1 概述
混凝土是最大宗的建筑材料。目前，在現(xiàn)代混凝土的生產(chǎn)中，混凝土外加劑已經(jīng)成為了混凝土不可或缺的一大組分?？v觀混凝土的發(fā)展歷史，由傳統(tǒng)混凝土到現(xiàn)代混凝土的出現(xiàn)，混凝土外加劑功不可沒。實踐證明，混凝土外加劑對改善新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要作用，隨著對外加劑的研究和探索，混凝土的施工工藝及新品種混凝土取得了長足的發(fā)展。
事實上，混凝土外加劑自問世以來，其推廣應用并不是一帆風順的，曾經(jīng)有許多權(quán)威人士從技術(shù)的角度否定過混凝土外加劑的應用價值。比如，由于引氣劑會降低水泥基材料的強度，原國家建設(shè)主管部門曾專門規(guī)定，在砂漿、混凝土中不得摻用引氣劑。可后來發(fā)出現(xiàn)，引氣劑可以使混凝土用水量減少，同時使施工后的混凝土泌水沉降率降低，其引入的大量微小的氣泡占據(jù)了混凝土中的自由空間，破壞了毛細管的連續(xù)性，從而使抗?jié)B性得以改善，除此之外，還能顯著提高混凝土抗凍性能，并且當混凝土中含有封閉的細小空氣泡時，可降低由于堿集料反應引起的膨脹。再比如，曾經(jīng)被稱為“水泥桿菌”的鈣礬石，認為它是混凝土因硫酸鹽腐蝕而失效的罪魁禍首；可后來發(fā)現(xiàn)，鈣礬石能夠補償混凝土收縮，于是有了現(xiàn)在的硫鋁酸鹽膨脹劑。
簡單地說，混凝土外加劑也并不是改善混凝土性能的全能劑。它在混凝土中能發(fā)揮多大的正面作用，還要取決于我們對它的選擇和使用方法。如果選擇使用不當，就會造成工程質(zhì)量事故。曾經(jīng)，中國工程院孫偉院士在討論港珠澳大橋的壽命時就稱：混凝土外加劑加速了橋梁的損傷裂化。武漢工程大學喻幼卿教授也認為外加劑對混凝土建筑物的使用壽命有影響，一方面是使用的外加劑本身存在缺陷；另一方面是劣質(zhì)外加劑充斥市場。正是由于存在這樣的嫌疑，那么在混凝土外加劑的選擇和使用上，就要從外加劑本身的品質(zhì)性能、外加劑與膠凝材料的適應性、不同品種外加劑復合使用時的相容性及對混凝土性能的影響、混凝土外加劑摻量等方面加強重視。
2 混凝土外加劑分類、性能與應用
混凝土外加劑按其主要功能分為四類：改善混凝土拌合物流變性能的外加劑；調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑；改善混凝土耐久性的外加劑；改善混凝土其他性能的外加劑。
混凝土外加劑按使用效果分為減水劑（普通減水劑、高效減水劑、聚羧酸系高性能減水劑、引氣減水劑）；調(diào)凝劑（緩凝劑、早強劑、速凝劑）；引氣劑、加氣劑；防水劑；阻銹劑；防凍劑；泵送劑；膨脹劑等。
2.1 減水劑
減水劑是混凝土外加劑中應用最為廣泛的一類，在混凝土中主要起吸附分散、潤滑和濕潤作用。普通減水劑宜用于日最低氣溫 5℃ 以上強度等級為 C40 以下的混凝土，不宜單獨用于蒸養(yǎng)混凝土。當摻用含有木質(zhì)素磺酸鹽類物質(zhì)的普通減水劑時應先做水泥適應性試驗，合格后方可使用。高效減水劑可用于素混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土，并可用于制備高強混凝土，且標準型高效減水劑宜用于日最低氣溫 0℃ 以上施工的混凝土，也可用于蒸養(yǎng)混凝土。聚羧酸系高性能減水劑宜用于高強混凝土、自密實混凝土、泵送混凝土、清水混凝土、預制構(gòu)件混凝土和鋼管混凝土、具有高體積穩(wěn)定性及高耐久性或高工作性要求的混凝土。引氣減水劑宜用于有抗凍融要求的混凝土、泵送混凝土和易產(chǎn)生泌水的混凝土；可用于抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土、人工砂混凝土和有飾面要求的混凝土，不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預應力混凝土。
