淺談外加劑在混凝土中的作用原理及其應用

文｜ 廣東正檢測技術有限公司 林光軍

一、引言

近年來，我國建筑行業(yè)得到大力發(fā)展，與此相關聯的建材行業(yè)隨之興起，建材行業(yè)生產商為了在激烈的市場競爭中贏得一席之地，紛紛加大了科研投入，一大批新型建筑材料得到推廣應用，混凝土外加劑作為建筑工程常用摻加配料，成為建筑工程重要的原材料之一，直接影響到建筑工程結構質量好壞，能迅速改變混凝土工作特性的外加劑而受到施工企業(yè)青睞。

二、混凝土外加劑的應用前提和種類劃分

建筑工程混凝土外加劑種類繁多，現場施工中使用外加劑根據設計圖紙、氣候環(huán)境、現場條件進行選擇，對混凝土外加劑應用前提要充分了解，適當場合下適量使用。

1.混凝土外加劑的應用前提

混凝土澆筑環(huán)境和氣候條件經常變化，外部條件與實驗室配合比不完全相同，因此，選擇現場使用的外加劑應因地制宜，符合現場使用需求，保證混凝土質量和工程成本合理控制。

（1）設計應用前提。通常在設計中對工程使用部位對混凝土強度進行設定，根據混凝土工程強度等級要求，外加劑的物理、化學性能，摻加不同種類外加劑，以符合設計各項指標要求。

（2）施工使用前提?；炷猎谠囼炇疫M行配合比實驗，施工現場條件與實驗室人為設定值不一致，針對施工現場實際使用外加劑比例和時間段實施調整，以滿足實際現場使用的需要。

（3）摻入量使用前提。外加劑使用數量對混凝土整體工作性能有重要影響，使用量事先經過精密計算、實驗室科學配比、現場試配調整得到的合理摻入數量，以求用最優(yōu)化的摻入量降低工程成本，減少外加劑對混凝土性能變化過大的影響。

2.外加劑種類劃分

混凝土工程作為重要分部工程，它的施工質量對工程整體結構質量有直接影響?；炷聊Y時間是施工中必須嚴格控制的重要階段，項目專業(yè)技術人員需要對外加劑化學性能、摻入數量、摻入時間段等參數作充分熟悉了解。通常外加劑按照用途進行分類，改善混凝土凝固時間的外加劑有緩凝劑、速凝劑等；調整混凝土工作性能外加劑有防凍劑、著色劑、膨脹劑、減水劑、阻銹劑、引氣劑等。根據現場需要選擇相應外加劑，調節(jié)混凝土使用特性以符合施工要求。

三、混凝土外加劑作用原理

1.引氣劑作用原理

為解決施工現場澆灌中混凝土流動性不足問題，適時摻入引氣劑能調節(jié)混凝土攪拌工作性能。引氣劑化學構成是含有陰離類的表面活性劑，攪拌過程中加入引氣劑，由表面活性劑帶入的大量的微小氣泡均勻分散在混凝土內部，摻入的引氣劑溶于水中經過化學反應形成穩(wěn)定的液相膜，增強了液體與外界空氣接觸面積，這些氣泡能使混凝土和易性得到大大改善。

2.緩凝劑的作用原理

緩凝劑按照分類有兩種:無機類和有機類。市面中經常用到的是有機類，有機緩凝劑在添加入混凝土后，直接在水泥顆粒表面形成同性電荷親水膜，阻礙水泥顆粒之間溶合凝結，無機緩凝劑添加入混凝土后在水泥顆粒表面形成溶合難度大的化學分子膜，起到延長水泥正常的水化和硬化時間作用，并能降低水泥產生的前期水化熱，保證現場攪拌混凝土有足夠時間維持塑性進行澆灌。緩凝劑使用季節(jié)性限制性大，通常夏季炎熱天氣中使用，大體積混凝土施工應注意控制摻入緩凝劑數量，摻入量多少對混凝土早期強度產生直接影響。

3.早強劑的作用原理

早強劑有多個品種，在不同種類混凝土中產生不同的化學反應，以硫酸類早強劑為例，當Na2SO4直接和水溶解后，在水泥攪拌水化學作用下產生的Ca(OH)2，生成新的CaO和CaSO4，反應后生成的CaSO4化學活性好，大大增加了Ca4Al6SO16在水泥中的含量，快速縮短水泥凝固時間，混凝土能快速具備早期強度條件。

4.復合膨脹劑的作用原理

適量復合膨脹劑摻入混凝土后，鈣礬石晶體與水泥中礦物質產生化學反應，水泥中礦物質經過反應后大量Ca（OH）2被消耗，混凝土中Ca2+含量降低，SO2-含量增加，增加了C3S顆粒與混凝土中的水分接觸，產生的水化產物C-S-H凝膠填入到混凝土礦物結構骨架中，迅速提高混凝土早期強度和增大水泥內部體積，經過一段時間化學反應最終形成比較穩(wěn)定的強度。復合膨脹劑使用量與混凝土的干縮、低水膠比有直接關連，當膨脹劑投入過多時有可能導致膨脹應力遠大于混凝土結構承載程度而形成裂縫，影響混凝土結構的耐久性和強度。

5.減水劑的作用原理

減水劑在混凝土工程產生良好的減水效果，對混凝土工作性能有直接影響，減水劑表面有良好活性物質，在活性物質的化學作用下，混凝土中的水泥顆粒被減水劑吸附，水泥顆粒產生同種電荷，水泥顆粒在減水劑活性物質作用下分離，減少水泥與水的表面張力，加大二者接觸面積，水泥顆粒中包裹水份放出來充分反應，在保持強度不變條件下最終達到降低水泥或水用量的效果。

