混凝土外加剂负面作用的探索

2021-01-25张新华

四川水泥 2021年4期

张新华

混凝土外加剂负面作用的探索

张新华

（上海师范大学建工学院 201418）

在现代混凝土工程中掺加外加剂已经几十年，由于小量掺加的外加剂较大地影响混凝土性能以满足现代建筑工程对混凝土功效的不同需求，需要开发各种外加剂品种以满足其适用范围及功效。同时随着人们对建筑质量期待的不断提高，占建筑材料最大量的混凝土质量及性能提高备受关注，所以要讨论精确地掺外加剂满足混凝土的要求，要讨论外加剂正面作用的同时也不能忽略其负面影响，这对混凝土的质量保证尤为必要。

混凝土外加剂；负面影响；准确掺加；质量需求

0 引言

随着我国建筑行业的不断朝新技术新科技发展，水泥混凝土不再只满足其一般的强度、脆性、耐久性等要求，需要具有养护更便利、成型方便、质量更轻、耐久性更好、水化热再低、流动度加大、密实性提高、早期强度高、后期强度更高以及生产成本降低等特征[1]，要满足这些特征掺加混凝土外加剂是一条捷径。同时由于不同类型的混凝土工程需要相应类型的外加剂匹配，但是外加剂掺入混凝土中的表现也不能保证全部正面作用，在实践工程运用中，不管是在制作混凝土初期使用，还是混凝土不断增强进程中，都出现过引起混凝土质量问题的事实，下面就外加剂使用中的一些问题作探讨：

1 外加剂的负面作用表现

1.1 早强剂

氯盐早强剂掺入混凝土不仅早强明显，而且降低混凝土液相冰点，故在冬季施工特别有利。但使用时一定要注意氯盐会加速混凝土内部钢筋或金属预埋件锈蚀，导致混凝土结构耐久性下降和使用寿命缩短的严重危害。而且使用掺加氯盐早强剂的钢筋混凝土构件，采用蒸汽养护时钢筋锈蚀破坏远远大于自然养护；预应力钢筋混凝土对钢筋锈蚀危害的敏感性大于普通混凝土。若使用硫酸盐早强剂虽然在促进水泥水化过程中大量形成钙矾石而早期强度快速增长，假如此时水泥石已经形成稳定的结构，后续产生的大量钙矾石的结晶压力会导致水泥石结构破坏，使混凝土强度下降甚至结构开裂。

1.2 膨胀剂

在大体积混凝土中胶凝材料水化放热时达到的最高温度可能会超过钙矾石的分解温度，使水泥水化初期产生的钙矾石分解，但当混凝土温度降低以后，在硬化混凝土内重新生成钙矾石。这种复活的钙矾石在水化初期表现为补充收缩混凝土的膨胀能损失[2]，不能达到补偿温度收缩的目的，而后期表现为混凝土的提早收缩。

1.3 引气剂

混凝土在掺入引气剂后，混凝土的空隙中产生大量的微小气泡，大多数气泡都汇集在毛细孔道上，由于大量微小的气泡对这些毛细孔道造成阻塞，引气剂表面的天然憎水基团对水分形成的包裹作用，使水分无法通过毛细孔道渗透被切断，由此提高混凝土的抗渗性。但是微小气泡引入过多会使混凝土内的毛细孔道管网扩大，过多的气泡数量，减小了气泡间距，大量的小气泡被融合为大气泡后溢出混凝土表面，较大的气泡滞留在混凝土内部，无法阻塞水分渗透，还会增大混凝土的孔隙率。掺加引气剂在混凝土的内部产生独立存在的微小气泡改变混凝土的易溶性，引气剂在混凝土搅拌过程中可以引入大量可以稳定存在的均匀微小的气泡，这些气泡由于自身的憎水与亲水基团改善了混凝土内部的毛细孔道网，减小了水灰比，而对新拌混凝土性质和硬化混凝土性质产生了影响。