2.2 調(diào)凝劑
概括地講，調(diào)凝劑主要是通過改變水泥水化的進程，來達到混凝土需要的效果。
緩凝劑宜用于延緩凝結(jié)時間的混凝土、對坍落度保持能力有要求及靜停時間較長或長距離運輸?shù)幕炷?、自密實混凝土，可用于大體積混凝土，混凝土施工日最低氣溫 5℃ 以上；不宜用于有早強要求的混凝土；且檸檬酸（鈉）及酒石酸（鉀鈉）等緩凝劑不宜單獨用于貧混凝土，含有糖類組分的緩凝劑與減水劑復合使用時，需進行相容性試驗，合格后方可使用。
早強劑宜用于蒸養(yǎng)（有機胺類早強劑除外）、常溫、低溫和最低溫度不低于 -5℃ 環(huán)境中施工的有早強要求的混凝土工程；不宜用于大體積混凝土、炎熱條件和環(huán)境溫度低于 -5℃ 時施工的混凝土。另外，處于水位變化的結(jié)構(gòu)，露天結(jié)構(gòu)及經(jīng)常受水淋、受水流沖刷的結(jié)構(gòu)，相對濕度大于 80% 環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)，直接接觸酸、堿或其他侵蝕性介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，有裝飾要求的混凝土不宜使用無機鹽類早強劑。
速凝劑可用于噴射法施工的砂漿或混凝土，或有速凝要求的其他混凝土。粉狀速凝劑宜用于干法施工，液體速凝劑宜用于濕法施工。當施工對堿含量有特殊要求的噴射混凝土工程，宜選用堿含量小于 1% 的低堿速凝劑。
2.3 引氣劑和加氣劑
引氣劑是使混凝土拌合物在拌合過程中引入空氣而形成大量微小、封閉而穩(wěn)定氣泡的外加劑。絕大部分引氣劑的成分為松香衍生物以及各種磺酸鹽，如烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉，在混凝土中主要起界面活化和起泡作用。主要宜用于有抗凍融要求的混凝土、泵送混凝土和易產(chǎn)生泌水的混凝土；可用于抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土、人工砂混凝土和有飾面要求的混凝土；不宜用于蒸養(yǎng)混凝土以及預應力混凝土。
加氣劑是指加在普通混凝土或砂漿中，以產(chǎn)生大量微小氣泡而使成為加氣混凝土的物質(zhì)。用松脂酸鈉、環(huán)烷酸皂等作加氣劑時，可提高混凝土澆筑時的流動性，硬化后的抗水性、抗凍性和耐久性。主要用于修筑路面、海港工程等。
2.4 防水劑
防水劑包括無機質(zhì)防水劑、有機質(zhì)防水劑和復合防水劑。無機質(zhì)防水劑有鐵鹽、水玻璃、硅灰粉末等。鐵鹽、水玻璃與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應，分別形成氫氧化鐵膠體和不溶性硅酸鈣，填充砂漿或混凝土中的孔隙，使抗?jié)B性提高。硅灰粉末主要通過與水泥水化生成物反應，反應產(chǎn)物堵塞孔隙，使混凝土抗?jié)B性提高。有機質(zhì)防水劑，主要是具有憎水作用的表面活性劑或化合物，通過憎水作用使混凝土防水。防水劑可用于有防水抗?jié)B要求的混凝土工程，對有抗凍要求的混凝土工程宜選用復合引氣組分的防水劑。
2.5 阻銹劑
阻銹劑按其主要成分可分為有機和無機兩大類。對混凝土拌合物，大多數(shù)無機阻銹劑對其和易性有所改善，對水泥水化過程的影響與早強劑相似；有機防銹劑對混凝土拌合物有延緩放熱的作用。對硬化混凝土，若摻入 Ca(NO2)2 阻銹劑，混凝土的早期和后期強度均有顯著提高；若摻入 NaNO2 阻銹劑，各齡期抗壓強度均有所降低。宜用于容易引起鋼筋銹蝕的侵蝕環(huán)境中鋼筋混凝土、預應力混凝土和鋼纖維混凝土、預應力孔道灌漿，以及新建混凝土工程和修復工程。
