混凝土外加劑及其主要應用技術問題

劉智超　謝維雪子　呂芳禮　曹鵬飛

摘 要：文章對混凝土外加劑的定義、分類及常用外加劑對混凝土性能的影響進行了闡述，提出了我國目前混凝土外加劑應用技術的問題及選用原則。

關鍵詞：混凝土；外加劑；應用技術；選用原則

隨著國民經濟的迅速發展，帶動了各行業如房地產業、建筑業、鐵路運輸業、公共設施管理業的迅速崛起，從而促進了混凝土的廣泛使用。目前，全世界混凝土的年產量大約為70億噸，并且還在不斷增加。雖然傳統混凝土給我們帶來便捷的生活，但是由于其成本高、能耗大等弊病，也給我們的經濟和環境帶來了困擾。在全球性可持續發展的戰略要求下，混凝土作為大量使用的建筑材料，使之高性能化、綠色化是混凝土今后的發展方向。因此對混凝土外加劑的要求也提高了，既要改善混凝土的性能，如高適應能力，低堿率等，又要考慮環境因素，如減少有害氣體排放，低負荷等。

1 混凝土外加劑的定義及分類

1.1 定義

在拌制混凝土時摻入的（通常情況下小于等于水泥自身質量的5%），用來提高混凝土性能的物質，我們稱其為混凝土外加劑。雖然它在混凝土中的分量少，但是它的技術經濟效果明顯，因此它廣泛地被運用在混凝土中。

1.2 分類

根據外加劑對混凝土性能的影響可以將其劃分為以下的四種：

（1）用于改變混凝土流變性能的外加劑，主要有引氣劑、減水劑等。

（2）用于改變混凝土凝結時間的外加劑，主要有緩凝劑、速凝劑等。

（3）用于改善混凝土耐久性能的外加劑，主要有阻銹劑、引氣劑等。

（4）用于改善混凝土其他性能的外加劑，主要有膨脹劑、著色劑等。

2 常用的混凝土外加劑

2.1 減水劑

2.1.1 減水劑對混凝土性能的具體影響

減水劑是當前使用最廣泛、用量最大的外加劑。減水劑分子中的憎水基團指向水泥顆粒表面，親水基團指向水溶劑，形成了穩定的溶化劑水膜，起著提高拌合物流動性，減小坍落度損失，提高混凝土粘聚性，減少泌水和骨料離析，保證混凝土均質性，節省水泥等作用。

2.1.2 減水劑的主要發展應用

作為世界目前研究最廣泛的外加劑，減水劑的發展歷經了三個階段：以木質素磺酸鹽為代表的普通減水劑為第一代減水劑；以萘系為代表的高效減水劑為第二代減水劑；以聚羧酸類減水劑為代表的高性能減水劑為第三代減水劑。第三代聚羧酸類減水劑，與前兩代減水劑相比結構更加靈活、自由度大，具有更好的性能，主要表現為：

（1）聚羧酸類減水劑摻量低、分散性高。

（2）具有較高的混凝土塌落度保持能力。

（3）生產工藝比萘系簡單，投資少，經濟效益高

（4）制造時不使用甲醛等影響人體健康的氣體，更加環保

基于以上優點，聚羧酸類減水劑有著明顯的性能優勢，也因此在各行各業得到廣泛的使用。

2.2 引氣劑

2.2.1 引氣劑對混凝土性能的具體影響

引氣劑是一種表面活性劑，可以降低水的表面張力和界面能，在混凝土攪拌過程中會產生大量微小均勻的穩定封閉氣泡，從而改善混凝土的和易性，減少拌合物泌水，改變混凝土內部孔結構及孔分布使之更加堅固以提高混凝土耐久性。

2.2.2 引氣劑的主要發展應用

混凝土相比于木材、合金等建筑材料，是目前世界最耐久的建筑物材料之一。然而由于混凝土中的摻合料以及外加劑等成分引入過高的氯離子等原因，鋼筋的銹蝕在所難免。因此國內外的學者現在仍然致力于研發新型的引氣劑來提高建筑物的耐久性（包括抗凍、抗滲、抗腐蝕）。引氣劑的主要發展類型有：松香樹脂類、木質素磺酸鹽類、脂肪醇類等。其中被廣泛運用的就是松香樹脂類的引氣劑——松香熱聚物，它物美價廉并且效果顯著。早在19世紀50年代初期，在佛子嶺、響洪甸及以后的三門峽、丹江口等工程都采用了松香熱聚物引氣劑，對改善混凝土的和易性、提高混凝土抗滲性、抗凍性等方面都起到了很好的作用。

