浅谈混凝土外加剂的选择与应用

2015-04-15王晨男福州路港交通工程试验检测中心福州350002

福建交通科技 2015年2期

关键词：试配外加剂减水剂

■王晨男(福州路港交通工程试验检测中心，福州　350002)

浅谈混凝土外加剂的选择与应用

■王晨男
(福州路港交通工程试验检测中心，福州350002)

摘要混凝土外加剂被行业俗称为“混凝土的第五组分”，已成为优质混凝土必不可少的材料。本文对外加剂的分类、外加剂的选择依据与原则、外加剂的掺量与掺加方法的确定进行详细阐述，并通过工程实例介绍混凝土外加剂的选择与应用，为今后的现场试验提供参考。

关键词混凝土外加剂分类选择依据掺量方法

1　绪论

各种混凝土外加剂改善了新拌合硬化混凝土性能，促进了混凝土新技术的发展和工业副产品在胶凝材料系统中的应用，有助于节约资源和环境保护，已经成为优质混凝土必不可少的材料，混凝土外加剂被行业俗称为“混凝土的第五组分”。外加剂的使用可提高混凝土密实性、强度、抗冻性、抗渗性、耐久性，降低收缩值、徐变度，改善流变性。混凝土本身性能的改善和提高，减少了养护时间，改善施工条件，降低劳动强度，更有利于机械化施工，使施工速度大为提高，同时降低了水泥用量，提高了混凝土的性价比，降低工程成本。在项目建设过程中，经过大量的现场施工经验积累，本文通过外加剂的分类、外加剂的选择、外加剂的掺量与掺加方法的确定等方面，详细阐述了在实际工程中混凝土外加剂的选择与应用的方法，为今后的现场试验与施工提供参考。

2　外加剂的分类与选择

2.1外加剂的分类

目前，为满足混凝土各种性能要求的外加剂品种达500多种，混凝土外加剂按其功能划分为：

(1)改善新拌混凝土流动性的外加剂。主要包括各种减水剂、引气剂、灌浆剂、泵送剂等。

(2)调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂。主要包括缓凝剂、促凝剂、早强剂等。

(3)调节混凝土含气量的外加剂。主要包括引气剂、加气剂、发泡剂等。

(4)增强混凝土物理力学性能的外加剂。主要包括引气剂、防水剂、防冻剂、灌浆剂、膨胀剂等。

(5)改进混凝土抗侵蚀作用的外加剂。主要包括了引气剂、防水剂、阻锈剂、抗渗剂等。

(6)为混凝土提供特殊性能的外加剂。主要包括发泡剂、着色剂、杀菌剂、碱骨料反应抑制剂等。

另外，还有砂浆外加剂、水泥改性剂、混凝土表面缓凝剂、混凝土界面处理剂等其他功能的外加剂。

2.2外加剂的应用范围

外加剂的应用范围十分广泛，主要体现在以下几个方面：

(1)普通混凝土制品或构件，掺用不同的外加剂能改善工作性能，并提高强度，或者节约水泥。

(2)冬季现场浇注混凝土施工时，可掺用早强剂或早强型减水剂。

(3)夏季滑模施工及大体积混凝土工程中，可掺用缓凝剂或缓凝型减水剂以延缓水泥放热过程，可减少收缩裂缝而保证混凝土质量。

(4)防护过程喷射混凝土、隧道防水堵漏工程中可掺用速凝剂，使混凝土很快凝结。

(5)大模板或钢筋密集的预应力混凝土工程，可使用高效减水剂以利浇注。

(6)水下混凝土可掺用引起剂、减水剂，提高混凝土和易性或耐久性。

(7)高标号、超高标号混凝土可掺用高效减水剂来配制；大型基础、大体积混凝土防止裂缝，补偿混凝土收缩工程中科掺用膨胀剂。

(8)许多预制构件品可掺用各种外加剂，有的可减少蒸养时间，有的可改善强力振捣的工艺，这些均有利于提高制品质量。

2.3外加剂的选择依据与原则

外加剂的准确效能主要取决于水泥种类、掺合料的种类与其性能、粗细集料的性能及其所含的杂质、混凝土配合比混凝土掺合料的搅拌形式、搅拌时间、混凝土温度以及环境条件等多因素。我国水泥厂家多入牛毛，生成工艺、水泥品种、原材料来源等千差万别；砂石料来源复杂，质量波动大；掺合料品种杂，质量不稳定。这些都对外加剂的使用和混凝土质量控制造成很大困难。因此，除了选用合适的原材料和配合比外，正确选择外加剂对混凝土的生产和质量控制有很大的好处。

外加剂的品种很多，功效各异，外加剂的选择是根据设计、施工等环节对混凝土性能的要求而定，应根据混凝土的强度、耐久性指标及新拌混凝土工作性能要求，在全面了解混凝土外加剂作用原理基础上，综合考虑原材料状况，如水泥品种、砂石情况等其他因素。然后采用实际使用的原材料进行试验，并宜采用不同厂家的同一类型(或品种)的外加剂进行对比试验，根据试验结果有针对性选用技术、经济效果最合适的外加剂。另外，所选用的外加剂要能改善混凝土的性能，而不产生副作用或者副作用很小，要具有良好的匀质性和稳定性，对混凝土中钢筋或预埋金属件没有侵蚀作用，使用安全，没有环境污染。

选择外加剂的原则一是性能满足使用要求，二是经济合理。重要工程在开工初期要对正规厂家生产的多个品种按国家标准进行初选试验，对初选出来的产品，由具有资质的试验单位，结合工程的原材料进行全面的混凝土适应性试验，经过论证和评审，最终优选出合适工程实际情况的外加剂品种。一个大中型工程优选出1～2种同类外加剂为宜，一般情况下，在工程施工中不要随便更换外加剂品种。

