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混泥土添加剂
在混凝土、砂浆或净浆的制备过程中,掺人不超过水泥用量5%(特殊情况除外),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%。  
　　近年来,我国外加剂行业的科研队伍不断发展壮大,生产企业不断增加,新产品不断研制开发,应用领域不断拓展扩大,砼外加剂行业成为经济建设中一支不可替代的新生力量,与之同时,外加剂的应用技术也得到了迅速发展。  

　　1混凝土外加剂的种类  

　　混凝土外加剂按其主要功能分为六类:  
　　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。  

　　2推广应用混凝土外加剂的意义  

　　推广应用混凝土外加剂不仅可以改善混凝土的物理力学性能,提高工程质量,节约水泥,节省能源、缩短工期,改善施工条件,满足特种混凝土的技术需要。同时,还具有投资少、见效快、技术经济效益明显,社会效益突出等特点。根据不同技术要求,使用不同类型的外加剂可以获得不同的经济效益。混凝土中掺加引气减水剂,一是使混凝土中的微细气泡均匀分布以提高抗冻和抗渗的能力;二是由于它的分散作用而带来减水增强效果。因而,既能改善新拌混凝土的和易性,又能提高混凝土的耐久性。  
　　混凝土中掺加高效减水剂、早强减水剂,可使混凝土的1天强度提高1倍以上,这样使配制高强或超高强度混凝土就易于实现。而混凝土强度的提高,不仅扩大了混凝土的使用范围,在一定程度上也可改变目前结构设计中存在的“肥梁、胖柱、深基础”等状况。这样,既减轻了房屋的自重,又节省了建筑材料。混凝土中掺加缓凝减水剂。可延长混凝土由塑性状态进入固态所需的时间,减慢水泥水化放热速率。可满足不同工程,特别是大体积混凝土工程的施工及质量要求。  
　　混凝土中掺加速凝剂。可满足坑道中喷射混凝土和国防抢修等混凝土工程中的施工要求。混凝土中掺加膨胀、灌浆剂。可使混凝土的密实程度提高,从而增加了“混凝土的稳定性的抗渗、抗冻”等性能。混凝土中掺加引气剂或加气剂,可以调节混凝土的内部含气量。细微气泡可以提高混凝土抗冻及抗渗能力,大气泡可降低混凝土自重对生产轻混凝土十分有利。混凝土中掺加阻锈剂。可提高对钢筋锈蚀的抵抗力和增加混凝土对钢筋的握裹力。混凝土中掺加减水剂,可减少水泥用量,而达到同样的混凝土标号,一般可以节约水泥15%～25% ,同时可以加速模板周转,缩短工期。混凝土外表喷射养护剂。使新浇混凝土表面形成薄膜,从而避免水分蒸发,收到保温、保湿的效果。混凝土中掺加流化剂。可制备自密度,大流动性混凝土,采用泵送溶流新工艺,可大大提高施工效率。混凝土中掺加复合外加剂。还能减少混凝土搅拌,成型过程中的能耗,消除震耳欲聋的噪声危害。混凝土中掺加着色剂。可制成各种装饰混凝土。 
　　3使用外加剂应注意的事项  

　　3.1根据工程特点选用合适的外加剂  
　　几乎各种混凝土都可以掺用外加剂,但必须根据工程需要、施工条件和施工工艺等选择合适的外加剂。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,采用防水剂,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,普通减水剂当早强减水剂用都是不合适的。外加剂对不同的水泥有一个适应性问题,如某些减水剂对掺硬石膏的水泥不发挥作用。 
　　3.2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。  
　　3.3注意水泥品种的选择  
　　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。  
　　3.4使用前进行试验  
　　为了确保工程质量,根据现有的标准,如对减水剂在使用前首先要作匀质性试验,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4项。  
　　3.5注意掌握掺量  
　　每种外加剂都有适宜的掺量,即使同一种外加剂,不同的用途有不同的适宜的掺量。掺量过大,不仅在经济上不合理,而且可能造成质量事故。如对有引气、缓凝作用的减水剂,尤其要注意不能超掺量。如木钙掺量大于水泥重要的0.5%,会引入过量空气而使初凝缓慢,降低混凝土强度。高效减水剂掺量过小,失去高效能作用,而掺量过大(>1.5%),则会由于泌水而影响质量。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,总之,影响外加剂掺量的因素较多,如对减水剂就有掺加方法、水泥品种、拌合物的初始流动性及养护制度等。  
　　3.6采用适宜的掺加方法  
　　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著。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。  
　　3.7注意调整混凝土的配合比  
　　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。  