1.4 减水剂

掺入减水剂时水泥颗粒级配及颗粒球形度对其适应性有较大影响。当相近的水泥比表面积，水泥颗粒级配影响减水剂作用表现为水泥颗粒中小于3微米的微细颗粒的含量差异，这种颗粒影响减水剂作用很明显。有研究表明，当水泥比表面积相近时，减水剂对水泥浆体的初期流动度及1小时后的流动度作用明显。但太多的微细颗粒只能靠提高水灰比或增大减水剂掺量才能获得较大的初始流动性。而且增加的微细颗粒会导致水泥浆体流动度的损失。

1.5 外加剂与水泥不相容

掺加的外加剂与水泥不相容会引起混凝土在搅拌时出现反常的凝结，会使组成混凝土的各种材料混合不均匀；会使混凝土和易性变差而混凝土质量下降[3]；会使混凝土拌合物坍落度损失大而浇筑和振捣困难；会使混凝土硬化强度下降而质量降低；会使混凝土的抗渗性和耐久性下降和加大收缩性而混凝土耐久性降低；易使大体积混凝土产生裂缝而工程质量严重受损。

2 掺入量不当引起的事故

2.1 早强剂

特别是硫酸盐类的早强剂，掺量不足就成了缓凝剂(如Na2S04)。早强剂一般都是在低温或冬季时使用，如果掺量不足反而会起了缓凝作用，从而给工程质量带来的严重后果可想而知。掺量过多就会造成前期强度增长过快而后期强度很少增长或不增长的问题，使混凝土的整体强度不高，甚至形成真正的“豆腐渣”工程。

2.2 减水剂

当今工程中使用的减水剂品种很多，各种不同的减水剂合理的掺量各不相同。如掺量不足，塑化减水效果不明显；过量掺量塑化减水效果提高的同时，会大幅增加混凝土含气量，降低混凝土缓凝和强度效果。现在最常用的高效减水剂的减水功能与水泥关系密切，哪怕是同品牌同品种的水泥，组成其矿物料比例、碱含量和粉磨细度等的变化而不同[4]。

2.3 缓凝剂

缓凝剂是当前工程界使用量最大的外加剂之一。由于现代水泥磨得过细，强度上升得过快，初凝和终凝时间过短，如果在高温大风等环境下施工，再加上某些施工操作工艺的需求，使用缓凝剂就尤为必要。但掺量过少缓凝不足而造成假凝和裂缝，掺量过多易发生裂缝。

2.4 膨胀剂

不同膨胀剂其掺量范围也不同，只有掺入足量的膨胀剂才能保证混凝土的膨胀率。但掺量过多的膨胀剂使混凝土膨胀过大其内部出现微裂纹，引起混凝土的强度、抗渗性下降而耐久性不足。另外掺膨胀剂的混凝土一般坍落度加快损失，特别是现代泵送混凝土死板地将膨胀剂和减水剂同掺，更使坍落度损失过快，可能会连搅拌站到施工场地间的距离都无法送达[5]。实践中有不少搅拌站对掺加膨胀剂的混凝土有所顾忌，实在无法避免时，必须提前进行大量试验比对，选择与膨胀剂相容性较好的泵送剂。

3 合理外加剂掺量的思索

3.1 外加剂掺量多少

3.1.1掺量不足

外加剂掺量不足会使混凝土的减水率、和易性变差，混凝土的坍落度经时损失大，运输距离不远而达不到施工现场和易性要求。当预拌混凝土生产过程中某些原材料与试验材料不同，即使配合比不变，但不足的外加剂掺加会引起混凝土的初始坍落度和扩展度变小，流动性变差而造成施工困难[6]；另不足的外加剂掺量，混凝土的坍落度经时损失增大，不足以抑制水泥水化作用，造成混凝土刚出站时适合的坍落度，到工地后变得太小而无法施工。

