淺談各種外加劑對混凝土耐久性的影響研究

文 俊

（湖南工業大學土木工程學院，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。砼的性能與質量水平已成為人們比較重視的問題，尤其是混凝土的耐久性的強弱。只有通過提高砼抵抗外界作用的能力，減少其內部因素的影響，才能提高混凝土的耐久性[1]。而將外加劑摻入混凝土中，通過改善砼在混合攪拌中的水化反應產物組成，從各個方面降低外界因素的影響，以此來提升砼的持久性能。因此，建筑施工中施工質量的高低與砼中外加劑的種類關系密切。

1 混凝土的耐久性

由于混凝土具有價格便宜、養護簡單、可塑性強的特征，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是遠遠不夠的，還需要有良好的質量與功能性質，而耐久性就成為衡量混凝土質量的重要參數。砼的耐久性不僅受外界環境制約，還與施工工藝與流程息息相關，比如材料配比、礦料添加量以及外加劑等。其中,通過在砼中添加外加劑，可以使砼內部結構發生改變，以此來提升砼的耐久性，進而更好的應用于建筑施工當中，使建筑工程質量得到保證[2]。

2 幾種常見的外加劑

2.1 減水劑[3-4]

減水劑是一種常用的外加劑，根據其主要組成原料可將其大致劃分為木質素系減水劑、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為前提，通過降低水分含量，提升混凝土的強度;同時,減水劑還具有潤滑與空間位阻作用，通過調整材料與外加劑的配比，在保持坍落度不變的同時，進一步增強混凝土流動性。

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，在攪拌過程中就會產生許多氣泡，使水泥微粒之間的縫隙增大，從而增強流動性與保水性，減少洋灰的使用量。引氣劑的使用還可以增強混凝土的抗凍性與滲透性，并且當前多用于水壩、熱電站冷卻塔等抗凍性要求高的建筑結構中。

2.3 高效活性礦物[7-8]

由于混凝土化學反應之后，其化學性質尚不穩定，所以可以通過加入活性礦物的方法，改變混凝土中水化產物的成分。高效活性礦物包括煤電廠粉煤灰、硅灰等，其化學組成為SiO2和Al2O3等。通過高效活性礦物在砼中的發生化學反應，將雜質替換為穩定性更強的低堿度水化硅酸鈣，改善水泥水化后的產物構成，減少水分，增強混凝土強度與耐久性。

2.4 早強劑[9]

早強劑也是一種常見的混凝土外加劑，能夠增加早期工程中混凝土的強度的外加劑，常見的有硫化鈣等。多用于冬季施工建設中縮短工期，防止混凝土結構受凍，減少施工材料與資金的浪費。

2.5 膨脹劑[10]

在混凝土澆筑成型時，混凝土容易受外界與自身結構影響發生自身收縮。膨脹劑就是應對砼收縮的一種添加劑，降低混凝土收縮強度。常見的膨脹劑有石膏、鐵粉等。

3 對各種外加劑對混凝土性能影響的探究

混凝土受自身質量與結構的限制，就會造成混凝土內部缺陷。此外，如果外界環境也有可能對混凝土造成一定的影響，尤其是混凝土穩定性與耐久性。基于此，可以通過適當的添加外加劑，研究其對砼的各種功能特性的影響，對不同外加劑對砼性能的作用效果進行分析，進而研制出更適合的材料配比來保證混凝土質量。

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這一特質的重要數據參數。繆昌文小組[11]通過試驗數據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，實驗表明：在含氣量基本相同時，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，各個階段的通電量相對較少；在有引氣劑的情況下，摻有PCA 的砼各時段通電量也相對少一些，這就說明使用聚羧酸類外加劑對砼的內部結構有所影響，能夠增強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 基材料漿體養護齡期越短抗氯離子滲透性能越好。鐘俊飛小組[13]研究了PVA 纖維對水泥基復合材料抗氯離子滲透性能的影響，實驗表明，PVA 纖維增強水泥基復合材料具有明顯優于普通水泥基復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混凝土抗氯離子的滲透性能，結果表明：橡膠顆粒摻量小于12%時，對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不同的水化反應，改變水泥水化的產物成分，改變混凝土內部結構，增強抗壓水平，就會減少二氧化碳的滲入，就會引起碳化深度的減小。劉峰小組[15]對8 種不同品種的外加劑（如改性木鈣系減水劑、萘系減水劑、膨脹劑以及早強劑等）來進行實驗，結果表明：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]分析了單摻和復摻外加劑對混凝土碳化性能的影響，結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合使用比與糖鈣復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

