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。同時隨著人們對建筑質(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也不能忽略其負(fù)面影響，這對混凝土的質(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、流動度加大、密實性提高、早期強度高、后期強度更高以及生產(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，在實踐工程運用中，不管是在制作混凝土初期使用，還是混凝土不斷增強進(jìn)程中，都出現(xiàn)過引起混凝土質(zhì)量問題的事實，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 早強劑

氯鹽早強劑摻入混凝土不僅早強明顯，而且降低混凝土液相冰點，故在冬季施工特別有利。但使用時一定要注意氯鹽會加速混凝土內(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劑的鋼筋混凝土構(gòu)件，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時鋼筋銹蝕破壞遠(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度快速增長，假如此時水泥石已經(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)晶壓力會導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞，使混凝土強度下降甚至結(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達(dá)到的最高溫度可能會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)為補充收縮混凝土的膨脹能損失[2]，不能達(dá)到補償溫度收縮的目的，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使混凝土內(nèi)的毛細(xì)孔道管網(wǎng)擴大，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

摻入減水劑時水泥顆粒級配及顆粒球形度對其適應(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，減水劑對水泥漿體的初期流動度及1小時后的流動度作用明顯。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性。而且增加的微細(xì)顆粒會導(dǎo)致水泥漿體流動度的損失。

1.5 外加劑與水泥不相容

摻加的外加劑與水泥不相容會引起混凝土在攪拌時出現(xiàn)反常的凝結(jié)，會使組成混凝土的各種材料混合不均勻；會使混凝土和易性變差而混凝土質(zhì)量下降[3]；會使混凝土拌合物坍落度損失大而澆筑和振搗困難；會使混凝土硬化強度下降而質(zhì)量降低；會使混凝土的抗?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 早強劑

特別是硫酸鹽類的早強劑，摻量不足就成了緩凝劑(如Na2S04)。早強劑一般都是在低溫或冬季時使用，如果摻量不足反而會起了緩凝作用，從而給工程質(zhì)量帶來的嚴(yán)重后果可想而知。摻量過多就會造成前期強度增長過快而后期強度很少增長或不增長的問題，使混凝土的整體強度不高，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，會大幅增加混凝土含氣量，降低混凝土緩凝和強度效果?，F(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)，強度上升得過快，初凝和終凝時間過短，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，可能會連攪拌站到施工場地間的距離都無法送達(dá)[5]。實踐中有不少攪拌站對摻加膨脹劑的混凝土有所顧忌，實在無法避免時，必須提前進(jìn)行大量試驗比對，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

外加劑摻量不足會使混凝土的減水率、和易性變差，混凝土的坍落度經(jīng)時損失大，運輸距離不遠(yuǎn)而達(dá)不到施工現(xiàn)場和易性要求。當(dāng)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)過程中某些原材料與試驗材料不同，即使配合比不變，但不足的外加劑摻加會引起混凝土的初始坍落度和擴展度變小，流動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)時損失增大，不足以抑制水泥水化作用，造成混凝土剛出站時適合的坍落度，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GMM法進(jìn)行估計，運用面板格蘭杰(Granger)因果檢驗、面板脈沖響應(yīng)函數(shù)和面板方差分解技術(shù)實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個內(nèi)生變量之間的動態(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，流動性太好，在靜置時混凝土?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輸時，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)，等到澆筑時才發(fā)現(xiàn)坍落度太大或離析，而且會快速板結(jié)難以進(jìn)行施工和抹平。如摻多了緩凝劑會使混凝土凝結(jié)時間增長，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)時間太長，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、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)之勢展現(xiàn)，其發(fā)展趨勢主要呈現(xiàn)高性能化、多功能化、綠色化等多方面的特點。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)的外加劑有效互補作用，需要采取合成與復(fù)配并重的方案才能實現(xiàn)；另外還要考慮使用外加劑對周圍環(huán)境造成的影響，因為生產(chǎn)外加劑時經(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，也會影響人體的健康，因此在研究外加劑綜合性能的同時絕對不能忽視其對環(huán)境和人體的傷害。

3.3 嚴(yán)格試驗配料

提前做好試驗試配是準(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，對不同廠商所提供的同品種的外加劑作比對，優(yōu)選出最符合工程特點的外加劑。

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)配合比報告、實際混凝土總拌制數(shù)量，根據(jù)各拌合材料百分比計算結(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，需要精準(zhǔn)稱取外加劑數(shù)量。在外加劑投入拌合料時，要根據(jù)攪拌機的容量和運作情況有序投料：一般的做法先是在攪拌機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。與水泥相容性試驗是準(zhǔn)摻加外加劑必須的，經(jīng)過試配檢測出混凝土和易性好，經(jīng)時損失小，強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)配合比驗證后投入生產(chǎn)使用。有時出現(xiàn)平行樣品時采取對選擇最佳品牌摻量的外加劑和對應(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。如可以用高溫時段施工而不摻早強劑，或提高水泥的細(xì)度或采用R型的高標(biāo)號水泥，同樣可以達(dá)到快速反應(yīng)和早強的功效。

（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)行的具體試驗檢驗來確定。

（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）需要正確攪拌和運輸過程：摻外加劑的混凝土的拌合時間需要比普通混凝土加長，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,2013(27):216

[6]黃小文.混凝土坍落度損失大的原因分析和解決措施[J].福建建材:2014(3).75-76,91

[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.

[9]鞏立華.混凝土外加劑與水泥相容性的探討[J].建材技術(shù)與應(yīng)用:2013.34-35

張新華（1965.11- ），男，漢族，上海人，大學(xué)，碩士，高級實驗師，研究方向：建筑材料。

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