浅谈混凝土外加剂的合理应用

2011-05-25徐健康

海峡科学 2011年7期

关键词：泵送外加剂减水剂

徐健康

浅谈混凝土外加剂的合理应用

徐健康

福建建材工业学校

该文回顾了我国混凝土外加剂的发展和应用状况，介绍了目前常用混凝土外加剂的种类、品种选择、掺量控制、掺加方法以及今后混凝土外加剂的发展方向。

混凝土外加剂选择控制方法

我国混凝土外加剂的研究和应用始于1950年，由于条件限制，在相当长的一段时期内混凝土外加剂发展缓慢。直到上世纪80年代，外加剂的发展才逐步活跃起来，但在当时，外加剂品种并不太多且多数产品还未进入复合阶段，大都是单一组成。这一时期全国大概只有5%的水泥掺用外加剂。进入90年代，我国混凝土外加剂无论从品种、牌号、产量、质量以及应用技术水平等都有了显著提高和发展。迈入21世纪，外加剂的发展更是突飞猛进，其理论研究与应用技术水平已经大大缩小了我国与先进国家的差距，甚至某些研究水平已接近、达到甚至超过国际水平。目前掺外加剂混凝土量占我国混凝土总量的40%～45%左右，广泛应用于高速铁路客运专线、跨海大桥、三峡水利工程、南水北调、市政工程及令世人瞩目的奥运工程。

1 混凝土外加剂的种类

国际标准化组织ISO TC71/ Sc3 提出混凝土外加剂的定义如下:“在混凝土、砂浆、净浆拌合时或在额外增加的拌合操作中掺合等于或少于水泥质量的5%，使混凝土的正常性能得以按要求改善的物质”。1987年我国制定并颁布混凝土外加剂的国家标准（即GB8075-87）将混凝土外加剂定义为：“在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥质量的5%(特殊情况除外)”[1]。定义强调了两点：第一、混凝土外加剂的掺量小于或等于水泥重量的5%；第二、使混凝土的正常性能得以按要求改善的一种产品。这句话的真正含义是什么？正常的混凝土性能为什么要改性？结论只有一个，常态的混凝土性能，不一定能满足设计或施工技术要求，这就需要或依靠外加剂对混凝土的改性。

从使用功能来看，混凝土外加剂大体上分为五类:①改善新拌混凝土流变性能，如减水剂、引气剂、保水剂等；②调节混凝土凝结以及硬化性能，如缓凝剂、早强剂、速凝剂等；③调节混凝土气体含量，如引气剂、发气剂、泡沫剂、消泡剂等；④改善混凝土耐久性，如引气剂、阻锈剂、抗冻剂、抗渗剂、防腐蚀剂等；⑤为混凝土提供特殊性能，如发气剂、泡沫剂、着色剂、膨胀剂、碱—骨料反应抑制剂等。

2 混凝土外加剂品种选择

2.1 根据混凝土施工及性能要求选用外加剂

商品混凝土中应用外加剂是为了克服混凝土运输途中坍落度损失、节约水泥及满足特种要求，如可泵性、早强及降低水泥初期水化热等。故在商品混凝土中主要应用减水剂，冬季施工时可选用早强减水剂，少数单位应用高效减水剂。如宝钢一期工程共用商品混凝土216万m3，使用普通减水剂1400吨，节约水泥4.8万吨，节约资金140万元。

泵送混凝土中应用外加剂是为了提高混凝土的可泵性，确保混凝土的质量。泵送混凝土中应用的外加剂主要是泵送剂，当混凝土标号较高时，应用AF、FFT、FDN 等高效减水剂。如南京金陵饭店是我国高层建筑中第一个使用泵送混凝土的工程，泵送垂直高度112m3，水平泵送距离114 m3，共浇筑混凝土1800 m3。

大模板施工中应用外加剂是为了提高混凝土的流动性、保水性和粘聚性，保证混凝土8～10h达到拆模强度，24～28h 达到扣板强度。所以夏季一般应用缓凝减水剂，冬季应用早强减水剂或高效减水剂。例如福州某高层住宅大楼现浇内墙施工中应用缓凝减水剂，气温10℃以下时复合使用早强减水剂。

大体积混凝土中主要应用缓凝外加剂，其目的是降低水泥初期水化热，避免混凝土出现裂缝，如三峡工程是我国目前最大的水电工程,三峡一期工程混凝土方量约为300 万m3，所使用的外加剂为缓凝引气型减水剂，选用的外加剂品种有木钙、KM 缓凝剂、DH4A-1、JG-4、FDN-RH6等。

