混凝土外加劑及其應(yīng)用
2005-05-24 00:00
摘要：在配制混凝土時摻入少量的外加劑，能明顯改善混凝土的性能并節(jié)約水泥，提高技術(shù)經(jīng)濟效益，因而受到國內(nèi)外的普遍重視。本文介紹了幾種常用的混凝土外加劑及其使用要求、生產(chǎn)質(zhì)量規(guī)范和檢驗標準，旨在為混凝土外加劑的應(yīng)用提供參考和借簽。
關(guān)鍵詞：混凝土外加劑；使用要求；質(zhì)量規(guī)范；檢驗標準
1前言
混凝土外加劑是在混凝土、水泥凈槳或砂漿拌合時、拌合前或額外拌合中摻入，用以改善混凝土性能的化學物質(zhì)。非特殊情況，加入量一般不超過水泥質(zhì)量的5％。目前，針對混凝土工程的各種特殊要求，已經(jīng)研制出了許多種能滿足各式各樣要求的外加劑，將它們以適當方式加到混凝土中就可以達到一些預(yù)期的效果。根據(jù)這些外加劑的作用，可分為減水劑、速凝劑、緩凝劑、引氣利、防水劑、粘結(jié)劑、膨脹劑、阻銹劑、消泡劑、脫模利、著色劑、防潮劑等等。
這些混凝土外加劑按其主要功能可分為四類：
(1)改善混凝土拌合物流變性能的外加劑，包括減水劑、引氣劑和泵送劑等。
(2)調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等。
(3)改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。
(4)改善混凝土其它性能的外加劑，包括粘結(jié)劑、膨脹劑、阻銹劑、消泡劑、脫模劑、著色劑、防潮劑等等。
其中泵送劑主要以高效減水劑、緩凝劑等組成。
下面擬對幾種常用的混凝土外加劑及其使用要求、生產(chǎn)質(zhì)量規(guī)范和檢驗方法等內(nèi)容作一介紹。
2幾種常用的混凝土外加劑
2.1減水劑
2.1.1概述
減水劑是目前研究和使用最廣泛的一種混凝土外加劑。減水劑摻入后在混凝土的拌和過程中被吸附在水泥顆粒上，使水泥顆粒之間由于帶有相同的電荷而彼此互相排斥，從而導致了水泥顆粒的分散。由于它的分散作用，減少了水泥絮凝物的形成，而這種絮凝物會截留一部分拌和水。由于絮凝物所釋放的自由水的增多，就使水泥漿的流動性增大。在混凝土中加入少量(一般占水泥質(zhì)量的0.2％~1.5％)減水劑后，可以達到以下技術(shù)經(jīng)濟效果：
(1)在保持和易性不變的情況下，加入減水劑可使混凝土的單位用水量減少5％~25％，從而大幅度提高混凝土早期或后期強度。
(2)在保持水灰比不變的情況下，加入減水劑可使混凝土坍落度增大10~20cm，從而滿足混凝土工程大模扳施工、升板施工、泵送等工藝的要求。
(3)在保持混凝土強度不變的情況下，加入減水劑可降低單位水泥用量5％~20％。
(4)可作為提供某些性能水泥混凝土的主要手段之一，在普通水泥中加入不同性能的減水劑可分別制得高強混凝土、超高強混凝土、緩凝高強混凝土、早強混凝土、超早強混凝土等，這種方法比研制和使用特種水泥更為經(jīng)濟、簡便和靈活。
2.1.2分類
由于減水劑有以上好的技術(shù)經(jīng)濟效果，國內(nèi)外早已開始在混凝土工程中大量使用。目前，減水劑的品種很多，按化學成分減水劑可分為如下六類：
(1)木質(zhì)素磺酸鹽及其衍生物類；
(2)高級多元醇磺酸鹽類；
(3)含氧有機酸類；
(4)烷芳基磺酸鹽類；
(5)聚氧乙烯烷基醚類；
(6)多元醇復合物類。
另外，按照減水劑的不同減水效果，可分為如下五類：
