混凝土外加劑負(fù)面作用的探索

張新華

混凝土外加劑負(fù)面作用的探索

張新華

（上海師范大學(xué) 建工學(xué)院 201418）

在現(xiàn)代混凝土工程中摻加外加劑已經(jīng)幾十年，由于小量摻加的外加劑較大地影響混凝土性能以滿足現(xiàn)代建筑工程對(duì)混凝土功效的不同需求，需要開發(fā)各種外加劑品種以滿足其適用范圍及功效。同時(shí)隨著人們對(duì)建筑質(zhì)量期待的不斷提高，占建筑材料最大量的混凝土質(zhì)量及性能提高備受關(guān)注，所以要討論精確地?fù)酵饧觿M足混凝土的要求，要討論外加劑正面作用的同時(shí)也不能忽略其負(fù)面影響，這對(duì)混凝土的質(zhì)量保證尤為必要。

混凝土外加劑；負(fù)面影響；準(zhǔn)確摻加；質(zhì)量需求

0 引言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷朝新技術(shù)新科技發(fā)展，水泥混凝土不再只滿足其一般的強(qiáng)度、脆性、耐久性等要求，需要具有養(yǎng)護(hù)更便利、成型方便、質(zhì)量更輕、耐久性更好、水化熱再低、流動(dòng)度加大、密實(shí)性提高、早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度更高以及生產(chǎn)成本降低等特征[1]，要滿足這些特征摻加混凝土外加劑是一條捷徑。同時(shí)由于不同類型的混凝土工程需要相應(yīng)類型的外加劑匹配，但是外加劑摻入混凝土中的表現(xiàn)也不能保證全部正面作用，在實(shí)踐工程運(yùn)用中，不管是在制作混凝土初期使用，還是混凝土不斷增強(qiáng)進(jìn)程中，都出現(xiàn)過引起混凝土質(zhì)量問題的事實(shí)，下面就外加劑使用中的一些問題作探討：

1 外加劑的負(fù)面作用表現(xiàn)

1.1 早強(qiáng)劑

氯鹽早強(qiáng)劑摻入混凝土不僅早強(qiáng)明顯，而且降低混凝土液相冰點(diǎn)，故在冬季施工特別有利。但使用時(shí)一定要注意氯鹽會(huì)加速混凝土內(nèi)部鋼筋或金屬預(yù)埋件銹蝕，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降和使用壽命縮短的嚴(yán)重危害。而且使用摻加氯鹽早強(qiáng)劑的鋼筋混凝土構(gòu)件，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)鋼筋銹蝕破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然養(yǎng)護(hù)；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土對(duì)鋼筋銹蝕危害的敏感性大于普通混凝土。若使用硫酸鹽早強(qiáng)劑雖然在促進(jìn)水泥水化過程中大量形成鈣礬石而早期強(qiáng)度快速增長(zhǎng)，假如此時(shí)水泥石已經(jīng)形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，后續(xù)產(chǎn)生的大量鈣礬石的結(jié)晶壓力會(huì)導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞，使混凝土強(qiáng)度下降甚至結(jié)構(gòu)開裂。

1.2 膨脹劑

在大體積混凝土中膠凝材料水化放熱時(shí)達(dá)到的最高溫度可能會(huì)超過鈣礬石的分解溫度，使水泥水化初期產(chǎn)生的鈣礬石分解，但當(dāng)混凝土溫度降低以后，在硬化混凝土內(nèi)重新生成鈣礬石。這種復(fù)活的鈣礬石在水化初期表現(xiàn)為補(bǔ)充收縮混凝土的膨脹能損失[2]，不能達(dá)到補(bǔ)償溫度收縮的目的，而后期表現(xiàn)為混凝土的提早收縮。

1.3 引氣劑

混凝土在摻入引氣劑后，混凝土的空隙中產(chǎn)生大量的微小氣泡，大多數(shù)氣泡都匯集在毛細(xì)孔道上，由于大量微小的氣泡對(duì)這些毛細(xì)孔道造成阻塞，引氣劑表面的天然憎水基團(tuán)對(duì)水分形成的包裹作用，使水分無法通過毛細(xì)孔道滲透被切斷，由此提高混凝土的抗?jié)B性。但是微小氣泡引入過多會(huì)使混凝土內(nèi)的毛細(xì)孔道管網(wǎng)擴(kuò)大，過多的氣泡數(shù)量，減小了氣泡間距，大量的小氣泡被融合為大氣泡后溢出混凝土表面，較大的氣泡滯留在混凝土內(nèi)部，無法阻塞水分滲透，還會(huì)增大混凝土的孔隙率。摻加引氣劑在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生獨(dú)立存在的微小氣泡改變混凝土的易溶性，引氣劑在混凝土攪拌過程中可以引入大量可以穩(wěn)定存在的均勻微小的氣泡，這些氣泡由于自身的憎水與親水基團(tuán)改善了混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔道網(wǎng)，減小了水灰比，而對(duì)新拌混凝土性質(zhì)和硬化混凝土性質(zhì)產(chǎn)生了影響。