高性能道面混凝土中应用外加剂是为了提高混凝土的抗折强度和耐久性。如青藏铁路(格拉段)新建线全长1111km，其中550km位于多年冻土区，是目前全球最长的一条穿越高原多年冻土区的铁路。在混凝土中掺入“低温、早强、耐久”外加剂如硅粉、引气剂等，提高混凝土的密实度和抗冻融性能，保证了在300次冻融循环作用下梁体混凝土强度及弹性模量不小于设计值的80%，大大提高了混凝土耐久性[2]。

另外，地下工程由于长期与含有Cl-、SO42 -等离子的土壤及地下水接触，和一般地面地上工程的混凝土相比，地下工程混凝土中应用外加剂是为了提高混凝土的耐久性、满足一定的增强抗渗和抗腐蚀性要求。即采用低用水量大掺量矿物掺合料的技术路线，使用高效外加剂来降低用水量和水胶比，从而提高混凝土的耐久性。如南昌枢纽西环线工程、向莆铁路混凝土的水下灌注桩、现浇梁等,采用了萘系为主的第二代减水剂与聚羧酸类为主的第三代减水剂收到了很好效果。

2.2 根据外加剂与水泥的相容性确定外加剂

不同品种的水泥，其矿物组成、调凝剂、混合料及细度等各不相同。若外加剂与掺量均相同的情况下，其应用结果(减水率、坍落度、泌水、离析等)有很大差异。在初步选用外加剂品牌后，就要进行水泥与外加剂适应性试验，适应性试验方法及步骤见GB-50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》。

2.3 使用前进行试验

为了确保工程质量，对减水剂宜根据现有的标准，在使用前首先做匀质性试验，一般应测定表面张力和含固量两项，当测定表面张力有困难时可用起泡性代替，然后进行混凝土试配，如检验减水剂混凝土的性能，一般应测定坍落度损失、减水率、含气量和抗压强度四项。

3 外加剂的掺量控制

每种外加剂都有适宜的掺量，即便是对同一种外加剂而言，用途不同，适宜的掺量也不同。在确保计量设备、计量精度准确和灵敏前提下，应严格按照经试配后的最佳掺量和用水量进行计量，避免出现掺量过大或过小。如高效减水剂掺量过小失去高效能作用，而掺量过大（>1.5%），则既不经济同时还会由于泌水而影响质量（如图1）。氯盐的限制是众所周知的，过量会引起钢筋锈蚀。防冻剂的掺量与温度有关，并且根据强度效果作了掺量规定。而在有效控制掺量的前提下，外加剂的性能可以得到最大限度的发挥。比如，一种是以三羟甲基氨基甲烷10%，亚硝酸钙16%，硫氰酸钠10%，乳酸4%和水60%组成的液体超早强剂，它的作用是使混凝土凝结后快速增加强度，能使混凝土在拌和后1h内完成浇筑。主要应用于混凝土工程抢修任务，比如水工建筑物中受高速水流冲刷磨损的混凝土、海港码头遭到海浪磨蚀的混凝土工程。这种混凝土的强度试验结果见表1[3]。

图1

表1 超早强剂对混凝土早期抗压强度的影响

4 外加剂的掺加方法

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。研究表明，外加剂的掺加方法对外加剂的使用效果影响较大，尤其是活性剂类减水剂、引气剂及含有表面活性剂成分的外加剂。常用的外加剂掺用方法有以下几种：

4.1 先掺法。即外加剂干粉与水泥混合，然后再与砂、石、水一起搅拌。萘系高效减水剂，先掺法塑化效果比滞水法差。

4.2 同掺法。这是最常见的一种掺加方法。即在搅拌混凝土时，将外加剂溶液(粉剂应预先溶解)与水一起掺入到混凝土中。

4.3 后掺法。又分为滞水法和分批添加法,即在混凝土拌好后，再将外加剂一次或分数次加入到混凝土中(须经二次或多次搅拌)。滞水法即外加剂滞后于水2～3min加入；分批添加法即分批掺加外加剂。实践证明，后渗法具有许多优点。在相同条件下，可降低外加剂掺量30%～40% ，特别是对水泥矿物中C3A及C4AF含量高的水泥，因为不同水泥矿物对外加剂的吸附性能不一样。当水泥水化时，C3A与C4AF水化最快,而大量形成后期强度的矿物为C3S及C2S的水化物。后掺法可以在C3A及C4AF已水化后，减水剂才进入溶液,可保证一定浓度作用于C3S及C2S的水化过程。

5 外加剂的复合应用

现在的混凝土中使用单一品种外加剂的情况已很少见，为了同时满足混凝土对各种性能的要求，需要把各种外加剂混合复配，让各复配成分之间共同作用而产生叠加效应。一般复配外加剂至少由两种组分配制，形成二元或多元复合，通常是由多种表面活性剂或与无机电解质等组成。如复合早强剂、复合防冻剂、泵送剂、复合缓凝引气减水剂等。混凝土外加剂也逐渐向着高效能、多功能的方向发展。