1 概述
混凝土是最大宗的建筑材料。目前，在現(xiàn)代混凝土的生產(chǎn)中，混凝土外加劑已經(jīng)成為了混凝土不可或缺的一大組分?？v觀混凝土的發(fā)展歷史，由傳統(tǒng)混凝土到現(xiàn)代混凝土的出現(xiàn)，混凝土外加劑功不可沒。實(shí)踐證明，混凝土外加劑對改善新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要作用，隨著對外加劑的研究和探索，混凝土的施工工藝及新品種混凝土取得了長足的發(fā)展。
事實(shí)上，混凝土外加劑自問世以來，其推廣應(yīng)用并不是一帆風(fēng)順的，曾經(jīng)有許多權(quán)威人士從技術(shù)的角度否定過混凝土外加劑的應(yīng)用價(jià)值。比如，由于引氣劑會降低水泥基材料的強(qiáng)度，原國家建設(shè)主管部門曾專門規(guī)定，在砂漿、混凝土中不得摻用引氣劑。可后來發(fā)出現(xiàn)，引氣劑可以使混凝土用水量減少，同時(shí)使施工后的混凝土泌水沉降率降低，其引入的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(xì)管的連續(xù)性，從而使抗?jié)B性得以改善，除此之外，還能顯著提高混凝土抗凍性能，并且當(dāng)混凝土中含有封閉的細(xì)小空氣泡時(shí)，可降低由于堿集料反應(yīng)引起的膨脹。再比如，曾經(jīng)被稱為“水泥桿菌”的鈣礬石，認(rèn)為它是混凝土因硫酸鹽腐蝕而失效的罪魁禍?zhǔn)?；可后來發(fā)現(xiàn)，鈣礬石能夠補(bǔ)償混凝土收縮，于是有了現(xiàn)在的硫鋁酸鹽膨脹劑。
簡單地說，混凝土外加劑也并不是改善混凝土性能的全能劑。它在混凝土中能發(fā)揮多大的正面作用，還要取決于我們對它的選擇和使用方法。如果選擇使用不當(dāng)，就會造成工程質(zhì)量事故。曾經(jīng)，中國工程院孫偉院士在討論港珠澳大橋的壽命時(shí)就稱：混凝土外加劑加速了橋梁的損傷裂化。武漢工程大學(xué)喻幼卿教授也認(rèn)為外加劑對混凝土建筑物的使用壽命有影響，一方面是使用的外加劑本身存在缺陷；另一方面是劣質(zhì)外加劑充斥市場。正是由于存在這樣的嫌疑，那么在混凝土外加劑的選擇和使用上，就要從外加劑本身的品質(zhì)性能、外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性、不同品種外加劑復(fù)合使用時(shí)的相容性及對混凝土性能的影響、混凝土外加劑摻量等方面加強(qiáng)重視。
2 混凝土外加劑分類、性能與應(yīng)用
混凝土外加劑按其主要功能分為四類：改善混凝土拌合物流變性能的外加劑；調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑；改善混凝土耐久性的外加劑；改善混凝土其他性能的外加劑。
混凝土外加劑按使用效果分為減水劑（普通減水劑、高效減水劑、聚羧酸系高性能減水劑、引氣減水劑）；調(diào)凝劑（緩凝劑、早強(qiáng)劑、速凝劑）；引氣劑、加氣劑；防水劑；阻銹劑；防凍劑；泵送劑；膨脹劑等。
2.1 減水劑
減水劑是混凝土外加劑中應(yīng)用最為廣泛的一類，在混凝土中主要起吸附分散、潤滑和濕潤作用。普通減水劑宜用于日最低氣溫 5℃ 以上強(qiáng)度等級為 C40 以下的混凝土，不宜單獨(dú)用于蒸養(yǎng)混凝土。當(dāng)摻用含有木質(zhì)素磺酸鹽類物質(zhì)的普通減水劑時(shí)應(yīng)先做水泥適應(yīng)性試驗(yàn)，合格后方可使用。高效減水劑可用于素混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土，并可用于制備高強(qiáng)混凝土，且標(biāo)準(zhǔn)型高效減水劑宜用于日最低氣溫 0℃ 以上施工的混凝土，也可用于蒸養(yǎng)混凝土。聚羧酸系高性能減水劑宜用于高強(qiáng)混凝土、自密實(shí)混凝土、泵送混凝土、清水混凝土、預(yù)制構(gòu)件混凝土和鋼管混凝土、具有高體積穩(wěn)定性及高耐久性或高工作性要求的混凝土。引氣減水劑宜用于有抗凍融要求的混凝土、泵送混凝土和易產(chǎn)生泌水的混凝土；可用于抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土、人工砂混凝土和有飾面要求的混凝土，不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土。
2.2 調(diào)凝劑