3 混凝土外加劑的使用現狀

由于混凝土外加劑的種類多，摻量小，卻可以改善混凝土的多種物理性能，減少塌落度，節約水泥用量，提高建筑質量，并且可以帶來明顯的經濟及社會效益，因此隨著建筑行業的發展，混凝土外加劑被視為混凝土必不可少的第五組成部分，并被越來越多的運用到施工中。

然而隨著外加劑在建筑工程實際中的廣泛使用，導致了混凝土外加劑技術發展的不成熟和使用的不合理，主要表現為以下幾點：

（1）我國生產混凝土外加劑的工廠繁多，產品的成分十分復雜，質量參差不齊，然而短期內無法改善這種情況。

（2）施工員認為外加劑可以改善混凝土所有的不利性能，解決施工中出現的所有問題，因此大量的濫用外加劑而不考慮實際情況。

（3）開發商過分追求經濟效益使用廉價的外加劑和水泥而使得工程質量不合格，未能達到預期的效果。

（4）并未重點關注生產混凝土外加劑過程中產生的有害成分（如甲醛、工業荃和氨水等物質），在外加劑混入混凝土后會釋放分解這些有害物質，長此以往生存在該環境下的人們會受到嚴重的健康危害。

4 混凝土外加劑的選用原則

4.1 初步選擇合適的外加劑

各個工程的要求都不一樣，因此要因地制宜，量體裁衣，隨時變通。例如三峽水利工程對混凝土的消耗巨大，因此需要減少單位用水量，節約水泥用以解決經濟效益的問題，并且還需要改善混凝土的熱學性能。由于單位水泥用量的減少，水化熱就相應降低，這有利于簡化溫控設施，可減少和避免混凝土溫度裂縫的出現。又例如夏季和冬季的工程施工要求也不同，當施工時的平均氣溫連續5天都穩定低于5℃時，其抗壓強度損失值達到40%，內部結構破壞，其抗凍、抗滲、耐久性等性能都會受到損失。在這種低溫情況下，需摻配合適的防凍劑來降低混凝土液相冰點，使得混凝土凝結硬化速度變快，強度得到保障。同時需考慮到對鋼筋的銹蝕作用，盡量減少或避免使用對鋼筋耐久性產生不利影響的防凍劑、減水劑。

4.2 更進一步選擇外加劑的類型

在根據工程要求進行了外加劑的初步選擇之后，需要選取高質量廠家的不同種類的外加劑進行試驗。在某種外加劑的選型上不能一概而論哪種好，而是應該具體問題具體分析，進行科學的實驗得出結論。就像在使用天然骨料的時候，普通型減水劑比較好；而使用人工骨料時，其表面積較大，骨料比較粗糙，因此包裹骨料表面的水泥砂漿本身也相應增加，單位用水量及膠凝物質的利用率提高。在這種情況下，當然選用高效減水劑來發揮其特長更加恰當。

4.3 嚴格控制好外加劑的摻量

需要確定在滿足混凝土性能要求情況下外加劑的最佳摻量——最好不在飽和點摻量附近。大多數外加劑在飽和點摻量附近是很敏感的，混凝土生產中的每一個小波動都會使得混凝土性能產生很大的變化，所以在進行實驗時，如果結果十分接近飽和點，就需要重新選取外加劑。在實際工程中，經常發生因為外加劑摻量計算失誤引起混凝土塌落度損失過快、性能劣化、明顯緩凝至工期延長等問題，因此必須嚴格控制好外加劑的摻量。

4.4 注意外加劑與水泥的適應性問題

隨著混凝土外加劑的不斷發展，外加劑和水泥之間存在著什么樣的適應情況成為了亟待解決的實際問題，外加劑與水泥的適應與否關系著工程事故的發生和不可估量的經濟損失，因此我們需要在使用外加劑之前進行外加劑與混凝土的適應性試驗。