选用外加剂时，必须根据工程需要、施工条件和施工工艺等因素进行选择。如一般混凝土主要采用普通减水剂；早强、高强混凝土采用高效减水剂；气温高时，掺用引气性大的减水剂或缓凝减水剂；气温低时，一般不用单一引气型减水剂，多用复合早强减水剂；为了提高混凝土的和易性，采用引气减水剂；高层建筑采用泵送混凝土时应使用泵送剂等。为了发挥各种外加剂的特点，不宜互为代用，如将高效减水剂作普通减水剂用，普减水剂当早强减水剂用都不合适。

3　外加剂的应用

3.1水泥品种的选择

在原材料中，水泥对外加剂的影响最大，水泥品种不同，将影响外加剂的使用效果。多年来，针对普通外加剂及其复配产品开展的适应性研究工作取得很好的效果，通过设计、施工及外加剂、水泥生产企业共同探索，就外加剂与水泥的相融问题已经摸索出一系列有效的解决措施。但是针对性的研究工作开展得还不到位，应引起最够重视，比如聚羧酸高性能减水剂，由于高效能和低掺量导致其对水泥更有选择性，不同水泥其减水率相差较大。另外，水泥矿物组成、掺合料、调凝剂、碱含量、细度等都直接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，萘系减水剂影响较小，糖蜜类会速硬，木钙类会使初凝时间延长。

同一种外加剂在相同的掺量下，往往因水泥不同而使用效果明显不同，或同一种外加剂，在不同水泥中为了达到相同的使用效果，外加剂的掺量明显不同。因此，当水泥可供选择时，应选用对外加剂较为适应的水泥，提高外加剂的使用效果；当外加剂可供选择时，应选择适合水泥的外加剂。

3.2使用前试验

目前的外加剂质量检验方法完全采用基准水泥作为基础，实际使用中要求所选择的外加剂既能满足基准水泥要求，又能满足现场水泥要求。这就要求所选择的外加剂尽管各项性能指标已经符合标准规定，但在应用前还必须对其各项指标进行现场实际检测。检验该产品各项物化性能是否符合实际标准要求及有害物质是否超标，以此作为采用现场原材料进行施工配合比设计的基础。

由于外加剂对原材料和环境条件十分敏感，不同企业外加剂生产原材料的选择、配方、合成工艺、助剂、质量控制、复配技术等存在差异，所生产产品性能、质量及稳定性不尽相同。因此，对工程项目的混凝土选择外加剂时，应在厂家原配方的基础上，经过现场试配、改进复配配方，使其完全满足现场施工要求。

3.3外加剂的掺量和掺加方法

3.3.1外加剂掺量的确定

每种外加剂都有适宜的掺量，即使用一种外加剂，不同的用途有不同的适宜的掺量。应严格按照经试配后的最佳掺量和用水量进行计量，并要求计量设备和计量精度准确和灵敏，保证掺量准确。掺量过大不仅在经济上不合理，而且会可能造成质量事故；掺量过小会使外加剂失去应有的作用。确定外加剂掺量的根本原则就是在满足混凝土性能要求的前提下，采用最低掺量。

对液体外加剂应测定溶液密度，对粉状外加剂应测定固体物含量。在粉剂产品中还应注意由于烘干不彻底或包装不符合要求而导致产品中的固体含量不满足要求，因此在这种情况下切勿将标定总量用作计算掺量的依据，在使用前必须通过混凝土试配的结果来确定最佳掺量。

总之，只要掌握了外加剂和混凝土的性能，以及它们的变化规律，并通过试验确定外加剂的合理掺量，就可以以最小的掺量获得最好的技术经济效果。

3.3.2外加剂掺加的方法

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，不同的混凝土外加剂应采用不同的掺入方法，不同的掺加方法将会带来不同的使用效果。混凝土外加剂的掺加方法大体分为先掺法、同掺法、后掺法、分次加入法。

不同品种的外加剂，由于作用机理不同，其掺加方法也不一样。一般高效减水剂和低掺量外加剂宜选用后掺法，木钙减水剂、膨胀剂宜选用先掺法，缓凝剂、引气剂宜选用同掺法。影响外加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他外加剂等，因此选择哪种掺加方法均应通过现场试拌，以确定最佳掺入方法。

4　外加剂在典型工程中的应用实例

4.1工程概况

某大桥主桥采用(50+90+50) m预应力刚构混凝土箱梁，主要工艺为挂篮悬浇，混凝土标号C55属高标号混凝土，桩基为嵌岩桩，主墩承台厚4m，一次浇注方量达到449m3，属大体积混凝土，主墩高度分别为79m、66m、78m、70m，属于薄壁空心高墩。0号块是箱梁混凝土浇注方量最多的部位，且必须一次浇注完成，应进行混凝土配合比试验，在满足设计标号的前提下尽量减小水灰比，降低水泥用量，采用骨料粒径和级配应符合规范要求，必要时可适当掺入减小收缩量的填加剂，混凝土的初凝时间必须大于块件浇注时间。

4.2技术方案

根据该工程0号块混凝土的特点，初步选择具有具有低掺量、高减水、高强度增长、水泥适应性好、坍落度损失小等优点，适合于配制具有大坍落度、工作性能极佳的流态混凝土的CX-8和HPCA-600缓凝型高性能减水剂进行试配试验。

受地域因素的影响，该工程采用的主要原材料为海螺P.Ⅱ52.5普通硅酸盐水泥、闽江Ⅱ区中砂、穴利(5～31.5) mm碎石，因此选择其他原材料不变的情况下改变减水剂的型号和掺量进行现场试配，从中选取适合该工程的减水剂型号和掺量，试配试验结果如表1所示。