概括地講，調(diào)凝劑主要是通過改變水泥水化的進(jìn)程，來達(dá)到混凝土需要的效果。
緩凝劑宜用于延緩凝結(jié)時(shí)間的混凝土、對坍落度保持能力有要求及靜停時(shí)間較長或長距離運(yùn)輸?shù)幕炷?、自密?shí)混凝土，可用于大體積混凝土，混凝土施工日最低氣溫 5℃ 以上；不宜用于有早強(qiáng)要求的混凝土；且檸檬酸（鈉）及酒石酸（鉀鈉）等緩凝劑不宜單獨(dú)用于貧混凝土，含有糖類組分的緩凝劑與減水劑復(fù)合使用時(shí)，需進(jìn)行相容性試驗(yàn)，合格后方可使用。
早強(qiáng)劑宜用于蒸養(yǎng)（有機(jī)胺類早強(qiáng)劑除外）、常溫、低溫和最低溫度不低于 -5℃ 環(huán)境中施工的有早強(qiáng)要求的混凝土工程；不宜用于大體積混凝土、炎熱條件和環(huán)境溫度低于 -5℃ 時(shí)施工的混凝土。另外，處于水位變化的結(jié)構(gòu)，露天結(jié)構(gòu)及經(jīng)常受水淋、受水流沖刷的結(jié)構(gòu)，相對濕度大于 80% 環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)，直接接觸酸、堿或其他侵蝕性介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，有裝飾要求的混凝土不宜使用無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑。
速凝劑可用于噴射法施工的砂漿或混凝土，或有速凝要求的其他混凝土。粉狀速凝劑宜用于干法施工，液體速凝劑宜用于濕法施工。當(dāng)施工對堿含量有特殊要求的噴射混凝土工程，宜選用堿含量小于 1% 的低堿速凝劑。
2.3 引氣劑和加氣劑
引氣劑是使混凝土拌合物在拌合過程中引入空氣而形成大量微小、封閉而穩(wěn)定氣泡的外加劑。絕大部分引氣劑的成分為松香衍生物以及各種磺酸鹽，如烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉，在混凝土中主要起界面活化和起泡作用。主要宜用于有抗凍融要求的混凝土、泵送混凝土和易產(chǎn)生泌水的混凝土；可用于抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土、人工砂混凝土和有飾面要求的混凝土；不宜用于蒸養(yǎng)混凝土以及預(yù)應(yīng)力混凝土。
加氣劑是指加在普通混凝土或砂漿中，以產(chǎn)生大量微小氣泡而使成為加氣混凝土的物質(zhì)。用松脂酸鈉、環(huán)烷酸皂等作加氣劑時(shí)，可提高混凝土澆筑時(shí)的流動性，硬化后的抗水性、抗凍性和耐久性。主要用于修筑路面、海港工程等。
2.4 防水劑
防水劑包括無機(jī)質(zhì)防水劑、有機(jī)質(zhì)防水劑和復(fù)合防水劑。無機(jī)質(zhì)防水劑有鐵鹽、水玻璃、硅灰粉末等。鐵鹽、水玻璃與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)，分別形成氫氧化鐵膠體和不溶性硅酸鈣，填充砂漿或混凝土中的孔隙，使抗?jié)B性提高。硅灰粉末主要通過與水泥水化生成物反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物堵塞孔隙，使混凝土抗?jié)B性提高。有機(jī)質(zhì)防水劑，主要是具有憎水作用的表面活性劑或化合物，通過憎水作用使混凝土防水。防水劑可用于有防水抗?jié)B要求的混凝土工程，對有抗凍要求的混凝土工程宜選用復(fù)合引氣組分的防水劑。
2.5 阻銹劑
阻銹劑按其主要成分可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。對混凝土拌合物，大多數(shù)無機(jī)阻銹劑對其和易性有所改善，對水泥水化過程的影響與早強(qiáng)劑相似；有機(jī)防銹劑對混凝土拌合物有延緩放熱的作用。對硬化混凝土，若摻入 Ca(NO2)2 阻銹劑，混凝土的早期和后期強(qiáng)度均有顯著提高；若摻入 NaNO2 阻銹劑，各齡期抗壓強(qiáng)度均有所降低。宜用于容易引起鋼筋銹蝕的侵蝕環(huán)境中鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼纖維混凝土、預(yù)應(yīng)力孔道灌漿，以及新建混凝土工程和修復(fù)工程。
2.6 泵送劑