1.4 減水劑

摻入減水劑時(shí)水泥顆粒級(jí)配及顆粒球形度對(duì)其適應(yīng)性有較大影響。當(dāng)相近的水泥比表面積，水泥顆粒級(jí)配影響減水劑作用表現(xiàn)為水泥顆粒中小于3微米的微細(xì)顆粒的含量差異，這種顆粒影響減水劑作用很明顯。有研究表明，當(dāng)水泥比表面積相近時(shí)，減水劑對(duì)水泥漿體的初期流動(dòng)度及1小時(shí)后的流動(dòng)度作用明顯。但太多的微細(xì)顆粒只能靠提高水灰比或增大減水劑摻量才能獲得較大的初始流動(dòng)性。而且增加的微細(xì)顆粒會(huì)導(dǎo)致水泥漿體流動(dòng)度的損失。

1.5 外加劑與水泥不相容

摻加的外加劑與水泥不相容會(huì)引起混凝土在攪拌時(shí)出現(xiàn)反常的凝結(jié)，會(huì)使組成混凝土的各種材料混合不均勻；會(huì)使混凝土和易性變差而混凝土質(zhì)量下降[3]；會(huì)使混凝土拌合物坍落度損失大而澆筑和振搗困難；會(huì)使混凝土硬化強(qiáng)度下降而質(zhì)量降低；會(huì)使混凝土的抗?jié)B性和耐久性下降和加大收縮性而混凝土耐久性降低；易使大體積混凝土產(chǎn)生裂縫而工程質(zhì)量嚴(yán)重受損。

2 摻入量不當(dāng)引起的事故

2.1 早強(qiáng)劑

特別是硫酸鹽類的早強(qiáng)劑，摻量不足就成了緩凝劑(如Na2S04)。早強(qiáng)劑一般都是在低溫或冬季時(shí)使用，如果摻量不足反而會(huì)起了緩凝作用，從而給工程質(zhì)量帶來的嚴(yán)重后果可想而知。摻量過多就會(huì)造成前期強(qiáng)度增長(zhǎng)過快而后期強(qiáng)度很少增長(zhǎng)或不增長(zhǎng)的問題，使混凝土的整體強(qiáng)度不高，甚至形成真正的“豆腐渣”工程。

2.2 減水劑

當(dāng)今工程中使用的減水劑品種很多，各種不同的減水劑合理的摻量各不相同。如摻量不足，塑化減水效果不明顯；過量摻量塑化減水效果提高的同時(shí)，會(huì)大幅增加混凝土含氣量，降低混凝土緩凝和強(qiáng)度效果。現(xiàn)在最常用的高效減水劑的減水功能與水泥關(guān)系密切，哪怕是同品牌同品種的水泥，組成其礦物料比例、堿含量和粉磨細(xì)度等的變化而不同[4]。

2.3 緩凝劑

緩凝劑是當(dāng)前工程界使用量最大的外加劑之一。由于現(xiàn)代水泥磨得過細(xì)，強(qiáng)度上升得過快，初凝和終凝時(shí)間過短，如果在高溫大風(fēng)等環(huán)境下施工，再加上某些施工操作工藝的需求，使用緩凝劑就尤為必要。但摻量過少緩凝不足而造成假凝和裂縫，摻量過多易發(fā)生裂縫。

2.4 膨脹劑

不同膨脹劑其摻量范圍也不同，只有摻入足量的膨脹劑才能保證混凝土的膨脹率。但摻量過多的膨脹劑使混凝土膨脹過大其內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，引起混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性下降而耐久性不足。另外摻膨脹劑的混凝土一般坍落度加快損失，特別是現(xiàn)代泵送混凝土死板地將膨脹劑和減水劑同摻，更使坍落度損失過快，可能會(huì)連攪拌站到施工場(chǎng)地間的距離都無法送達(dá)[5]。實(shí)踐中有不少攪拌站對(duì)摻加膨脹劑的混凝土有所顧忌，實(shí)在無法避免時(shí)，必須提前進(jìn)行大量試驗(yàn)比對(duì)，選擇與膨脹劑相容性較好的泵送劑。