四、外加劑在混凝土工程中的應用

1.精確計算混凝土外加劑使用量

混凝土工程施工過程中需要根據現場情況選用外加劑，外加劑在不同環(huán)境下與混凝土原材料產生不同的反應機制，對混凝土工程主要工作性能和建筑工程結構強度產生直接影響。因此，對用于混凝土工程的外加劑使用量必須要經過精確計算，針對施工現場實際環(huán)境，做好外加劑使用施工工藝方案，依據工程技術標準進行實驗室試驗外加劑配合比測定，測定外加劑投入最佳含量，摻入外加劑數量以膠凝材料為對照基礎，選用外加劑品種和數量均應嚴格控制，超量時可能影響混凝土早期強度甚至在后期產生裂縫，投入數量不足時則難以實現調節(jié)混凝土工作性能目的。

2.改良混凝土施工工藝

建筑工程施工工藝對混凝土工程質量有密切聯系，混凝土施工工藝流程和施工方法不斷進行改良有巨大的提升空間，尤其在目前我國施工規(guī)模日益增大，設計工程項目日漸復雜，施工難度日漸提高的趨勢下，混凝土施工工藝形式多樣，商品混凝土的廣泛應用大大提高了施工效率和保證工程質量穩(wěn)定性，施工技術人員對不同條件下施工環(huán)境中外加劑的使用持續(xù)進行創(chuàng)新、改良，確保混凝土工程質量達到設計、施工和規(guī)范的要求。

3.創(chuàng)新發(fā)展多種復合型外加劑

混凝土外加劑既屬于化工行業(yè)也屬于建材行業(yè)產品，產品更新換代快，市場發(fā)展需求空間大，要最大化挖掘外加劑產品潛力，不斷改良外加劑的化學組成成分，利用改良配方創(chuàng)新研究復合型外加劑、單一型外加劑，結合當前國家鼓勵發(fā)展新型循環(huán)經濟，建材行業(yè)生產商加大對工業(yè)、建筑廢料進行科技研究綜合利用，通過科學利用工業(yè)廢料轉變成建筑使用的外加劑，滿足建材產業(yè)向環(huán)保方向發(fā)展需求，提升產品應用效益和科技含量。

4.充分挖掘外加劑最佳性能

當前我國持續(xù)不斷加大對建筑工程科學技術的投入，工程技術研究不斷向前發(fā)展，工程技術人員在施工現場中對不同性質外加劑應熟悉運用，特別是建材行業(yè)競爭激烈，建材生產商研制的新型外加劑產品層出不窮，建筑工程施工單位項目部對應用到施工現場新型外加劑產品必須經過多次嚴格試驗并驗收合格才能大規(guī)模推廣實施，以降低新產品技術應用風險，最大限度發(fā)揮外加劑化學特性，提升混凝土工程科技應用含量。

五、混凝土工程外加劑應用注意的幾點問題

1.目前我國大部分建筑工程施工過程中都應用到外加劑，外加劑的使用數量和用法都有嚴格的應用環(huán)境和限制條件，投入使用量都要從施工現場實際條件、混凝土施工工藝、氣候環(huán)境因素進行總體考慮，不能隨意使用。

2.當前我國建材行業(yè)發(fā)展速度比較快，建材行業(yè)廠家研發(fā)的外加劑產品種類繁多，產品功能多種多樣，加上建材市場中競爭大，原材料質量魚龍混雜，很多建材產品真假難辨，選擇型號適當的合格外加劑是重要前提，避免購買假冒偽劣產品影響了工程進度。對采購進場使用的外加劑，要嚴格檢查質量是否滿足施工實際要求，認真閱讀產品說明書，并經實驗室多次配合比試驗，還應符合材料質量檢測規(guī)范要求。例如現場中選用減水劑摻入混凝土中，摻入減水劑后的混凝土與摻入前進行比較，最后計算出減水劑使用最佳含量。

3.施工現場混凝土工程澆筑不同部位對混凝土強度要求不一樣，同一種外加劑在性能不同的水泥應用下化學反應效果也不同，因此，對水泥品種的選擇成為混凝土工程重要質量控制環(huán)節(jié)，試驗室也應對不同品種水泥在同一外加劑化學反應效果實施對比測試，使用量和使用范圍不應只從以往施工經驗為出發(fā)點，一切以試驗結果為依據，保證使用符合要求。

表1 膨脹劑檢驗技術指標

4.對新型混凝土外加劑實施之前，要控制工程結構質量，對外加劑的化學特性由專業(yè)檢測實驗室實施檢驗，如檢驗膨脹劑物理、化學性能，檢測膨脹劑化學特性中的氧化鎂含量、總堿量、氨的限量，物理特性中的細度、凝結時間，限制膨脹率、抗壓強度對鋼筋銹蝕作用等參數指標（表1），符合質量要求再進行試配檢測。

六、結語

在當前我國建筑工程行業(yè)得到大力發(fā)展過程中，混凝土工程作為建筑工程中重要的組成部分，混凝土施工質量對建筑工程結構的強度、耐久性有直接影響，摻入的外加劑依據其獨有的化學特性與澆筑混凝土發(fā)生化學反應，在不同施工階段和不同的施工環(huán)節(jié)下進行使用。結合施工現場實際條件，經過專業(yè)試驗室科學試配和反復計算出最佳配合比，控制使用外加劑最佳含量，滿足混凝土工程在不同環(huán)境條件下的不同施工工藝需要，不斷優(yōu)化和改良混凝土工程施工工藝，最大限度提升混凝土工程質量品質，以達到外加劑與混凝土最優(yōu)化組合。