浅谈混凝土外加剂的使用
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摘要：回顾了混凝土外加剂的发展和应用状况,介绍了目前常用的混凝土外加剂的种类,总结了使用外加剂应注意的事项。
在混凝土、砂浆或净浆的制备过程中,掺入不超过水泥用量5%,能对混凝土、砂浆或净浆的正常性能要求而改性的一种产品,称为混凝土外加剂。自上个世纪30年代美国开始使用引气剂,混凝土外加剂至今已经有70多年的历史了。从20世纪60年代日本和西德研制成功高效减水剂以来,外加剂进入了迅速发展的时代。现在,在发达国家使用外加剂的混凝土占混凝土总量的70%～80%,有些已达到100%,外加剂已成为混凝土材料不可缺少的组成部分。
我国外加剂的研究和应用较国外晚,从20世纪50年代才开始研制木质素类的减水剂,并用于大型水库的大体积混凝土,以后由于某些原因停滞多年。直到70年代后,外加剂的科研、生产和应用才取得较大进展。特别是1982年和1986年分别成立了混凝土外加剂学会和混凝土外加剂协会后,我国的混凝土外加剂得到了进一步的加速发展,使用外加剂的混凝土量占混凝土总量的比率从5%增长到近40%。
一、外加剂的种类
各种外加剂的性能和作用各不相同，使用时应当从混凝土性能要求出发选择合适的外加剂。在HPC中高效减水剂是最重要的，也是必不可少的外加剂，因此必须慎重选择。引气剂、缓凝剂、早强剂、膨胀剂和防冻剂等其他类型外加剂，也是HPC在某些情况下所需要的。
1. 高效减水剂
高效减水剂的掺加量、掺加方式，与水泥的适应性等问题制约着所配制HPC的性能。由于聚羧酸盐系高效减水剂在市场上所占的分额较低（2%以下），目前最常使用的高效减水剂主要有密胺系和蔡系高效减水剂两类。密胺系高效减水剂主要为钠盐，无色；茶系高效减水剂以钠盐和钙盐为主，呈棕色。
在混凝土中选用高效减水剂时，要同时考虑水泥的品种和其他成分的特性，如掺合料的特性在不允许引人氯离子或预计有潜在的碱―集料反应危害时，要慎重选择钠盐减水剂。选用时既要考虑经济性，又要注意减水剂的质量稳定性。
应该注意的是，千万不能仅根据产品说明书来选用高效减水剂和确定掺量，一定要通过试验选择适当的类型，确定合适的掺量。当选择两种以上的外加剂进行复合掺加时，更要通过试验确定它们的搭配比例，并避免产生沉淀失效。
密胺系高效减水剂本身无色，与白水泥配合时不会带人浅棕色颜色，但其价格较蔡系高效减水剂高，在HPC配制时极少采用。
为控制混凝土坍落度损失，常常需要将蔡系高效减水剂与缓凝等组分复合使用。但是，混凝土坍落度损失原因＋分复杂，目前还没有找到一种合适的方法，用以解决坍落度损失。尽管氨基磺酸盐和聚竣酸盐系减水剂在控制坍落度损失方面具有较好的效果，但有时也难免会出现意外现象。
2. 引气剂
掺人引气剂可使混凝土在搅拌过程中引人大量均匀分布的微小气泡，防止离析泌水，更重要的是有效地改善了混凝土的抗冻融性和抗除冰盐性能，是提高混凝土使用寿命的一项有效措施。目前市场上供应的引气剂主要有松香类和烷基磺酸盐类，另外，也有用皂普加工而成的产品。松香类引气剂制备方法简便，价格比较低，但引人的气泡结构较差；烷基磺酸盐类是典型的表面活性剂，引气效果较好。混凝土中的引气量不仅t7引气剂品种、掺量有关，而且也与水泥品种，水泥用量，掺合料的品种。掺量，水胶比，搅拌的方式、时间，坍落度，停放时间，振捣的方式、时间和气温等多种因素有关，必须通过试验找寻其中的规律，并在实际施工时不要轻易改变施工参数。工程中还经常将引气剂和高效减水剂等外加剂复合使用，必须通过试验确定合适的比例，最大程度地发挥协同作用。
3. 缓凝剂
掺加缓凝剂能够延长混凝土的凝结时间缓凝剂与减水剂复合掺加还可以延缓混凝上的坍落度损失，降低水化放热速率，使大体积混凝土避免开裂。缓凝剂主要有无机盐和有机物两类。选择缓凝剂时同样要通过试验确定其品种和掺量。必须注意的是，掺缓凝剂混凝土的凝结时间与缓凝剂掺量并非简单的线性关系。对一于有些缓凝剂，掺量超过一定数值后，缓凝效果将剧增，易导致严重的工程事故。缓凝剂与其他品种外加剂，如减水剂、防水剂或膨胀剂等复合掺加时，均必须事先进行试验。
