混凝土外加劑技術應用中存在的問題及建議

關鍵詞： 　混凝土； 外加劑； 應用問題； 討論

分類號　TU528 　　　

Abstract： The paper discussed the problems existing in admixtures application in concrete construction and gave some proposals to solve these problems.

Key words 　Concrete ； Admixture ； Application ； Problems

　作為混凝土的組分混凝土外加劑，它的作用是人所共知的，隨著混凝土外加劑應用量的不斷增加，與外加劑應用有關的一些問題逐漸暴露出來。混凝土外加劑的一些應用技術問題，還存在著一些爭議，如外加劑的含堿量、節(jié)能及引氣的作用等等。本文就外加劑含堿量的合理取值及混凝土外加劑發(fā)展方向進行了討論，供有關人士參考。

1 　混凝土外加劑合理的含堿量

從保證混凝土耐久性和體積穩(wěn)定性來看，限制外加劑含堿量是控制混凝土總堿量的有效手段之一。但對外加劑含堿量的限制必須兼顧目前的合成技術和應用實際情況，目前各種國家標準對混凝土外加劑的要求過于寬松，與國外相關規(guī)定差距較大。混凝土含堿量3 kg/ m³ 作為安全界限已被許多國家采用。在外加劑品種中，摻量最大的是混凝土膨脹劑(一般與減水類外加劑復合摻用) ，可達到膠凝材料用量的10%～15% (通常為8%～10%) 。由此認為，外加劑引入混凝土中的堿應不大于(10% ～ 15%) × 3 kg/m³ ，即0.30 kg/m³ ～0.45 kg/m³。這一計算結(jié)果的下限值與日本規(guī)范相同。限定由減水類外加劑(不含具有減水功能的早強減水劑、防凍劑、防水劑、復合膨脹劑等) 引入混凝土中的堿小于0.3kg/m³具有現(xiàn)實的可能性；對于由其它高摻量外加劑引入混凝土中的堿可限定在0.45kg/m³ 以內(nèi)。

2 　混凝土外加劑的節(jié)能

在混凝土中摻用外加劑后，相同水灰比和流動度可節(jié)約水泥10%～15% ，因此配制大流動性低水灰比高性能混凝土時可大大節(jié)省混凝土生產(chǎn)能耗。但摻用緩凝高效減水劑，會使混凝土凝結(jié)時間延長，這又不利于水泥早強指標的提高，無疑增加了混凝土生產(chǎn)總能耗。

這就要求水泥廠應在銷售技術文件中注明水泥主要化學成分等，從而既方便用戶配制混凝土，又可指導用戶選用外加劑。另外，混凝土攪拌站應改變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，自主選用P. I 或P. H 型硅酸鹽水泥，摻用適量活性材料配制膠凝材料。這樣才能在滿足混凝土使用要求的同時，大幅度降低混凝土生產(chǎn)能耗。摻用含緩凝組分外加劑的混凝土，后期強度增長幅度較大； 同時摻用緩凝外加劑和微細活性材料的高性能混凝土，其后期強度增長幅度更高。

3 　外加劑引氣的作用

引氣的作用。未摻引氣劑的混凝土，有0.5%～2%的含氣量，但氣泡大小很不均勻，形狀也不規(guī)則。而引氣劑引入的氣泡，具有潤滑作用，使混凝土的工作性能改善，尤其對集料形狀不好的碎石、細砂、人工砂混凝土工作性改善更為顯著，材料分離的現(xiàn)象明顯減小，抗拉、抗折強度提高。和不摻入任何材料的混凝土相比，每增加1%含氣量，保持水泥用量不變時，混凝土28天抗壓強度下降2%； 保持水灰比不變時，混凝土28天抗壓強度下降4%～6%。引氣劑使混凝土用水量減少； 同時使施工后的混凝土泌水沉降率降低； 大量微小的氣泡占據(jù)了混凝土中的自由空間，破壞了毛細管的連續(xù)性，從而使抗?jié)B性得以改善，并且與此有關的抗化學腐蝕作用和對碳化的抵抗作用也同時改善。引氣劑能顯著提高混凝土抗凍融性能，當混凝土表面溫度處于冰點以下時，混凝土較大孔隙內(nèi)部的水先結(jié)晶后，使余留部分的堿濃度提高，造成微細孔隙中未結(jié)冰水向較大孔隙內(nèi)形成的冰晶遷移，形成的滲透壓可導致混凝土破壞。在混凝土中摻入引氣劑后，由于引入大量微細氣泡，均勻分布在混凝土體內(nèi)，可以容納自由水的遷移，從而大大緩和了靜水壓力，使混凝土承受反復凍融循環(huán)的能力提高。引氣作用有利于提高混凝土早期抗凍融能力，在晝夜存在正負溫度交替時，或?qū)炷猎鐝娍箖鲇幸髸r，應摻用引氣劑。