3 合理外加劑摻量的思索

3.1 外加劑摻量多少

3.1.1摻量不足

外加劑摻量不足會(huì)使混凝土的減水率、和易性變差，混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失大，運(yùn)輸距離不遠(yuǎn)而達(dá)不到施工現(xiàn)場(chǎng)和易性要求。當(dāng)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)過程中某些原材料與試驗(yàn)材料不同，即使配合比不變，但不足的外加劑摻加會(huì)引起混凝土的初始坍落度和擴(kuò)展度變小，流動(dòng)性變差而造成施工困難[6]；另不足的外加劑摻量，混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失增大，不足以抑制水泥水化作用，造成混凝土剛出站時(shí)適合的坍落度，到工地后變得太小而無法施工。

3.1.2摻加過量

本文構(gòu)建土地綜合承載力與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)的PVAR模型，采用廣義矩估計(jì)GMM法進(jìn)行估計(jì)，運(yùn)用面板格蘭杰(Granger)因果檢驗(yàn)、面板脈沖響應(yīng)函數(shù)和面板方差分解技術(shù)實(shí)證探析京津冀城市群土地綜合承載力和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)3個(gè)內(nèi)生變量之間的動(dòng)態(tài)影響效應(yīng)。

如外加劑過量摻加，造成混凝土的減水率太大，坍落度太大，流動(dòng)性太好，在靜置時(shí)混凝土?xí)霈F(xiàn)離析、泌水、板結(jié)現(xiàn)象，而且摻過量外加劑的混凝土在運(yùn)輸時(shí)，上述特征不明顯而被忽視，但是澆筑到結(jié)構(gòu)上后快速板結(jié)無法施工，甚至可能會(huì)堵塞泵管。過量摻加外加劑的混凝土在澆筑前不易發(fā)現(xiàn)，等到澆筑時(shí)才發(fā)現(xiàn)坍落度太大或離析，而且會(huì)快速板結(jié)難以進(jìn)行施工和抹平。如摻多了緩凝劑會(huì)使混凝土凝結(jié)時(shí)間增長(zhǎng)，澆筑初期水化反應(yīng)太微弱，混凝土的坍落度持續(xù)，凝結(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，影響接續(xù)工序的進(jìn)程。

3.2 性能表現(xiàn)優(yōu)選

現(xiàn)階段所使用的外加劑主要由天然物質(zhì)和化學(xué)合成物構(gòu)成，組分是單一或復(fù)合，品種類型復(fù)雜多樣，不同類型的外加劑所起的作用亦不相同，如減水、早強(qiáng)、緩凝、抗凍、也有防水等不同作用。且外加劑的作用并不是單一的而是呈綜合表現(xiàn)之勢(shì)展現(xiàn)，其發(fā)展趨勢(shì)主要呈現(xiàn)高性能化、多功能化、綠色化等多方面的特點(diǎn)。經(jīng)過多年研究高性能外加劑能夠在引氣、減水等多方面作用顯著，如聚羧酸系和氨基磺酸系高性能外加劑多樣化的功效，在現(xiàn)代混凝土工程中能滿足多樣化需求得以廣泛使用[7]。但是多樣化功能的化學(xué)基團(tuán)的外加劑有效互補(bǔ)作用，需要采取合成與復(fù)配并重的方案才能實(shí)現(xiàn)；另外還要考慮使用外加劑對(duì)周圍環(huán)境造成的影響，因?yàn)樯a(chǎn)外加劑時(shí)經(jīng)常使用工業(yè)萘、蒽、苯酚、甲醛、水楊酸、馬來酸酐等材料，還有外加劑中的重金屬元素，摻入這類外加劑的混凝土中都難免污染環(huán)境，也會(huì)影響人體的健康，因此在研究外加劑綜合性能的同時(shí)絕對(duì)不能忽視其對(duì)環(huán)境和人體的傷害。

3.3 嚴(yán)格試驗(yàn)配料

提前做好試驗(yàn)試配是準(zhǔn)確使用外加劑的必經(jīng)之路，摻加外加劑前嚴(yán)格了解施工工程中混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)、施工工藝、澆筑部位和澆筑方量等參數(shù)，在選擇外加劑前需要做配比試驗(yàn)，對(duì)不同廠商所提供的同品種的外加劑作比對(duì)，優(yōu)選出最符合工程特點(diǎn)的外加劑。