泵送劑能夠使混凝土黏聚性增大、泌水性降低，并減小混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失，從而改善混凝土可泵性。分為一般泵送劑和防凍泵送劑。宜用于泵送施工的混凝土，日平均氣溫 5℃ 以上的施工環(huán)境；可用于工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)工程混凝土、橋梁混凝土、水下灌注樁混凝土、大壩混凝土、清水混凝土、防輻射混凝土和纖維增強(qiáng)混凝土等；不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及蒸養(yǎng)預(yù)制混凝土。當(dāng)使用含糖類或木質(zhì)素磺酸鹽的泵送劑時(shí)，需要進(jìn)行外加劑相容性試驗(yàn)。
2.7 膨脹劑
水泥凝結(jié)硬化過程中，能使混凝土產(chǎn)生可控膨脹、減少收縮的一種功能性外加劑稱為膨脹劑。主要種類包括硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣—氧化鈣類、氧化鈣類混凝土膨脹劑。其主要功能是補(bǔ)償混凝土硬化過程中的干縮和冷縮。目前膨脹劑主要是摻入硅酸鹽類水泥中使用，用于配制補(bǔ)償收縮混凝土或自應(yīng)力混凝土；使用膨脹劑配制的補(bǔ)償收縮混凝土宜用于混凝土結(jié)構(gòu)自防水、工程接縫、填充灌漿，采用連續(xù)施工的超長混凝土結(jié)構(gòu)，大體積混凝土工程等；用膨脹劑配制的自應(yīng)力混凝土宜用于自應(yīng)力混凝土輸水管、灌注樁等。含硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣—氧化鈣類膨脹劑配制的混凝土不得用于長期環(huán)境溫度為 80℃ 以上的工程。
2.8 防凍劑
防凍劑是能使混凝土拌合物在負(fù)溫下保持足夠的液相，以利于水泥水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，待轉(zhuǎn)入正溫后，混凝土強(qiáng)度能得到進(jìn)一步增長的外加劑；其防凍組分分為有機(jī)化合物類（某些醇類、尿素）和無機(jī)鹽類（亞硝酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、氯鹽）。目前，大部分防凍劑是復(fù)合型的，如采用防凍組分與早強(qiáng)、引氣和減水組分復(fù)合而成的防凍劑。主要用于冬期施工的混凝土。
3 混凝土外加劑的選擇、摻量與摻加技術(shù)
3.1 混凝土外加劑的選擇
混凝土外加劑種類很多、功能各異，使用效果易受多種因素影響，因此，使用時(shí)，外加劑種類應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工條件、施工工藝選擇，通過采用工程實(shí)際使用的原材料，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到滿足混凝土工作性、力學(xué)性能、長期性能、耐久性能、安全性及節(jié)能環(huán)保等設(shè)計(jì)和施工要求。另外，還可以根據(jù)供應(yīng)商生產(chǎn)技術(shù)水平與便捷性、經(jīng)濟(jì)性試用外加劑品牌。初步選好要使用的外加劑后，還要進(jìn)行水泥與外加劑適應(yīng)性試驗(yàn)，甚至還應(yīng)進(jìn)行不同供方、不同品種的外加劑共同使用時(shí)的相容性或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的驗(yàn)證，確保滿足混凝土設(shè)計(jì)和施工要求方可使用。因?yàn)椋S多實(shí)際施工狀況，即使是完全符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的水泥和外加劑，在作為原材料進(jìn)行配制也會出現(xiàn)不相容，主要表現(xiàn)為混凝土坍落度有大有小、坍落度損失或快或慢、凝結(jié)時(shí)間時(shí)長時(shí)短，有時(shí)還出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。
具體到工程實(shí)踐，對混凝土外加劑的選擇可以歸納為幾個(gè)方面：改善混凝土工作性、提高強(qiáng)度等宜選用普通減水劑、高效減水劑、聚羧酸系高性能減水劑；改善混凝土工作性、提高抗凍融性，宜選用引氣劑及引氣減水劑；提高混凝土早期強(qiáng)度宜選用早強(qiáng)劑；延長混凝土凝結(jié)時(shí)間，宜選用緩凝劑；改善混凝土泵送性、提高工作性，宜選用泵送劑；提高混凝抗凍性和抗凍融性，宜選用防凍劑；對于噴射混凝土或有速凝要求的混凝土，宜選用速凝劑；配制補(bǔ)償收縮混凝土與自應(yīng)力混凝土，宜選用膨脹劑；提高混凝土抗?jié)B性，宜選用防水劑；防止混凝土中鋼筋銹蝕，宜選用阻銹劑。