導致外加劑和水泥的適應性問題有多方面的原因。一是外加劑和水泥本身，二是混凝土中其他的組成材料及其配合比例，三是環境問題。對于外加劑本身而言，在生產和使用的過程中，或多或少的加入了鈉鹽和鉀鹽，其中的鈉離子、鉀離子、氯離子等都會引發適應性的問題。對水泥而言，水泥中的礦物成分含量復雜且波動性很大，鋁酸三鈣含量，堿的含量相差可達幾倍，其礦物組成、摻和料、細度等組成及配比的不同也都將影響與外加劑的適應性。所以同種外加劑在同樣的摻量下，因為水泥種類的不同也會產生截然不同的影響。最后則是環境的問題，例如當水泥中存在活性骨料且含堿量高于0.6%，又是在潮濕的環境下施工，這時就會發生生可怕的堿-骨料反應。

因此為了達到預期期待的實驗效果，減少混凝土坍落度的損失，提高拌合物流動性，節省水泥，需要嚴格注意外加劑與水泥的適應性問題，并在發生問題時要及時調試配合比，避免造成更大的損失

4.5 優化外加劑的摻入方法

常用的外加劑摻入方法有三種：（1）先摻法。先將水泥與外加劑混合，然后再與水和集料一起攪拌。（2）后摻法。在混凝土拌合物攪拌一定時間送到澆筑地點后，再加入外加劑攪拌均勻。（3）同摻法。將外加劑先溶于水形成溶液后再加入外加劑并攪拌均勻。

不同的摻加方法都各有長短及特點，要根據不同的外加劑特性，選擇采用哪種摻入方法。在許多建筑工程的早期會發現大部分的混凝土裂縫，主要是由于水泥水化，水蒸發造成塑性收縮和干縮，溫度不均勻造成冷縮等引起的。類似此類的裂縫，適宜使用雙摻技術以取得滿意的效果。一般高效減水劑采用分批添加法或后摻法，木鈣類減水劑和膨脹劑通常選用先摻法，引氣劑和緩凝劑等宜選用同摻法。同時我們可以利用不同外加劑之間的互動作用（耦合作用），在各自適用范圍內優化混凝土配合比，使其性能得到改善。

4.6 盡量使用“綠色”外加劑

由于建筑技術的不斷發展，混凝土外加劑不再局限于普通的要求，而是向著高性能、多功能、“綠色”化的方向發展。為了實現混凝土的可持續發展，優化改良外加劑的生產已經成為一大熱點問題。在生產傳統外加劑時，由于其使用的有機化工原料，有相當多的部分是有害的游離物質，揮發到空氣中會造成環境污染，同時還會產生一部分的廢氣、廢液（如甲醛、氨水等物質），對人類的身體健康也會產生一定的危害。因此要控制外加劑中的有害物質，改良外加劑品種使之綠色環保，例如我國早期使用的速凝劑都是粉塵狀的，對環境和施工人員的健康造成很大的危害，隨著外加劑產生技術的發展，無堿液體速凝劑被廣泛的使用，在優化提高混凝土性能的同時不對環境造成破壞。

5 結語

隨著國家工程建設的蓬勃發展，混凝土外加劑使用的范圍不斷擴大，我國對外加劑的要求也不斷提高，但是在建筑工程中外加劑摻量不準，與水泥不適應等問題層出不窮。為了更好更合理地使用外加劑，首先要熟知國家現行的各種外加劑標準，其次要熟知國家現行工程建設標準，在滿足各項標準的同時，針對相適性等問題尋找有效的技術措施，開發新型的外加劑，用以改善混凝土內部結構，提高混凝土的各項性能，達到節能節料，多摻多代，既滿足滿足技術環保需要，又保障了一定的社會經濟效益。

參考文獻

[1] 蘇達根.土木工程材料（第2版）[M].高等教育出版社，2008.

[2] 宋良瑞.混凝土外加劑與水泥雙向適應性分析[J].四川建筑職業技術學院，2013（04）.

[3] 衣康酸大單體代替丙烯酸大單體合成聚羧酸高性能減水劑的研究.http：//max.book118.com/html/2014/0226/6139519.shtm.

[4] 林永達.三峽二期工程使用混凝土外加劑的幾個問題[J].長江科學院院報，1998（01）.

作者簡介：劉智超（1996.01- ），女，江蘇揚州人，本科，研究方向：土木。