　　4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。
新型高效混凝土外加剂的应用与现状

作者:梁　晖等 单位:广州市东浦混凝土有限公司从化分公司 [2005-6-1]
关键字:高效-混凝土-外加剂

摘要:
　　现代建设工程和工程建筑物及其施工技术对混凝土的要求越来越多也越来越高，不仅要求具有适当的抗压、抗折、抗拉、抗弯强度，而且要求其具有高抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、抗碱-骨料反应性、致密性和耐久性，以能抵抗各种来自内部或外部因素的破坏，并要有合适的流动性和成型及水化性能，以满足各种施工环境和施工条件的要求。因而在混凝土的制备过程中，通常要在其拌合物中或拌合前掺入不大于水泥重量一定比例(通常为5%)的外加剂，以期改变或改善混凝土性能诸如流动性、和易性、早期强度、抗冻性、抗渗性、水化进程等。尤其是在21世纪，高强、高性能及高耐久性混凝土的发展和应用更是离不开各种高效外加剂的使用。为满足和适应这些要求，世界各国混凝土材料专家进行了大量的研究、开发和应用，不断地研制各种外加剂及其复合应用，使混凝土的性能改善取得了明显成效。
1　新型高效减水剂
　　高效减水剂是上世纪60年代开发出来的减水剂。1963年，联邦德国研制成功三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物，同时出现的还有多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物。由于这三种外加剂对水泥有强的分散能力，减水率高达20%~30%，而不同于普通的塑化剂(减水剂)，因而称为高效减水剂或超塑化剂。高效减水剂给混凝土带来了变革性的变化，促进了高强混凝土、流态混凝土和集中搅拌的商品混凝土的发展，已广泛用于制备自流平砂浆和混凝土、水下浇灌混凝土、宏观无缺陷混凝土和高性能混凝土等。伴随着高强度、高流动性混凝土的技术发展，混凝土外加剂有了很快地发展。最初发展起来的是萘系、密胺系高效减水剂，近年来聚羧酸系减水剂的优越性能已得到国际上广泛的认同和普遍使用。在混凝土中掺入高效减水剂后，许多性能如微观结构、孔隙率、吸附性、硬化速度、强度等都将发生改变，水泥矿物水化和水泥本身的一些性能也会受到影响。新型高性能减水剂是目前国内外高性能混凝土技术发展的一个重要方面。
1.1　聚羧酸系高效减水剂
　　多年来，科研和生产部门采用把减水剂与缓凝剂的复合物掺入混凝土以使坍落度损失有所减缓，但仍未根本上解决问题。聚羧酸系减水剂的问世，使高流动、低坍落度损失混凝土的制备得以实现。近年来，通过“分子设计”合成聚羧酸系高性能减水剂并探讨其结构与性能之间关系的研究非常活跃。聚羧酸系物质由于其分子结构特性具有很多优点，低掺量发挥高效塑化效果、坍落度保持性好、水泥适应性广、减水效率高、分子构造上自由度大、合成技术多，因而高性能化的余地很大。
　　在结构特征上，聚羧酸系减水剂完全不同于传统的萘磺酸甲醛缩合物或磺化三聚氰胺甲醛缩合物类高效减水剂，其亲水性的官能团主要为羧基，而憎水性的聚合物主链则主要是脂肪族结构单元，在线形主链上还带有许多一定长度的侧链，形成所谓的梳形结构。它的分散和分散保持性能与化合物的结构有密切关系，良好的结构特征可以使其在混凝土中作为减水剂使用时，在用量很小的情况下就会对水泥颗粒产生很强的分散作用，而且这种分散作用还不会随着时间的延长而明显降低，即表现出较好的坍落度保持性能。
　　聚羧酸系高性能减水剂是配制免振捣自密实高性能混凝土和高强超高强高性能混凝土的首选外加剂，混凝土配合比设计参数变化较大，性能得到显著改善。聚羧酸系高效减水剂可以在保持混凝土的工作性和高流动性的条件下，使混凝土的水灰比降至最低。但并非所有的聚羧酸系高效减水剂都是高性能减水剂，分子结构不良的聚羧酸系高效减水剂很难适应现代水泥和混凝土技术的要求。如何从不同的结构出发，设计合适的合成途径和工艺条件，从而研究其结构和性能之间的关系，进而确定含羧基聚合物的最佳组成和结构是混凝土减水剂研究领域一个有重要意义且有待于突破的大课题。
1.2　高效减水剂在高强混凝土中的应用
　　抗压强度超过50～60ＭＰａ的混凝土通常被认为是高强混凝土，其重要特点是强度高、耐久性好、变形小。20世纪60～70年代，高效减水剂的应用使混凝土业出现了惊人的进展，突出地体现在水灰比从小于0.50大幅度地降低到可以小于0.30甚至更低，从而混凝土能够迅速地硬化，强度大大提高。以高强度混凝土建造的高层建筑物和大跨桥梁迅速获得应用，施工工期缩短和模板周转加快。