2.6 泵送劑
泵送劑能夠使混凝土黏聚性增大、泌水性降低，并減小混凝土坍落度經(jīng)時損失，從而改善混凝土可泵性。分為一般泵送劑和防凍泵送劑。宜用于泵送施工的混凝土，日平均氣溫 5℃ 以上的施工環(huán)境；可用于工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)工程混凝土、橋梁混凝土、水下灌注樁混凝土、大壩混凝土、清水混凝土、防輻射混凝土和纖維增強混凝土等；不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及蒸養(yǎng)預制混凝土。當使用含糖類或木質(zhì)素磺酸鹽的泵送劑時，需要進行外加劑相容性試驗。
2.7 膨脹劑
水泥凝結(jié)硬化過程中，能使混凝土產(chǎn)生可控膨脹、減少收縮的一種功能性外加劑稱為膨脹劑。主要種類包括硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣—氧化鈣類、氧化鈣類混凝土膨脹劑。其主要功能是補償混凝土硬化過程中的干縮和冷縮。目前膨脹劑主要是摻入硅酸鹽類水泥中使用，用于配制補償收縮混凝土或自應力混凝土；使用膨脹劑配制的補償收縮混凝土宜用于混凝土結(jié)構(gòu)自防水、工程接縫、填充灌漿，采用連續(xù)施工的超長混凝土結(jié)構(gòu)，大體積混凝土工程等；用膨脹劑配制的自應力混凝土宜用于自應力混凝土輸水管、灌注樁等。含硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣—氧化鈣類膨脹劑配制的混凝土不得用于長期環(huán)境溫度為 80℃ 以上的工程。
2.8 防凍劑
防凍劑是能使混凝土拌合物在負溫下保持足夠的液相，以利于水泥水化反應的繼續(xù)進行，待轉(zhuǎn)入正溫后，混凝土強度能得到進一步增長的外加劑；其防凍組分分為有機化合物類（某些醇類、尿素）和無機鹽類（亞硝酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、氯鹽）。目前，大部分防凍劑是復合型的，如采用防凍組分與早強、引氣和減水組分復合而成的防凍劑。主要用于冬期施工的混凝土。
3 混凝土外加劑的選擇、摻量與摻加技術(shù)
3.1 混凝土外加劑的選擇
混凝土外加劑種類很多、功能各異，使用效果易受多種因素影響，因此，使用時，外加劑種類應根據(jù)工程設(shè)計和施工條件、施工工藝選擇，通過采用工程實際使用的原材料，經(jīng)過試驗驗證，達到滿足混凝土工作性、力學性能、長期性能、耐久性能、安全性及節(jié)能環(huán)保等設(shè)計和施工要求。另外，還可以根據(jù)供應商生產(chǎn)技術(shù)水平與便捷性、經(jīng)濟性試用外加劑品牌。初步選好要使用的外加劑后，還要進行水泥與外加劑適應性試驗，甚至還應進行不同供方、不同品種的外加劑共同使用時的相容性或發(fā)生化學反應的驗證，確保滿足混凝土設(shè)計和施工要求方可使用。因為，許多實際施工狀況，即使是完全符合質(zhì)量標準的水泥和外加劑，在作為原材料進行配制也會出現(xiàn)不相容，主要表現(xiàn)為混凝土坍落度有大有小、坍落度損失或快或慢、凝結(jié)時間時長時短，有時還出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。