減水劑通過電性作用，實現水泥微粒之間相互排斥，就會減少水的用量，增強砼內部結構的密集度，從而減少混凝土開裂引起的質量問題。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摻可有效降低混凝土的開裂面積，同時硅灰與粉煤灰和礦粉在二元或三元復合下可有效降低砂漿自收縮和干燥收縮，且混凝土強度不會降低。

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攪拌發生化學反應時釋放的熱量，這一現象常出現在混凝土澆筑后，水泥發生水化反應產生熱量，這使得其內部溫度激增，混凝土內外溫度差異過大，結構應力過大，最終導致了混凝土開裂。為緩解混凝土出現急速溫度變化現象，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生概率[19]。同樣有實驗表明，以摻入水泥的混凝土為對照，另取加入聚羧酸外加劑（PCA）與萘系減水劑（FDN）的水泥混合物，通過控制相同變量，應用不同自變量進行對比的方法，研究不同類型的外加劑對混凝土混合過程中產生熱量的影響。通過試驗結果得出，外加劑對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家有關標準，在外界冷凍因素干擾下的抵抗能力。混凝土中減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度得到強化，就會增強冰晶抗壓力。蔡斌小組[20]通過改變水灰比、添加引氣劑、減水劑等、摻加粉煤灰等措施，考察對混凝土抗凍性的影響。試驗數據結果表明，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。馬強小組[21]通過對復合外加劑對混凝土抗凍性能的影響進行研究，試驗結果表明，FZ 型復合外加劑組分（包括硅灰、粉煤灰，亞硝酸鈣與硫酸鈉的復合體系，松香熱聚物引氣劑，高效萘系減水劑，檸檬酸等）對混凝土抗凍性能有明顯地改善。

4 外加劑使用策略

在實驗研究中發現，不同的類型的外加劑對于混凝土的強度有著不同的影響，其耐久性也會受到一定的干擾。因此，要應用合理的外加劑使用策略，以規范外加劑的使用[22]。

4.1 保證外加劑的質量

施工建筑的質量成為人們廣為關注的重點，外加劑作為混凝土中常使用的添加劑材料，更要保證其質量[23]。首先要從源頭抓質量，可以建立添加劑采購監督小組，在外加劑采購、運送、入庫時進行質量檢查，選取符合施工質量標準的材料，減少安全問題的出現。

4.2 精確添加劑的使用配比

在確保添加劑質量的同時，也要對添加劑的使用種類與數量進行規范。相關科研部門可以在施工項目籌備時，根據對施工現場情況的勘察，對各種外加劑對混凝土的影響進行數據調研，對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格配比。在施工中要成立監督小組，在領取添加劑時進行實名登記，在使用時要嚴格監督，保證合理恰當的材料配比，確保混凝土性能在需求范圍內得到改善。

4.3 規范外加劑使用流程

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，后摻法的效果更好一些。在外加劑使用時，若因不可避免的因素影響了施工進程，導致外加劑還有剩余，施工人員要將沒有摻加雜物的添加劑送至添加劑保管處并進行登記。由于外加劑種類復雜且化學性質不穩定，所以要對剩余的已經摻雜其他物質的添加劑進行妥善處理，以避免其他人員誤碰誤用，減少不必要的麻煩。因此，在施工中要規范摻加流程，確保施工工藝的準確性，減少混凝土質量問題，改善砼的耐久性。

5 結束語

隨著我國建筑領域的不斷發展，建筑水平也日益提高，人們對居住條件的要求也不斷提高。混凝土是建筑物之中使用的基本原料之一，因此混凝土的質量與性能也就成為人們比較重視的問題。通過對外加劑對混凝土功能的影響的研究發現，不同類型的外加劑會對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部微粒結構與孔徑，減少水的用量，還能提高混凝土防凍、防潮、防熱、防侵蝕以及防風化的特性，對混凝土耐久性的提高有重要意義。所以更需要對外加劑的質量、使用方法以及材料配比嚴格把控，強化對于外加劑的檢測水平，加大對技術施工人員的培訓力度，進而確保混凝土耐久性，推動建筑領域的發展。