(1)普通減水劑：在混凝土坍落度基本相同的條件下，具有一般減水增強作用的外加劑，以木質(zhì)素磺酸鹽減水劑為其代表。適用于各種現(xiàn)澆及預(yù)制(不經(jīng)蒸氧工藝)混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、中低強度混凝土，也適用于大模板施工、滑模施工及日最低氣溫+5℃以上混凝土施工，通常多用于大體積混凝土、熱天施工混凝土、泵送混凝土、有輕度緩凝要求的混凝土。
(2)高效減水劑：在混凝土坍落度基本相同的條件下，具有大幅度減水增強作用的外加劑，其性能較普通減水劑有明顯提高，因而也稱為超塑化劑，如聚烷基芳基磺酸鹽減水劑(NS)。適用于各類工業(yè)與民用建筑、水利、交通、港口、市政等工程建設(shè)中的預(yù)制和現(xiàn)澆鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土工程，也適用于高強、超高強、中等強度混凝土，早強、淺度抗凍、大流動混凝土以及蒸養(yǎng)工藝的預(yù)制混凝土構(gòu)件，還可用作各類復合性外加劑的減水成分。
(3)早強減水劑：兼有提高早強和減水功能的外加劑，如NC、ESJ等復合減水劑。適用于蒸氧混凝土及常溫、低溫和負溫(最低溫度不低于－5℃)條件下施工的有早強或防凍要求的混凝土工程。
(4)緩凝減水劑：兼有緩凝和減水作用的外加劑，如：糖蜜、低聚糖等多元醇系減水劑。適用于大體積混凝土、日最低氣溫+5℃以上混凝土或夏季和炎熱地區(qū)的混凝土、預(yù)拌混凝土、泵送混凝土以及滑模施工，常用于隧洞襯砌、橋面混凝土工程等大面積混凝土施工中為減少施工縫而采用。
(5)引氣減水劑：兼有引氣和減水作用的外加劑，包括普通型的木質(zhì)素磺酸鹽、腐植酸系、多元醇復合物減水劑及高效型的甲基萘磺酸鹽縮合物、聚烷基芳基磺酸鹽縮合物、聚羧酸系減水劑。在防凍混凝土、冬季施工混凝土、抗凍融混凝土、預(yù)拌混凝土、滑模施工混凝土、泵送混凝土、碾壓混凝土合輕質(zhì)混凝土中，引氣減水劑是不可減少的組分。
2.1.3使用技術(shù)要求
(1)使用減水劑時混凝土的用水量須按照所要求的減水率準確控制。
(2)減水劑摻量應(yīng)準確，稱量誤差一般應(yīng)在規(guī)定計量的士5%范圍內(nèi)。
(3)減水劑宜在混凝土開始加水攪拌后l~2min摻入。不論何種摻法，如果減水劑為液體，應(yīng)與混凝土一起攪拌超過lmin；如果減水劑為固體，應(yīng)與混凝土一起攪拌超過1.5min。
(4)使用引氣型減水劑時，混凝土成型后要加強振搗除氣，以保證高密實度。
(5)摻有減水劑的混凝土自攪拌機出機到入模成型其間隔時間不宜超過1h。
(6)摻用減水劑可應(yīng)用普通混凝土配合比設(shè)計方法。但當使用減水劑目的在于節(jié)約水泥時，應(yīng)注意將節(jié)約的水泥量以同體積的砂石量(按原配合比的砂率)補足。
2.2緩凝劑
2.2.1概述
緩凝劑也是一種較普遍采用的水泥外加劑。緩凝劑是減緩水泥水化速度，從而延長混凝土的凝結(jié)時間，并且不降低混凝土最終強度的外加劑。它可以用來延緩混凝土凝結(jié)時間，使新拌混凝土能在較長時間內(nèi)保持其塑性，以利于澆灌成型提高施工質(zhì)量，或降低水化熱。它在夏季混凝土施工、大體積混凝土施工中對延緩混凝土的凝結(jié)，延長可搗實混凝土的時間，推遲水泥水化放熱過程，減少溫度應(yīng)力所引起的裂縫等方面均起著重要的作用。同時，當凝結(jié)階段的作用完成以后，混凝土的水化反應(yīng)仍在以正常速度有時甚至加速進行，因而在適宜摻量范圍內(nèi)不影響后期強度。多數(shù)緩凝劑有分散作用，可增大混凝土的流動性。在流態(tài)混凝土中，緩凝劑與高效減水劑復合使用可以減少坍落度損失?；炷林袚郊泳從齽瑫r也能達到節(jié)省水泥用量的目的。一些緩凝劑，如檸檬酸等，使混凝土的耐久性提高，減少混凝土的收縮；羥基羧酸類緩凝劑可使混凝土的含氣量降低。
