混凝土外加剂及其应用初探

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。