淺談混凝土外加劑的選擇與應用

■王晨男(福州路港交通工程試驗檢測中心，福州　350002)

淺談混凝土外加劑的選擇與應用

■王晨男
(福州路港交通工程試驗檢測中心，福州350002)

摘要混凝土外加劑被行業俗稱為“混凝土的第五組分”，已成為優質混凝土必不可少的材料。本文對外加劑的分類、外加劑的選擇依據與原則、外加劑的摻量與摻加方法的確定進行詳細闡述，并通過工程實例介紹混凝土外加劑的選擇與應用，為今后的現場試驗提供參考。

關鍵詞混凝土外加劑分類選擇依據摻量方法

1　緒論

各種混凝土外加劑改善了新拌合硬化混凝土性能，促進了混凝土新技術的發展和工業副產品在膠凝材料系統中的應用，有助于節約資源和環境保護，已經成為優質混凝土必不可少的材料，混凝土外加劑被行業俗稱為“混凝土的第五組分”。外加劑的使用可提高混凝土密實性、強度、抗凍性、抗滲性、耐久性，降低收縮值、徐變度，改善流變性。混凝土本身性能的改善和提高，減少了養護時間，改善施工條件，降低勞動強度，更有利于機械化施工，使施工速度大為提高，同時降低了水泥用量，提高了混凝土的性價比，降低工程成本。在項目建設過程中，經過大量的現場施工經驗積累，本文通過外加劑的分類、外加劑的選擇、外加劑的摻量與摻加方法的確定等方面，詳細闡述了在實際工程中混凝土外加劑的選擇與應用的方法，為今后的現場試驗與施工提供參考。

2　外加劑的分類與選擇

2.1外加劑的分類

目前，為滿足混凝土各種性能要求的外加劑品種達500多種，混凝土外加劑按其功能劃分為：

(1)改善新拌混凝土流動性的外加劑。主要包括各種減水劑、引氣劑、灌漿劑、泵送劑等。

(2)調節混凝土凝結時間和硬化性能的外加劑。主要包括緩凝劑、促凝劑、早強劑等。

(3)調節混凝土含氣量的外加劑。主要包括引氣劑、加氣劑、發泡劑等。

(4)增強混凝土物理力學性能的外加劑。主要包括引氣劑、防水劑、防凍劑、灌漿劑、膨脹劑等。

(5)改進混凝土抗侵蝕作用的外加劑。主要包括了引氣劑、防水劑、阻銹劑、抗滲劑等。

(6)為混凝土提供特殊性能的外加劑。主要包括發泡劑、著色劑、殺菌劑、堿骨料反應抑制劑等。

另外，還有砂漿外加劑、水泥改性劑、混凝土表面緩凝劑、混凝土界面處理劑等其他功能的外加劑。

2.2外加劑的應用范圍

外加劑的應用范圍十分廣泛，主要體現在以下幾個方面：

(1)普通混凝土制品或構件，摻用不同的外加劑能改善工作性能，并提高強度，或者節約水泥。

(2)冬季現場澆注混凝土施工時，可摻用早強劑或早強型減水劑。

(3)夏季滑模施工及大體積混凝土工程中，可摻用緩凝劑或緩凝型減水劑以延緩水泥放熱過程，可減少收縮裂縫而保證混凝土質量。

(4)防護過程噴射混凝土、隧道防水堵漏工程中可摻用速凝劑，使混凝土很快凝結。

(5)大模板或鋼筋密集的預應力混凝土工程，可使用高效減水劑以利澆注。

(6)水下混凝土可摻用引起劑、減水劑，提高混凝土和易性或耐久性。

(7)高標號、超高標號混凝土可摻用高效減水劑來配制；大型基礎、大體積混凝土防止裂縫，補償混凝土收縮工程中科摻用膨脹劑。

(8)許多預制構件品可摻用各種外加劑，有的可減少蒸養時間，有的可改善強力振搗的工藝，這些均有利于提高制品質量。

2.3外加劑的選擇依據與原則

外加劑的準確效能主要取決于水泥種類、摻合料的種類與其性能、粗細集料的性能及其所含的雜質、混凝土配合比混凝土摻合料的攪拌形式、攪拌時間、混凝土溫度以及環境條件等多因素。我國水泥廠家多入牛毛，生成工藝、水泥品種、原材料來源等千差萬別；砂石料來源復雜，質量波動大；摻合料品種雜，質量不穩定。這些都對外加劑的使用和混凝土質量控制造成很大困難。因此，除了選用合適的原材料和配合比外，正確選擇外加劑對混凝土的生產和質量控制有很大的好處。