3.4 優(yōu)選外加劑的投入方式

目前外加劑最見有粉末狀和液體兩種供貨狀態(tài)，要根據(jù)不同狀態(tài)和不同摻量選擇不同的摻加形式，而且使用前依據(jù)配合比報(bào)告、實(shí)際混凝土總拌制數(shù)量，根據(jù)各拌合材料百分比計(jì)算結(jié)果，液體狀態(tài)按照最終的使用體積確定摻加；摻加粉末狀外加劑時(shí)，需要精準(zhǔn)稱取外加劑數(shù)量。在外加劑投入拌合料時(shí)，要根據(jù)攪拌機(jī)的容量和運(yùn)作情況有序投料：一般的做法先是在攪拌機(jī)之中加入適量的外加劑，再加入大量的水稀釋外加劑，有利于外加劑在混凝土中拌合均勻[8]；最后，才加入其他材料實(shí)現(xiàn)混凝土均勻拌合達(dá)到預(yù)期作用。

3.5 與水泥等膠凝材料的適應(yīng)性分析

在拌制水泥混凝土?xí)r摻加經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑，若能與水泥產(chǎn)生應(yīng)有效果的外加劑是相容的，反之則不相容性。與水泥相容性試驗(yàn)是準(zhǔn)摻加外加劑必須的，經(jīng)過試配檢測(cè)出混凝土和易性好，經(jīng)時(shí)損失小，強(qiáng)度高的外加劑樣品說明它們相容性較好[9]。如出現(xiàn)相容性不好的外加劑及時(shí)調(diào)整，直到找到與水泥相容性良好的外加劑才可摻加，并經(jīng)配合比驗(yàn)證后投入生產(chǎn)使用。有時(shí)出現(xiàn)平行樣品時(shí)采取對(duì)選擇最佳品牌摻量的外加劑和對(duì)應(yīng)品牌水泥進(jìn)行混凝土相容性記載和正交分析，綜合考慮摻合料、骨料的影響，分辨混凝土拌料中干擾因素的影響，保證混凝土質(zhì)量。

4 結(jié)論

（一）由于外加劑有負(fù)面作用，在施工過程中可以采取措施減少甚至避免使用外加劑也能達(dá)到相似的效果。如可以用高溫時(shí)段施工而不摻早強(qiáng)劑，或提高水泥的細(xì)度或采用R型的高標(biāo)號(hào)水泥，同樣可以達(dá)到快速反應(yīng)和早強(qiáng)的功效。

（三）外加劑合理的摻量并非固定，是隨著水泥的品種和細(xì)度、混合材料品種及摻量、硬化溫度、摻加時(shí)間等因素的變化而變化，因此，取得合理摻量只有通過相應(yīng)工程、特定工序而進(jìn)行的具體試驗(yàn)檢驗(yàn)來確定。

（四）不同的外加劑摻加方法不同，如摻加減水劑方法由先摻法、同摻法、滯水法和后摻法，不同的摻加方法出現(xiàn)不同的使用效果；另外減水劑品種的不同，作用機(jī)理也不同，需要不同的摻加方法才能取得相應(yīng)的效果。

（五）需要正確攪拌和運(yùn)輸過程：摻外加劑的混凝土的拌合時(shí)間需要比普通混凝土加長(zhǎng)，才能保證外加劑和水泥等其他材料充分拌和。同樣在商品混凝土運(yùn)輸過程中要保持其勻質(zhì)性，避免局部堆積造成不良后果，使其不能充分發(fā)揮作用。

[1]歐玲.淺談外加劑摻量對(duì)混凝土的影響[J].廣東建材,2017(4):43-45

[2]樂春云.淺談混凝土外加劑與水泥的相容性及其應(yīng)用[J].江西建材,2017(21):280-281

[3]李超杰.商品混凝土坍落度損失分析及控制措施[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2013:123-124

[4]楊文科.現(xiàn)代混凝土科學(xué)的問題與研究[M].北京：清華大學(xué)出版社,2015.5:143-152

[5]孟剛.混凝土膨脹劑研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2013(27):216

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[7]孫治邦.淺談混凝土外加劑的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量:房地產(chǎn)研究:2014(14)

[8]韓英.建筑工程中混凝土外加劑的作用探究[J].建筑與裝飾,2020(2):46.

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張新華（1965.11- ），男，漢族，上海人，大學(xué)，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：建筑材料。

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