝土中加入礦渣、粉煤灰等礦物外加劑，減少或者取消水泥的用量，使其升溫緩慢，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生概率[19]。同樣有實(shí)驗(yàn)表明，以摻入水泥的混凝土為對(duì)照，另取加入聚羧酸外加劑（PCA）與萘系減水劑（FDN）的水泥混合物，通過(guò)控制相同變量，應(yīng)用不同自變量進(jìn)行對(duì)比的方法，研究不同類型的外加劑對(duì)混凝土混合過(guò)程中產(chǎn)生熱量的影響。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果得出，外加劑對(duì)混凝土早期的水化熱有很大影響，加有聚羧酸外加劑（PCA）的混合物在試驗(yàn)前期水化熱減退幅度更大[11]。

3.5 外加劑與混凝土抗凍性

混凝土的抗凍性，指的是混凝土性能能夠滿足國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在外界冷凍因素干擾下的抵抗能力?；炷林袦p水劑與引氣劑的使用有著良好的效果，其可以減少不同成分之間的空腔，使得混凝土顆粒密實(shí)度得到強(qiáng)化，就會(huì)增強(qiáng)冰晶抗壓力。蔡斌小組[20]通過(guò)改變水灰比、添加引氣劑、減水劑等、摻加粉煤灰等措施，考察對(duì)混凝土抗凍性的影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，水膠比越大，凍融作用造成的破壞越大，粉煤灰和減水劑的摻入有利于提高混凝土的抗凍性。馬強(qiáng)小組[21]通過(guò)對(duì)復(fù)合外加劑對(duì)混凝土抗凍性能的影響進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)Z 型復(fù)合外加劑組分（包括硅灰、粉煤灰，亞硝酸鈣與硫酸鈉的復(fù)合體系，松香熱聚物引氣劑，高效萘系減水劑，檸檬酸等）對(duì)混凝土抗凍性能有明顯地改善。

4 外加劑使用策略

在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，不同的類型的外加劑對(duì)于混凝土的強(qiáng)度有著不同的影響，其耐久性也會(huì)受到一定的干擾。因此，要應(yīng)用合理的外加劑使用策略，以規(guī)范外加劑的使用[22]。

4.1 保證外加劑的質(zhì)量

施工建筑的質(zhì)量成為人們廣為關(guān)注的重點(diǎn)，外加劑作為混凝土中常使用的添加劑材料，更要保證其質(zhì)量[23]。首先要從源頭抓質(zhì)量，可以建立添加劑采購(gòu)監(jiān)督小組，在外加劑采購(gòu)、運(yùn)送、入庫(kù)時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢查，選取符合施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的材料，減少安全問(wèn)題的出現(xiàn)。

4.2 精確添加劑的使用配比

在確保添加劑質(zhì)量的同時(shí)，也要對(duì)添加劑的使用種類與數(shù)量進(jìn)行規(guī)范。相關(guān)科研部門可以在施工項(xiàng)目籌備時(shí)，根據(jù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)情況的勘察，對(duì)各種外加劑對(duì)混凝土的影響進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)研，對(duì)于不同施工部位的施工材料，其中的添加劑種類與用量要嚴(yán)格配比。在施工中要成立監(jiān)督小組，在領(lǐng)取添加劑時(shí)進(jìn)行實(shí)名登記，在使用時(shí)要嚴(yán)格監(jiān)督，保證合理恰當(dāng)?shù)牟牧吓浔?，確?；炷列阅茉谛枨蠓秶鷥?nèi)得到改善。

4.3 規(guī)范外加劑使用流程

不同的外加劑有不同的功能，在建筑施工中也有不同的操作流程，根據(jù)水泥、外加劑以及其他材料的先后順序不同分為先摻法、后摻法、同摻法。針對(duì)不同功能的外加劑有不同的摻加順序，比如在摻加萘系減水劑時(shí)，后摻法的效果更好一些。在外加劑使用時(shí)，若因不可避免的因素影響了施工進(jìn)程，導(dǎo)致外加劑還有剩余，施工人員要將沒(méi)有摻加雜物的添加劑送至添加劑保管處并進(jìn)行登記。由于外加劑種類復(fù)雜且化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，所以要對(duì)剩余的已經(jīng)摻雜其他物質(zhì)的添加劑進(jìn)行妥善處理，以避免其他人員誤碰誤用，減少不必要的麻煩。因此，在施工中要規(guī)范摻加流程，確保施工工藝的準(zhǔn)確性，減少混凝土質(zhì)量問(wèn)題，改善砼的耐久性。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)建筑領(lǐng)域的不斷發(fā)展，建筑水平也日益提高，人們對(duì)居住條件的要求也不斷提高?；炷潦墙ㄖ镏惺褂玫幕驹现唬虼嘶炷恋馁|(zhì)量與性能也就成為人們比較重視的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)外加劑對(duì)混凝土功能的影響的研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的外加劑會(huì)對(duì)混凝土的耐久性有著不同的影響。利用適量的外加劑能夠改善混凝土內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)與孔徑，減少水的用量，還能提高混凝土防凍、防潮、防熱、防侵蝕以及防風(fēng)化的特性，對(duì)混凝土耐久性的提高有重要意義。所以更需要對(duì)外加劑的質(zhì)量、使用方法以及材料配比嚴(yán)格把控，強(qiáng)化對(duì)于外加劑的檢測(cè)水平，加大對(duì)技術(shù)施工人員的培訓(xùn)力度，進(jìn)而確保混凝土耐久性，推動(dòng)建筑領(lǐng)域的發(fā)展。