外加劑的品種很多，功效各異，外加劑的選擇是根據設計、施工等環節對混凝土性能的要求而定，應根據混凝土的強度、耐久性指標及新拌混凝土工作性能要求，在全面了解混凝土外加劑作用原理基礎上，綜合考慮原材料狀況，如水泥品種、砂石情況等其他因素。然后采用實際使用的原材料進行試驗，并宜采用不同廠家的同一類型(或品種)的外加劑進行對比試驗，根據試驗結果有針對性選用技術、經濟效果最合適的外加劑。另外，所選用的外加劑要能改善混凝土的性能，而不產生副作用或者副作用很小，要具有良好的勻質性和穩定性，對混凝土中鋼筋或預埋金屬件沒有侵蝕作用，使用安全，沒有環境污染。

選擇外加劑的原則一是性能滿足使用要求，二是經濟合理。重要工程在開工初期要對正規廠家生產的多個品種按國家標準進行初選試驗，對初選出來的產品，由具有資質的試驗單位，結合工程的原材料進行全面的混凝土適應性試驗，經過論證和評審，最終優選出合適工程實際情況的外加劑品種。一個大中型工程優選出1～2種同類外加劑為宜，一般情況下，在工程施工中不要隨便更換外加劑品種。

選用外加劑時，必須根據工程需要、施工條件和施工工藝等因素進行選擇。如一般混凝土主要采用普通減水劑；早強、高強混凝土采用高效減水劑；氣溫高時，摻用引氣性大的減水劑或緩凝減水劑；氣溫低時，一般不用單一引氣型減水劑，多用復合早強減水劑；為了提高混凝土的和易性，采用引氣減水劑；高層建筑采用泵送混凝土時應使用泵送劑等。為了發揮各種外加劑的特點，不宜互為代用，如將高效減水劑作普通減水劑用，普減水劑當早強減水劑用都不合適。

3　外加劑的應用

3.1水泥品種的選擇

在原材料中，水泥對外加劑的影響最大，水泥品種不同，將影響外加劑的使用效果。多年來，針對普通外加劑及其復配產品開展的適應性研究工作取得很好的效果，通過設計、施工及外加劑、水泥生產企業共同探索，就外加劑與水泥的相融問題已經摸索出一系列有效的解決措施。但是針對性的研究工作開展得還不到位，應引起最夠重視，比如聚羧酸高性能減水劑，由于高效能和低摻量導致其對水泥更有選擇性，不同水泥其減水率相差較大。另外，水泥礦物組成、摻合料、調凝劑、堿含量、細度等都直接影響減水劑的使用效果，如摻有硬石膏的水泥，對于某些摻減水劑的混凝土將產生速硬或使混凝土初凝時間大大縮短，萘系減水劑影響較小，糖蜜類會速硬，木鈣類會使初凝時間延長。

同一種外加劑在相同的摻量下，往往因水泥不同而使用效果明顯不同，或同一種外加劑，在不同水泥中為了達到相同的使用效果，外加劑的摻量明顯不同。因此，當水泥可供選擇時，應選用對外加劑較為適應的水泥，提高外加劑的使用效果；當外加劑可供選擇時，應選擇適合水泥的外加劑。

3.2使用前試驗

目前的外加劑質量檢驗方法完全采用基準水泥作為基礎，實際使用中要求所選擇的外加劑既能滿足基準水泥要求，又能滿足現場水泥要求。這就要求所選擇的外加劑盡管各項性能指標已經符合標準規定，但在應用前還必須對其各項指標進行現場實際檢測。檢驗該產品各項物化性能是否符合實際標準要求及有害物質是否超標，以此作為采用現場原材料進行施工配合比設計的基礎。

由于外加劑對原材料和環境條件十分敏感，不同企業外加劑生產原材料的選擇、配方、合成工藝、助劑、質量控制、復配技術等存在差異，所生產產品性能、質量及穩定性不盡相同。因此，對工程項目的混凝土選擇外加劑時，應在廠家原配方的基礎上，經過現場試配、改進復配配方，使其完全滿足現場施工要求。