2.2.2分類
根據(jù)緩凝劑的化學成分大體可分為如下四類：
(1)羥基羧酸類：酒石酸、乳酸、檸檬酸、水楊酸、醋酸、酒石酸鈉、酒石酸鈉鉀。
(2)無機鹽類：各種磷酸鹽(如磷酸三鈉和聚磷酸三鈉等)、磷酸、硼酸鹽、鋅鹽、氟硅酸鹽、亞硫酸鈉、硫酸亞鐵等。
(3)含糖碳水化合物：蔗糖、葡萄糖、糖蜜、己糖酸鈣、葡萄糖酸鈣、庚糖化合物、羧甲基纖維素鈉等。
(4)木質(zhì)素磺酸鹽：木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鎂、木質(zhì)素磺酸鈣等。
上述木質(zhì)素磺酸鹽因有較強減水增強作用而緩凝性能較溫和，故一般列入普通減水劑；含糖碳水化合物對混凝土兼有良好的減水增強作用，也可歸入緩凝型咸水劑。
2.2.3使用技術(shù)要求
使用緩凝劑時，應(yīng)注意以下事項：
(1)要根據(jù)混凝土的凝結(jié)時間、強度要求等來確定緩凝劑的品種及摻量。一般而言，糖類緩凝劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.1%~0.5%；羥基羧酸及其鹽類緩凝劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.003%~0.1%；鋅鹽及硼酸鹽類緩凝劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.1%~0.2%。
(2)緩凝劑對氣溫有較大的敏感性，因此其摻量應(yīng)根據(jù)氣溫的變化進行適當?shù)恼{(diào)整。
(3)緩凝劑一般需配成適當濃度的水溶液后再使用。
(4)對加入緩凝劑的混凝土進行養(yǎng)護時，需適當延遲開始澆水養(yǎng)護的時間。
(5)摻加緩凝劑混凝土的澆灌、振搗及養(yǎng)護與空白混凝土相同。
2.3引氣劑
引氣劑又稱加氣劑，是一種憎水性表面活性劑，溶于水后加入混凝土拌和物內(nèi)，在攪拌過程中能產(chǎn)生大量微小氣泡。氣泡尺寸一般在50~125µm之間，分散均勻，并且由于表面活性劑定向吸附在氣泡表面，使液膜較為堅固而不易破滅。氣泡的存在，能減少砂粒間的接觸，不但提高了拌和物的流動性，而且也能改善穩(wěn)定性，減少泌水。同時，由于混凝土中毛細管通道被氣泡所隔絕，阻礙了水分的遷移，又因為變形能力增大，故能明顯通過抗?jié)B、抗凍、抗裂以及抗沖擊方面的能力。因此，引氣劑的使用，通常可作為提高混凝土耐久性的有效措施，對于水泥用量少的貧混凝土效果尤為顯著。
不過，在相同水灰比的條件下，大量微小氣泡的產(chǎn)生，要使混凝土強度略為降低。一般，含氣量每增加1%，強度約降低3~5%。但是，由于和易性改善，用水量及水灰比可以降低，特別是對于貧混凝土的強度將得到補償其有余。
目前，國內(nèi)應(yīng)用較多的引氣劑有：松香熱聚物、松香皂和烷基苯磺酸鈉等，此外還有脂肪醇硫酸鈉及烷基磺酸鈉等。引氣劑的摻量極微，一般為水泥質(zhì)量的(0.5~1.5)／10000。也可與減水劑、速凝劑等復合使用，以取得較好效果。