二、注意外加剂的质量
关注外加剂的质量,除关注某些厂家不注意原材料质量控制,粗制滥造,以假乱真,提供伪劣产品外,对质量较好的产品也应注意某些问题,如应详细了解产品实际性能,注意生产厂所提供的技术资料和应用说明。又如目前我国减水剂牌号众多,诸多厂家未明显标示其产品品种,而且质量不一,因此,在工程应用前,应按照质量标准对选择好的减水剂进行掺减水剂混凝土性能要求(与基准混凝土相比)的检验,为了确定掺量,对液态减水剂应测定溶液密度;对粉剂减水剂应测定固体物含量。
在粉剂产品中,有些由于烘干不彻底或包装不符合要求而受潮,致使产品中的固体含量大都在75%～80%左右,因此在这种情况下切勿将固体物质以100%用作计算掺量的依据。在原材料中,水泥对外加剂的影响最大,水泥品种不同,将影响减水剂的减水、增强效果,其中对减水效果影响更明显。
高效减水剂对水泥更有选择性,不同水泥其减水率的相差较大,水泥矿物组成、掺和料、调凝剂、碱含量、细度等都将影响减水剂的使用效果,如掺有硬石膏的水泥,对于某些掺减水剂的混凝土将产生速硬或使混凝土初凝时间大大缩短,其中萘系减水剂影响较小,糖蜜类会引起速硬,木钙类会使初凝时间延长。因此,同一种减水剂在相同的掺量下,往往因水泥不同而使用效果明显不同,或同一种减水剂,在不同水泥中为了达到相同的减水增强效果,减水剂的掺量明显不同。在某些水泥中,有的减水剂会引起 异常凝结现象。为此,当水泥可供选择时,应选用对减水剂较为适应的水泥,提高减水剂的使用效果。当减水剂可供选择时,应选择施工用水泥较为适用的减水剂,为使减水剂发挥更好效果,在使用前,应结合工程进行水泥选择试验。
三、外加剂的掺量
确定外加剂的合适掺量，应该在保证混凝土技术性能要求的前提下，达到最经济的效果。有此外加剂超量掺加时，不仅达不到预期效果，反而会带来严重的负面作用。
以固体掺量表示，以下外加剂的常用掺量为：萘系高效减水剂0.5%-1.0％（占水泥重量百分比，以下同）；密胺系高效减水剂0.5%-1.0%；氨基磺酸盐系高效减水剂0.4%-0.8%；聚竣酸盐系高效减水剂0.1%-0.4%；木质素磺酸钠（钙、镁）0.2%-0.3%；引气剂的掺量一般都很小（十万分之一到千分之一）；缓凝剂较为特殊，它的掺量与其种类有很大关系。
四、外加剂的掺加方法
在混凝土搅拌过程中,外加剂的掺加方法对外加剂的使用效果影响较大。如减水剂掺加方法大体分为先掺法(在拌合水之前掺入)、同掺法(与拌合水同时掺入)、滞水法(在搅拌过程中减水剂滞后于水2～3min加入)、后掺法(在拌合后经过一定的时间才按1次或几次加入到具有一定含量的混凝土拌合物中,再经2次或多次搅拌)。不同的掺加方法将会带来不同的使用效果,不同品种的减水剂,由于作用机理不同,其掺加方法也不一样。如对于萘系高效减水剂,为了避开水泥种的C3A、C4AF矿物成分的选择性吸附,以后掺法为好,又如木钙类减水剂,由于其作用机理是大分子保护作用,故不同的掺加方法影响不显着。影响减水剂掺加方法的因素主要有水泥品种、减水剂品种、减水剂掺量、掺加时间及复合的其它外加剂等。均宜通过试拌确定。
一般地说,外加剂对混凝土配合比没有特殊要求,可按普通方法进行设计。但在减水或节约水泥的情况下,应对砂率、水泥用量、水灰比等作适当调整。
五、结语
总之,随着混凝土外加剂在混凝土中的广泛应用,越来越多的人认识到,外加剂是混凝土中除水泥、砂、石和水之外的不可缺少的第五种材料。混凝土外加剂的特点是品种多、掺量小、在改善新拌和硬化混凝土性能中起着重要的作用。外加剂的研究和应用促进了混凝土施工新技术和新品种混凝土的发展。
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