3.1.2掺加过量

本文构建土地综合承载力与区域经济发展系统的PVAR模型，采用广义矩估计GMM法进行估计，运用面板格兰杰(Granger)因果检验、面板脉冲响应函数和面板方差分解技术实证探析京津冀城市群土地综合承载力和区域经济发展系统3个内生变量之间的动态影响效应。

如外加剂过量掺加，造成混凝土的减水率太大，坍落度太大，流动性太好，在静置时混凝土会出现离析、泌水、板结现象，而且掺过量外加剂的混凝土在运输时，上述特征不明显而被忽视，但是浇筑到结构上后快速板结无法施工，甚至可能会堵塞泵管。过量掺加外加剂的混凝土在浇筑前不易发现，等到浇筑时才发现坍落度太大或离析，而且会快速板结难以进行施工和抹平。如掺多了缓凝剂会使混凝土凝结时间增长，浇筑初期水化反应太微弱，混凝土的坍落度持续，凝结时间太长，影响接续工序的进程。

3.2 性能表现优选

现阶段所使用的外加剂主要由天然物质和化学合成物构成，组分是单一或复合，品种类型复杂多样，不同类型的外加剂所起的作用亦不相同，如减水、早强、缓凝、抗冻、也有防水等不同作用。且外加剂的作用并不是单一的而是呈综合表现之势展现，其发展趋势主要呈现高性能化、多功能化、绿色化等多方面的特点。经过多年研究高性能外加剂能够在引气、减水等多方面作用显著，如聚羧酸系和氨基磺酸系高性能外加剂多样化的功效，在现代混凝土工程中能满足多样化需求得以广泛使用[7]。但是多样化功能的化学基团的外加剂有效互补作用，需要采取合成与复配并重的方案才能实现；另外还要考虑使用外加剂对周围环境造成的影响，因为生产外加剂时经常使用工业萘、蒽、苯酚、甲醛、水杨酸、马来酸酐等材料，还有外加剂中的重金属元素，掺入这类外加剂的混凝土中都难免污染环境，也会影响人体的健康，因此在研究外加剂综合性能的同时绝对不能忽视其对环境和人体的伤害。

3.3 严格试验配料

提前做好试验试配是准确使用外加剂的必经之路，掺加外加剂前严格了解施工工程中混凝土的各项性能指标、施工工艺、浇筑部位和浇筑方量等参数，在选择外加剂前需要做配比试验，对不同厂商所提供的同品种的外加剂作比对，优选出最符合工程特点的外加剂。

3.4 优选外加剂的投入方式

目前外加剂最见有粉末状和液体两种供货状态，要根据不同状态和不同掺量选择不同的掺加形式，而且使用前依据配合比报告、实际混凝土总拌制数量，根据各拌合材料百分比计算结果，液体状态按照最终的使用体积确定掺加；掺加粉末状外加剂时，需要精准称取外加剂数量。在外加剂投入拌合料时，要根据搅拌机的容量和运作情况有序投料：一般的做法先是在搅拌机之中加入适量的外加剂，再加入大量的水稀释外加剂，有利于外加剂在混凝土中拌合均匀[8]；最后，才加入其他材料实现混凝土均匀拌合达到预期作用。

3.5 与水泥等胶凝材料的适应性分析

在拌制水泥混凝土时掺加经检验符合有关标准的某种外加剂，若能与水泥产生应有效果的外加剂是相容的，反之则不相容性。与水泥相容性试验是准掺加外加剂必须的，经过试配检测出混凝土和易性好，经时损失小，强度高的外加剂样品说明它们相容性较好[9]。如出现相容性不好的外加剂及时调整，直到找到与水泥相容性良好的外加剂才可掺加，并经配合比验证后投入生产使用。有时出现平行样品时采取对选择最佳品牌掺量的外加剂和对应品牌水泥进行混凝土相容性记载和正交分析，综合考虑掺合料、骨料的影响，分辨混凝土拌料中干扰因素的影响，保证混凝土质量。