在混凝土中引氣應遵循以下原則： ①引氣量根據(jù)混凝土耐久性、強度和降低沉降泌水的要求設定。②應盡量選用離子型(尤其是陰離子型) 引氣劑。③應通過試驗，控制氣泡間距系數(shù)在合適的范圍內(nèi)，以此確定引氣劑品種和用量。

4 　混凝土的膨脹劑

在混凝土施工中，常摻用膨脹劑(多為硫鋁酸鈣型) 來補償混凝土收縮，是有一定的功效的，但混凝土早期開裂的現(xiàn)象仍較普遍，原因是摻膨脹劑的混凝土長期干燥后膨脹組分失水收縮； 早期濕養(yǎng)護不足； 高強度及高性能混凝土自收縮較大，難以補償?shù)?。所以必須正確使用膨脹劑及正確看待膨脹劑的作用，否則作用適得其反。

(1) 重視冷縮補償。補償收縮混凝土的變形是限制條件下的變形，除局部(如保護層) 不受限制或受到極小限制外，補償收縮混凝土的膨脹與收縮，都是限制膨脹與限制收縮，沒有自由膨脹與自由收縮。對冷縮與干縮的聯(lián)合補償，應采用補償作用較大的小限制補償收縮混凝土的方法，應摻用能減少溫縮的外加劑。

(2) 標準化的不合適。JC476 —2001(混凝土膨脹劑) 標準中取消了復合型混凝土膨脹劑，使復合型混凝土膨脹劑的生產(chǎn)應用無標準可依。由于混凝土工程中多使用具有減水等功能的復合型混凝土膨脹劑，因而膨脹劑新標準執(zhí)行以來給生產(chǎn)、應用、檢測各方面帶來了諸多不便。為此建議有關管理部門，組織復合型混凝土膨脹劑標準修訂工作，保證混凝土膨脹劑的標準化工作健康、有序地發(fā)展。

5 　摻加的外加劑是否和礦物摻合料適應

在選用外加劑時都很重視外加劑與水泥品種的適應性，而在配制混凝土時對外加劑與活性礦物材料的適應性則重視不夠，混凝土出現(xiàn)異常時，外加劑往往首先受到質(zhì)疑，很少有對膠凝材料提出疑問。由于可用的活性礦物材料品種眾多、成分各異，人們不僅在生產(chǎn)水泥時摻用活性材料，而且在生產(chǎn)混凝土時也摻用礦物摻合料，因而給外加劑選用帶來困難。建議對含碳活性礦物材料用量及其引入混凝土中的碳含量設定限值。外加劑與活性礦物材料適應性的評價方法是有待研究的問題。

6 　混凝土外加劑的發(fā)展

(1) 高性能化。高性能外加劑是在混凝土攪拌時與其它材料一起投入攪拌機使用的，具有引氣性能、減水率比常用高效減水劑高，是一種保持性能良好的外加劑。目前市場上高性能外加劑主要有： 氨基磺酸鹽、多羧酸鹽及芳基磺酸鹽、脂肪族磺酸鹽與其它表面活性組分的復合物。對于聚羧酸系和氨基磺酸系高性能外加劑，僅用解釋萘系、三聚氰胺系高效減水劑減水機理的DLVO理論，不能確切解釋其高分散的機理。它們之所以能使水泥粒子高度分散，是因為它們的分子結(jié)構(gòu)中的羧基負離子的靜電斥力和主鏈或側(cè)鏈的立體效果共同作用的結(jié)果。側(cè)鏈越長，分散力越高。此類外加劑分子中的主鏈和側(cè)鏈長度對新拌混凝土性能影響較大。由于立體效果的作用它們的摻量較小。

(2) 多功能化。不同條件下使用的混凝土對外加劑的要求也不同，有時甚至要求外加劑具有多種功能。因此，可以把混凝土外加劑多功能化理解為按使用要求設計外加劑。設計外加劑時，主要考慮化學基團的作用性能影響較大，實現(xiàn)上述基團間的互補是按使用要求設計外加劑的關鍵。化學合成與物理復配是按使用要求設計混凝土外加劑的兩條技術途徑。只要滿足使用要求，無論采用何種途徑，都是可取的，所謂化學合成的外加劑性能優(yōu)于復配的外加劑性能的提法是違背科學精神的?？v觀多功能外加劑的發(fā)展趨勢可知，采取合成與復配并重的技術路線，是實現(xiàn)外加劑功能化的有效途徑。

(3) “綠色”化。在生產(chǎn)混凝土外加劑所用的有機化工原料中，有相當一部分具有毒性，由于工藝條件的限制，外加劑產(chǎn)品中必然含有某些游離材料，揮發(fā)到空氣中將對人體產(chǎn)生危害。今后應研究降低外加劑產(chǎn)品中游離有機物質(zhì)的合成技術，尤其要控制游離甲醛、游離苯酚含量和氨釋放量在安全界限內(nèi)； 如何利用工、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品生產(chǎn)混凝土外加劑； 研究礦物外加劑的應用技術。