具體到工程實踐，對混凝土外加劑的選擇可以歸納為幾個方面：改善混凝土工作性、提高強度等宜選用普通減水劑、高效減水劑、聚羧酸系高性能減水劑；改善混凝土工作性、提高抗凍融性，宜選用引氣劑及引氣減水劑；提高混凝土早期強度宜選用早強劑；延長混凝土凝結(jié)時間，宜選用緩凝劑；改善混凝土泵送性、提高工作性，宜選用泵送劑；提高混凝抗凍性和抗凍融性，宜選用防凍劑；對于噴射混凝土或有速凝要求的混凝土，宜選用速凝劑；配制補償收縮混凝土與自應力混凝土，宜選用膨脹劑；提高混凝土抗?jié)B性，宜選用防水劑；防止混凝土中鋼筋銹蝕，宜選用阻銹劑。
3.2 混凝土外加劑摻量的確定
混凝土外加劑的摻量是以外加劑質(zhì)量占混凝土中膠凝材料總質(zhì)量的百分數(shù)表示。有些特殊外加劑如膨脹劑屬于內(nèi)摻，與外摻的外加劑摻量表示方法不同。
混凝土外加劑功能主要由其品質(zhì)和摻量所決定。當品質(zhì)一定時，主要由摻量決定，但混凝土外加劑對混凝土的改性功能，并不是隨著摻量的增大而增大，而是混凝土外加劑摻量應適當。若摻量過小，使用效果就不顯著；若摻量過大，不但使造價提高，而且還可能造成混凝土質(zhì)量事故，尤其在使用具有引氣、緩凝作用的外加劑時，應切忌超量。因此，混凝土外加劑的使用存在一個臨界摻量，即在一定原材料、配合比和環(huán)境條件下，摻加某種外加劑的數(shù)量，使混凝土或其拌合物的一種或多種性能達到最大效果，再摻加則效果不增加，甚至使某些性能變壞。
通常，工程實際使用的外加劑摻量宜按供方的推薦摻量確定，但是還需從決定外加劑摻量的因素去考慮。其中影響外加劑摻量的因素有水泥品種、礦物摻合料品種、混凝土原材料質(zhì)量狀況、混凝土配合比、混凝土強度等級、施工環(huán)境溫度、商品混凝土運輸距離以及外加劑摻加方式。因此，外加劑的最佳摻量的確定應在供方推薦摻量范圍內(nèi)，并且不能超過外加劑的臨界摻量，然后根據(jù)其影響因素，經(jīng)過試驗來確定或用優(yōu)選法、數(shù)值分析法進行優(yōu)化。
3.3 混凝土外加劑摻加技術(shù)
外加劑的摻加技術(shù)包括先摻法、同摻法、后摻法。
（1）先摻法是外加劑干粉先與水泥混合，然后再與砂、石、水一起攪拌。
（2）后摻法是在攪拌混凝土時將外加劑溶液（粉劑應預先溶解）與水一起摻加到混凝土中，是最為常見的一種摻加方法。后摻法是在混凝土拌好后再將外加劑一次或分數(shù)次加入到混凝土中（須經(jīng)二次或多次攪拌），又分為滯水法和分批添加法。
（3）滯水法是在攪拌混凝土過程中，外加劑滯后于水 1～3min 加入，當以溶液摻入時稱為溶液滯水法，當以粉劑摻入時稱為干粉滯水法；分批添加法，是經(jīng)時分批摻入外加劑，補償和回復坍落度值。
例如，在混凝土配合比及流動性相同的情況下，采用后摻法的減水劑用量僅為在攪拌時與水一起加入時的 60% 左右；在混凝土的流動性和強度相同時，后摻法的水泥用量及用水量比同摻法約減少 10%，后摻法混凝土的含氣量有所減少，強度有所增加。在某些水泥中，高效減水劑滯后于水幾分鐘加入時，新拌混凝土的流動性顯著高，可節(jié)省減水劑用量 1/3 左右，但保水性下降。試驗和工程實踐證明，后摻法具有許多優(yōu)點。
4 混凝土外加劑的質(zhì)量控制
確保混凝土外加劑能夠被科學使用。外加劑進場時，首先，供方提供給需方的質(zhì)量證明文件應齊全，應包括形式檢驗報告、出廠檢驗報告與合格證和產(chǎn)品使用說明書等質(zhì)量證明文件查驗和收存。其次，在外加劑進場時應嚴把檢驗關(guān)，不合格的外加劑產(chǎn)品不能進場。其三，外加劑進場后，不同品種的外加劑應分別存放，并應標識清楚，避免因不同品種外加劑搞混、搞錯而導致工程質(zhì)量事故。其四，外加劑在實際使用中，應精準計量。最后，對外加劑的運輸、存放及使用須按有關(guān)化學品的管理規(guī)定采取相應的安全防護措施。例如，亞硝酸鈉運輸或存放過程中接觸易燃物，易發(fā)生燃燒爆炸，且燃燒時產(chǎn)生大量氧氣，難以撲滅。
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