3使用中需注意的幾個問題
3.1避免假冒產(chǎn)品
在購買外加劑時，要嚴把質(zhì)量關(guān)，許多施工單位在使用外加刊后，反映不見效，不僅浪費財力，又拖延了工期。
3.2復合使用
一般外加劑使用時采用多種外加劑復合使用的方法，效果較好，要根據(jù)實際，合理選擇。
3.3嚴格規(guī)范
使用外加劑時，一定要嚴格按產(chǎn)品說明書執(zhí)行其使用規(guī)范與標準，嚴格控制摻量，多摻、少摻都會直接影響其質(zhì)量。一般產(chǎn)品說明都詳細介紹了其產(chǎn)品的使用量及使用方法，不同廠家都不盡相同，使用中應(yīng)按其產(chǎn)品說明使用。
3.4做水泥適應(yīng)性試驗
在使用外加劑時要慎重，要求在施工使用外加劑前，要有專業(yè)人員對使用外加劑做科學論證，并做水泥適應(yīng)性試驗，必須達到工程施工工藝要求。
3.5摻外加劑混凝土施工注意事項
外加劑以溶液摻加時必須徹底溶解，在攪拌情況下徐徐將外加劑摻入水中，不宜將水加放到減水劑中，謹防溶解不徹底而造成超摻量。外加劑使用前必須檢查包裝、產(chǎn)品說明書及實物，復驗外加劑品種與混凝土配合比通知單是否相符。外加劑計量可用質(zhì)量法，也可用體積法，允許偏差為外加劑摻量的±2％，計量設(shè)備必須準確、可靠，并經(jīng)常保持良好的工作狀態(tài)。粉狀外加劑宜用體積法計量，用質(zhì)量法計量時要注意含水量的變化；液態(tài)外加劑可用體積法也可用質(zhì)量法計量，其溶液濃度必須經(jīng)常檢驗。摻外加劑的混凝土(或砂漿)宜用機械攪拌，攪拌時間應(yīng)延長30s，以保證拌和均勻。
外加劑的摻加方法有先摻法：粉狀減水劑先與水泥混合，然后加放攪拌；同摻法：將減水劑預(yù)先溶解成一定濃度的溶液，然后在攪拌時間水一起摻加；滯水法：攪拌過程中減水劑滯后于水1min~3min加入；后摻法：減水劑不是在攪拌站攪拌時加入，而是在運輸途中或施工現(xiàn)場分幾次或一次加入，再經(jīng)二次或多次攪拌。
摻加外加劑要嚴格控制用水量。用水量對摻高效減水劑的混凝土拌和物和易性的影響比普通混凝土大。用水量過小時減水劑的塑化作用不明顯；用水量過大時，拌和物會成為“稀湯”，粘漿性較差，容易泌水?；炷猎谶\輸過程中應(yīng)保持其勻質(zhì)性，不離析，不漏漿，運至澆筑地點具有規(guī)定的坍落度。當有離析時，必須進行二次攪拌。
摻外加劑混凝土的振搗方法了不摻外加劑的混凝土相同。摻外加劑混凝土的振搗時間要適宜。時間短不密實，太長了又會引起分層離析。摻外加劑的混凝土成型后應(yīng)加以覆蓋和澆水。一般需在混凝土澆筑完畢后12h內(nèi)對混凝土覆蓋和澆水；對于硬性混凝土，若在高溫和刮風季節(jié)成型后需在2h內(nèi)加以覆蓋。澆水養(yǎng)護時間不得少于7天；對大體積混凝土或有抗凍要求的混凝土不得小于14天；平均氣溫低于5℃不得澆水，須用保溫材料覆蓋。
4外加劑的質(zhì)量規(guī)范及檢驗標準
外加劑生產(chǎn)廠應(yīng)保證出廠的任何一種外加劑對人體接觸均應(yīng)無害，并具有較好化學穩(wěn)定性。出廠的外加劑應(yīng)附有產(chǎn)品質(zhì)量檢驗及使用說明書。包裝上應(yīng)標明外加劑的名稱、規(guī)格、型號及凈重。并采取措施嚴防在運輸、儲存時變質(zhì)。