3.3外加劑的摻量和摻加方法

3.3.1外加劑摻量的確定

每種外加劑都有適宜的摻量，即使用一種外加劑，不同的用途有不同的適宜的摻量。應嚴格按照經試配后的最佳摻量和用水量進行計量，并要求計量設備和計量精度準確和靈敏，保證摻量準確。摻量過大不僅在經濟上不合理，而且會可能造成質量事故；摻量過小會使外加劑失去應有的作用。確定外加劑摻量的根本原則就是在滿足混凝土性能要求的前提下，采用最低摻量。

對液體外加劑應測定溶液密度，對粉狀外加劑應測定固體物含量。在粉劑產品中還應注意由于烘干不徹底或包裝不符合要求而導致產品中的固體含量不滿足要求，因此在這種情況下切勿將標定總量用作計算摻量的依據，在使用前必須通過混凝土試配的結果來確定最佳摻量。

總之，只要掌握了外加劑和混凝土的性能，以及它們的變化規律，并通過試驗確定外加劑的合理摻量，就可以以最小的摻量獲得最好的技術經濟效果。

3.3.2外加劑摻加的方法

在混凝土攪拌過程中，外加劑的摻加方法對外加劑的使用效果影響較大，不同的混凝土外加劑應采用不同的摻入方法，不同的摻加方法將會帶來不同的使用效果。混凝土外加劑的摻加方法大體分為先摻法、同摻法、后摻法、分次加入法。

不同品種的外加劑，由于作用機理不同，其摻加方法也不一樣。一般高效減水劑和低摻量外加劑宜選用后摻法，木鈣減水劑、膨脹劑宜選用先摻法，緩凝劑、引氣劑宜選用同摻法。影響外加劑摻加方法的因素主要有水泥品種、減水劑品種、減水劑摻量、摻加時間及復合的其他外加劑等，因此選擇哪種摻加方法均應通過現場試拌，以確定最佳摻入方法。

4　外加劑在典型工程中的應用實例

4.1工程概況

某大橋主橋采用(50+90+50) m預應力剛構混凝土箱梁，主要工藝為掛籃懸澆，混凝土標號C55屬高標號混凝土，樁基為嵌巖樁，主墩承臺厚4m，一次澆注方量達到449m3，屬大體積混凝土，主墩高度分別為79m、66m、78m、70m，屬于薄壁空心高墩。0號塊是箱梁混凝土澆注方量最多的部位，且必須一次澆注完成，應進行混凝土配合比試驗，在滿足設計標號的前提下盡量減小水灰比，降低水泥用量，采用骨料粒徑和級配應符合規范要求，必要時可適當摻入減小收縮量的填加劑，混凝土的初凝時間必須大于塊件澆注時間。

4.2技術方案

根據該工程0號塊混凝土的特點，初步選擇具有具有低摻量、高減水、高強度增長、水泥適應性好、坍落度損失小等優點，適合于配制具有大坍落度、工作性能極佳的流態混凝土的CX-8和HPCA-600緩凝型高性能減水劑進行試配試驗。

受地域因素的影響，該工程采用的主要原材料為海螺P.Ⅱ52.5普通硅酸鹽水泥、閩江Ⅱ區中砂、穴利(5～31.5) mm碎石，因此選擇其他原材料不變的情況下改變減水劑的型號和摻量進行現場試配，從中選取適合該工程的減水劑型號和摻量，試配試驗結果如表1所示。

表1　試配試驗結果比對

從試配試驗結果可以看出，兩種型號的外加劑的抗壓強度均能滿足設計要求且比較接近，但坍落度差別比較大，根據該工程0號塊混凝土一次澆注方量大、鋼筋密的特性要求，選擇CX-8高性能減水劑作為該工程的外加劑。由于設計要求坍落度要求為150～180mm，最終確定外加劑的摻量為水泥含量的1%，摻加方法為后摻法。

5　結論

0號塊一次性澆注，施工情況正常，混凝土的和易性、流動性好，拆模后混凝土表面光滑，無氣泡、蜂窩、麻面，未見收縮裂縫產生，7d混凝土的強度值達到了設計強度的85%以上，說明該工程的混凝土外加劑的選擇和摻量的確定是合理的。

綜上所述，合理選擇和應用好外加劑，既要嚴格規范標準，又要緊密依靠工程現場實際，同時也要注意總結積累經驗。

參考文獻

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[2]JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程.北京：人民交通出版社.

[3]JGJ55-2011，普通混凝土配合比設計規程.北京：人民交通出版社.[4]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規程.北京：人民交通出版社.