混凝土外加剂在基建工程中的应用及影响

文/ 中国水利水电第四工程局有限公司 刘震林

混凝土外加剂是混凝土中除水泥、水、砂、石以外的第五种比较重要的组分。通过掺入外加剂的混凝土可满足不同基建工程中对混凝土工作性、强度、温控、调凝及防水等性能指标要求，并能减少水泥用量和降低能耗，提升工程质量与施工效率，简化工艺过程和降低劳动成本。

概念及分类

在混凝土搅拌机对混合物料搅拌过程中加入掺量小于胶凝材料质量的5%，并能按要求改善混凝土性能的物质称为混凝土外加剂。混凝土外加剂按化学成分可分为三类：无机外加剂、有机外加剂和复合外加剂。根据外加剂的不同功效及改善混凝土性能的作用可分为四类：调节胶凝材料水化反应快慢的外加剂，包括延缓凝结硬化时间的缓凝剂，加速凝结硬化时间的早强剂、速凝剂等；提高混凝土耐久性能和对结构起保护作用的外加剂，涵盖的有引气剂、防冻剂、防水剂和阻锈剂等；改善混凝土拌和物工作性能的外加剂，包括各类减水剂、引气剂和泵送剂等；优化混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、着色剂、碱-骨料反应抑制剂等。

在基建工程中的应用及经济效益

混凝土外加剂作为水泥混凝土配比中较为重要的组分，虽然其用量很少，但在基建工程推广应用中却发挥出巨大的作用。在不替换水泥品种的情况下通过添加少量外加剂，可以达到对混凝土性能改善的目的，不仅能降低成本，加快施工效率，也为建造大体积、高强度、高耐久性长寿命周期等具有特殊要求的混凝土工程，提供了很好的技术支撑。

在混凝土中掺入一定比例的减水剂，具有显著的技术优势和经济效益：在维持混凝土坍落度及强度不变的情况下，可减少水泥用量；在保持混凝土坍落度及胶凝材料用量不变的条件下，可减少拌和物单位用水量，同时提高混凝土强度；在保证混凝土水胶比不改变的条件下，可改善其工作性。混凝土拌和物中掺入高效减水剂、早强减水剂，可使用水量大幅减少，1天强度较未掺减水剂混凝土试样提高一倍以上，这使得制备高强或超高强度混凝土就变得轻而易举。单位体积混凝土强度大幅提高以后，不但可以增大其使用范围，而且有利于改变传统建筑结构“肥梁、胖柱、深基础”的设计理念，从而实现建筑结构向轻型化方向发展，并能大量节约建筑材料的用量。缓凝型减水剂的掺入，可以使水泥浆体的凝结硬化时间减缓，推迟水泥水化放热峰值的出现，有利于浇筑成型和提高施工质量，在水工大体积混凝土施工浇筑过程中可以大幅降低水化反应热量并减少温度应力所产生的裂缝。将一定比例的引气型减水剂掺入新拌混凝土中，在搅拌过程中带入大量气体形成许多细小密闭的气泡均匀分散在混凝土拌和物中，不但可以改善新拌混凝土的工作性，而且可以极大地提高其抗渗和抗冻性能，从而为基建工程结构的耐久性提升发挥出重要作用。

在硬化的混凝土外表面涂覆养护剂固化后形成一层薄膜，可隔绝空气与表面直接接触，从而防止水分过快蒸发，并能保证混凝土有适宜的温、湿度养生条件，更有利于强度的形成。混凝土中掺加膨胀剂，可以抑制混凝土的收缩，增强其致密度，从而可明显提高混凝土的耐久性能。混凝土中添加阻锈剂，可增强钢筋的抗锈蚀能力和保持混凝土与钢筋间的和谐共生。混凝土中掺加防冻剂，可使得混凝土在冬季低温情况下正常施工，为冬季在严寒地区施工操作创造了条件，可保证工程施工的连续性，加快施工进度。着色剂的应用使各种不同色彩的装饰混凝土体得以筑造，由两种或两种以上外加剂组成的复合外加剂在混凝土中的广泛应用，可以使不同外加剂在性能上达到协同效应，具有更强的适应性，可满足不同工程混凝土的技术要求，并且可降低原材料使用成本。