產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中，根據(jù)外加劑的品種可選測下列項目：形態(tài)；密度；pH值；減水劑有效含量；硫酸鹽含量；水不溶物含量；固體含量；表面張力；減水率；泌水率比；含氣量；初凝時間之差；終凝時間之差；3天抗壓強度比；7天抗壓強度比；28天抗壓強度比；90天抗壓強度比；90天收縮率比；氯化物含量。氯化物含量較大程度上決定了外加劑對鋼筋銹蝕程度。任何一種外加劑在推薦的加入量下，不應(yīng)引起鋼筋(包括高強鋼絲)或預(yù)埋鋼筋銹蝕。
混凝土外加劑中的減水劑、早強劑、緩凝劑和引氣劑的勻質(zhì)性指標須符合表1所示。外加劑出廠檢驗項目須按表2進行。
檢驗須按建筑材料標準規(guī)范來進行。標準包括：GB8075—87《混凝土外加劑》；GBJ119—88《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》；JGJ66—84《混凝土減水劑質(zhì)量標準和試驗方法》；GBJ80—85《普通混凝土拌合物性能試驗方法》；GBJ81—85《普通混凝土力學性能試驗方法》；GBJ82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》。
試驗中的一般規(guī)定有：
(1)試驗用材料
①水泥應(yīng)采用由硅酸鹽水泥熟料與二水石膏共同粉磨而成的標號大于(含)52.5的硅酸鹽水泥(即基準水泥)，且需符合下列品質(zhì)指標：鋁酸三鈣(C3A)含量為6％~8％；硅酸三鈣(C3S)含量為50％~55％；游離氧化鈣(F—CaO)含量不得超過1.2％；堿(Na2O十0.658K2O)含量不得超過1.0％；水泥比表面積為3200土200cm2／g。
如果無基準水泥，允許采用C3A含量為6％~8％，堿含量不大于1％的熟料和二水石膏、礦渣共同磨制的標號大于(含)52.5普通硅酸鹽水泥。但仲裁時需用基準水泥。
②砂應(yīng)符合JGJ52—92《普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法》要求的細度模數(shù)為2.6~2.9，粒徑小于5mm的中砂。
③石子應(yīng)采用符合JGJ53—92《普通混凝土用的卵石和碎石的質(zhì)量標準及檢驗方法》要求、粒徑為5~20mm(圓孔篩)，采用二級級配，其中5~10mm占40％，10~20mm占60％。如有爭議，以卵石試驗結(jié)果為準。
④水應(yīng)符合JGJ68—96《混凝土拌合用水標準》的要求。
⑤外加劑
(2)配合比
基準混凝土配合比按JBJ55—81《普通混凝土配合比設(shè)計技術(shù)規(guī)定》進行設(shè)計。摻非引氣型外加劑的混凝土和基準混凝土的水泥、砂、石的比例不變。配合比設(shè)計應(yīng)符合以下規(guī)定：
①水泥用量采用卵石時為310士5kg／m2，采用碎石時為530士5kg／m2。
②砂率基準混凝土和摻外加劑混凝土的砂率均為36％~40％。但摻引氣減水劑和引氣劑的混凝土砂率應(yīng)比基準混凝土低1％~3％。
③外加劑摻量按生產(chǎn)廠推薦摻量的下限值。
④用水量應(yīng)使混凝土坍落度達到60±10mm。
(3)混凝土攪拌
采用60L自落式混凝土攪拌機，全部材料及外加劑一次投入，拌合量應(yīng)不小于15L，不大于45L；攪拌3min，出料后在鐵板上用人工翻拌2~3次再行試驗。
各種混凝土材料及試驗環(huán)境溫度保持在20±3℃。
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