　　目前，获得高强混凝土的最基本途径是选择优质的胶凝材料、骨料与高效减水剂，然后优化这些材料的配比。其关键是减少基体中的孔隙率，微裂纹和脆弱晶体结构，还要促进集料界面过渡区的强度和质量。为了达到上述目的，降低水灰比是主要方法。实践表明，水灰比为0.3以下的混凝土材料比水灰比为0.4以上的具有明显优越的质量，且当水灰比降低到水泥浆体完全水化所需理论最低值时，强度仍然增加。因此，高效减水剂是制备高强混凝土必不可少的组分。1988年在美国西雅图Two U?鄄nion Square Building工程建设中，使用的133 MPa高强混凝土，采用了高效减水剂，水灰比都在0.4以下，不仅可以确保建筑物的大空间、降低工程的总造价，而且混凝土非常密实，能保持在严酷环境条件下提高其耐久性。
　　然而，随着混凝土制备强度进一步提高，水泥和高效减水剂之间的相容性问题已引起普遍关注，减水剂的饱和点掺量、流动度损失和强度常用来判定减水剂在混凝土拌合物中的相容性。减水剂的相容性研究能够进一步揭示其在混凝土中的物理化学作用。
1.3　高效减水剂在高性能混凝土中的应用
　　高性能混凝土的定义一般包括高流动性和长期使用的力学性能和耐久性能两方面。欧美国家注重于混凝土硬化后的高性能，如较高的强度、耐久性和耐腐蚀性等，而日本强调的是新拌混凝土的性质，认为高流态、免振自密实混凝土就是高性能混凝土。事实上，这两种性能是相互联系、不可分割的。混凝土要实现高性能化，解决问题的关键在于组成材料和工艺过程。首先，在组成材料和配合比方面，通常使用高性能减水剂和超细矿物掺和料。高性能减水剂应是性能更好、更能满足实际需要的高效减水剂，即除具有高效减水、改善混凝土孔结构和密实程度等性能外，还能控制混凝土的坍落度损失，更好地解决混凝土的引气、缓凝、泌水等问题。可以说，没有高性能减水剂就不可能实现高性能混凝土。
　　通常聚羧酸系减水剂较萘系减水剂的减水率高，与水泥的相容性更好，用聚羧酸系减水剂配制高性能混凝土，水胶比可以降至很低，混凝土的流动性很大。由于减水剂与不同水泥存在相容性问题，混凝土容易出现流动性损失；另外，高性能混凝土在硬化过程中容易出现裂缝，致使混凝土耐久性降低。通过高性能减水剂与大掺量活性细掺料两者的复合作用使混凝土的性能得到改善和提高，大大减少了水泥用量和水胶比，提高了工程质量，降低了工程造价。美国使用高效减水剂的高性能混凝土的一个典型实例是长12.9km的 Northumberland Strait 桥。混凝土的配合比是硅酸盐水泥450kg/m3,单位用水量153L/m3，高效减水剂3L/m3，AE剂0.16L/m3，坍落度20cm，引气量6%，其 1天、3天和28天龄期的抗压强度分别为 35MPa、52MPa和82MPa。在我国，高性能减水剂的质量与国外产品有一定差距，随着对高效减水剂的深入研究，差距将会缩小，免振捣自密实混凝土及高强超高强高性能混凝土也将得到进一步发展；因此，及时开展这方面的基础研究非常必要。
1.4　高效减水剂在高耐久混凝土中的应用
　　混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。采用混凝土建造的工程大多是永久性的，提高混凝土的耐久性，就能延长建筑物的使用期限，减少维修，从而获得巨大的经济效益。外加剂成分不同对混凝土耐久性产生不同的影响作用，减水剂提高了混凝土密实度，则混凝土的抗渗、抗冻、耐侵蚀等耐久性提高；早强剂对混凝土的抗渗、抗冻等耐久性也是有利的，但由于引入混凝土中的Cl、Na+等可能会引起钢筋锈蚀和碱骨料反应，而降低混凝土的耐久性。现在通过掺加硝酸盐阻锈和粉煤灰抑制碱骨料反应等措施来避免混凝土耐久性降低。
　　对抗冻融性能要求高的混凝土，所用的外加剂最好是同时具有高效减水和引气性能的复合型产品。若混凝土在低温下施工，则选用的外加剂除有引气、减水成分外，还应有防冻和早强成分。但对钢筋混凝土不能选用含氯盐物质作外加剂原料，对水泥、混合材和拌和水含碱量高、骨料又有一定数量活性成分的混凝土，所用外加剂还应尽量降低碱含量。
　　对抗渗要求高的混凝土，应该用高效减水剂来减少混凝土用水量，提高密实度，同时加入引气成分，使混凝土中形成大量微小气泡，减少泌水通道，提高抗渗性能。掺入适量复合膨胀剂，也是配制高抗渗混凝土的一个有效途径。
混凝土的碳化与钢筋锈蚀会大大降低混凝土的耐久性。通过在混凝土中掺加高效减水剂，增加混凝土密实度，可明显减缓混凝土的碳化速度，混凝土PH值降低也缓慢，钢筋产生锈蚀的危害也明显减慢。若外加剂中含有大量氯离子，将加快钢筋锈蚀，所以，钢筋混凝土应严格控制外加剂中氯盐含量，同时可考虑复合某些钢筋阻锈剂。