在混凝土外加剂日渐呈现多样化和高适应性发展趋势下，推动了混凝土工程技术的发展，主要体现在以下几个方面：快硬和高强高韧混凝土技术的应用使得“高强度、自重小、低脆性”等混凝土结构成为了可能；泵送浇注技术和大流动性混凝土工艺，也因高效减水剂性能的不断提升而获得进步；商品混凝土的大力应用和推广，加快了我国建筑业发展的速度，使建筑技术也得到进一步提高，从而获得了更好的经济效益和环境效益。

应用中存在的问题

适应性问题

在试验室和工程实际中经常出现在相同试验和施工条件下，同样配合比及外加剂掺量下，因为采用了不同品种和批次的水泥及矿物掺和料，也会导致新拌混凝土的工作性和硬化后的各项性能存在较大差异，使实际应用中外加剂的选择带来困难。因此，对外加剂与水泥适应性的评价方法研究，将有利于指导外加剂的使用。

外加剂成份对混凝土耐久性影响

在一些混凝土外加剂的组份中含有很高的碱量，引入混凝土中增加了碱-集料反应破坏的潜在隐患，威胁到工程的安全使用。因此，从保证混凝土耐久性和避免结构胀裂破坏的角度来看，如何尽可能降低外加剂中碱的含量，是控制混凝土总碱量的重要途径之一。

外加剂应用效果受不同环境因素影响的研究

在适宜的温湿度养生条件下，在拌和物中掺入一定比例的增塑外加剂，与高温、干燥条件下相同原材料与配合比的新拌混凝土相比具有明显的差异，其前者混凝土的和易性和坍落度经时损失都要优于后者。然而，在冬季温度较低环境下施工的混凝土中掺加增塑剂，其效果几乎没有太大不同，这使外加剂的应用受到了一定的局限性，也加大了对施工质量控制的难度，如何减少环境因素变化对外加剂改性混凝土的影响有待进一步研究。

外加剂的发展

随着不同种类的混凝土制品日益增多，各种大流态、高强度混凝土使用频率和范围越来越大，再加之亟需生产出满足严酷环境条件和重要工程项目上适用的高性能混凝土要求越来越迫切，使得对外加剂的依赖性更加强烈，技术要求也更加严格。所以，未来混凝土外加剂的研究需要不断拓展深化，以下几个方面值得关注。

复合多功能化

通过化学合成与物理复配技术实现不同外加剂性能上的互补，具有性能上的多功能化叠加效果，能够满足不同工程混凝土的使用要求，具有性能优异、价格低廉，广阔的使用空间。

绿色化

为了促进未来高性能混凝土走向绿色化发展轨道，与之相适应的混凝土外加剂，也应满足绿色化生产的需要。在传统外加剂生产技术的基础上，研究降低外加剂产品中含有毒性的游离有机物质的合成技术及对矿物外加剂中重金属含量控制的应用技术，并尽可能寻找清洁无公害的混凝土外加剂生产原料，如开发利用工、农业副产品生产混凝土外加剂。

降低外加剂的生产成本

寻找优质低廉、来源广泛的外加剂原材料，通过某种方式将各类工业废渣回收再利用成为新的原材料，同时不断优化外加剂的配方和革新生产工艺，以达到降低生产成本的发展目标。对提高混凝土外加剂的市场竞争力及扩大其推广应用范围都非常有利。

加强外加剂对混凝土改性机理的深入探索

通过采用科学合理的方法和借助先进仪器设备，研究分析和检测外加剂的改性机理，在深入研究和开发各种单一功能型外加剂的基础上，应更进一步的加强各种单一外加剂的复配技术和相关复合理论的研究。建立各种不同功能性外加剂复配的理论依据；明确分子组成结构与性能之间的相互制约关系；协调好混凝土外加剂与水泥的适应性问题，最大程度的发挥出外加剂所起的作用，可显著提高经济效益，并能有效的指导实际生产应用。

发展高强化、抗老化所需用的外加剂

随着各国对混凝土使用中高工作性、高强度及高耐久性要求的日益严格。发展多功能、适应性强和减水率大的高效减水剂，为制备高强度、大流态、长寿命混凝土创造了条件并实现其应用成为了可能。各种外加剂在混凝土工程中的成功应用，不仅改善了混凝土的各项性能，而且使施工变得更方便、节省了大量人力物力、提高了工效。