3.2 混凝土外加劑摻量的確定
混凝土外加劑的摻量是以外加劑質(zhì)量占混凝土中膠凝材料總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示。有些特殊外加劑如膨脹劑屬于內(nèi)摻，與外摻的外加劑摻量表示方法不同。
混凝土外加劑功能主要由其品質(zhì)和摻量所決定。當(dāng)品質(zhì)一定時(shí)，主要由摻量決定，但混凝土外加劑對混凝土的改性功能，并不是隨著摻量的增大而增大，而是混凝土外加劑摻量應(yīng)適當(dāng)。若摻量過小，使用效果就不顯著；若摻量過大，不但使造價(jià)提高，而且還可能造成混凝土質(zhì)量事故，尤其在使用具有引氣、緩凝作用的外加劑時(shí)，應(yīng)切忌超量。因此，混凝土外加劑的使用存在一個(gè)臨界摻量，即在一定原材料、配合比和環(huán)境條件下，摻加某種外加劑的數(shù)量，使混凝土或其拌合物的一種或多種性能達(dá)到最大效果，再摻加則效果不增加，甚至使某些性能變壞。
通常，工程實(shí)際使用的外加劑摻量宜按供方的推薦摻量確定，但是還需從決定外加劑摻量的因素去考慮。其中影響外加劑摻量的因素有水泥品種、礦物摻合料品種、混凝土原材料質(zhì)量狀況、混凝土配合比、混凝土強(qiáng)度等級、施工環(huán)境溫度、商品混凝土運(yùn)輸距離以及外加劑摻加方式。因此，外加劑的最佳摻量的確定應(yīng)在供方推薦摻量范圍內(nèi)，并且不能超過外加劑的臨界摻量，然后根據(jù)其影響因素，經(jīng)過試驗(yàn)來確定或用優(yōu)選法、數(shù)值分析法進(jìn)行優(yōu)化。
3.3 混凝土外加劑摻加技術(shù)
外加劑的摻加技術(shù)包括先摻法、同摻法、后摻法。
（1）先摻法是外加劑干粉先與水泥混合，然后再與砂、石、水一起攪拌。
（2）后摻法是在攪拌混凝土?xí)r將外加劑溶液（粉劑應(yīng)預(yù)先溶解）與水一起摻加到混凝土中，是最為常見的一種摻加方法。后摻法是在混凝土拌好后再將外加劑一次或分?jǐn)?shù)次加入到混凝土中（須經(jīng)二次或多次攪拌），又分為滯水法和分批添加法。
（3）滯水法是在攪拌混凝土過程中，外加劑滯后于水 1～3min 加入，當(dāng)以溶液摻入時(shí)稱為溶液滯水法，當(dāng)以粉劑摻入時(shí)稱為干粉滯水法；分批添加法，是經(jīng)時(shí)分批摻入外加劑，補(bǔ)償和回復(fù)坍落度值。
例如，在混凝土配合比及流動性相同的情況下，采用后摻法的減水劑用量僅為在攪拌時(shí)與水一起加入時(shí)的 60% 左右；在混凝土的流動性和強(qiáng)度相同時(shí)，后摻法的水泥用量及用水量比同摻法約減少 10%，后摻法混凝土的含氣量有所減少，強(qiáng)度有所增加。在某些水泥中，高效減水劑滯后于水幾分鐘加入時(shí)，新拌混凝土的流動性顯著高，可節(jié)省減水劑用量 1/3 左右，但保水性下降。試驗(yàn)和工程實(shí)踐證明，后摻法具有許多優(yōu)點(diǎn)。
4 混凝土外加劑的質(zhì)量控制
確保混凝土外加劑能夠被科學(xué)使用。外加劑進(jìn)場時(shí)，首先，供方提供給需方的質(zhì)量證明文件應(yīng)齊全，應(yīng)包括形式檢驗(yàn)報(bào)告、出廠檢驗(yàn)報(bào)告與合格證和產(chǎn)品使用說明書等質(zhì)量證明文件查驗(yàn)和收存。其次，在外加劑進(jìn)場時(shí)應(yīng)嚴(yán)把檢驗(yàn)關(guān)，不合格的外加劑產(chǎn)品不能進(jìn)場。其三，外加劑進(jìn)場后，不同品種的外加劑應(yīng)分別存放，并應(yīng)標(biāo)識清楚，避免因不同品種外加劑搞混、搞錯(cuò)而導(dǎo)致工程質(zhì)量事故。其四，外加劑在實(shí)際使用中，應(yīng)精準(zhǔn)計(jì)量。最后，對外加劑的運(yùn)輸、存放及使用須按有關(guān)化學(xué)品的管理規(guī)定采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。例如，亞硝酸鈉運(yùn)輸或存放過程中接觸易燃物，易發(fā)生燃燒爆炸，且燃燒時(shí)產(chǎn)生大量氧氣，難以撲滅。
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