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1、1混凝土外加剂技术及其应用中铁十八局集团公司专家组 廖金福前言： 土木工程建设，混凝土是重要的工程材料之一，建造的建筑物是否长久耐用与有好的饰面美感等都由混凝土显露。在强烈要求建造的建筑物获得百年使用寿命，保证较长的使用期间绝对安全的今天，工程施工使用高性能混凝土已是势在必行。高性能混凝土能够解决在使用过程中的诸如问题，如：高强耐久、高水密与高气密、适于泵送施工、防水抗渗、耐各类腐蚀条件等。总之，针对混凝土所处环境、耐久要求、施工工艺等按需配制。实践证明，普通混凝土（即不掺外加剂，混凝土只由水泥、砂、石、水等 4种材料配制）的使用寿命不过 50年，我国在 50年代兴建的铁路、公路桥梁混凝土，已
2、经全部通过大修或重建。当时兴建的水库大坝有许多已经成为陷入危境的“病坝” 。 据水利界专家介绍：截至 1997年底，驰名中外的佛子岭、梅山、响洪甸三座老坝，不维修不行，维修耗资巨大，可能比新建坝耗资还要多。据钢筋混凝土结构设计规范管理组 1997年的调查资料，一般环境中的建筑物混凝土有 40%已经碳化到钢筋表面，较潮湿环境中则有 90%的构件钢筋已经锈蚀，其中有的重要建筑物使用时间只有10年左右就得推倒重建。因此，混凝土耐久性问题越来越受到人们的重视，长期以来按保证强度单一指标不注重耐用的做法已经不适合现代工程施工了。配制高性能混凝土，除了水泥、砂、石、水等材料外，必须要有第 5种与第 6种材
3、料，外加剂、外掺料就是配制高性能混凝土时不可缺少的第 5种与第 6种材料。为了方便我局集团公司从事混凝土工程施工的领导、工程技术人员了解外加剂的情况，廖金福高工根据有关资料与多年来的研究与使用经验，整理出这份资料，望大家喜欢。一、混凝土外加剂的发展简史 外加剂的使用已有 100 年的历史。最早使用的有 CaCl2、 CaSO42H2O、CaO 等，都是作为水泥的调凝剂而使用的。再追溯到古代，动物血、糯米汤、豆腐汁也作为石灰、粘土、草木灰等效结材料中的添加剂来改善其粘结性。近代外加剂的使用是 30 年代在美国首先开始的。随着公路交通的发展，混凝土路面发生裂纹、酥松等过早破坏的现象相应增多，尤其是
4、在严寒气候地区问题更为严重，在研究对策中，最初发现掺有树脂与油类的水泥配制的混凝土性质有了变化。开始注意到引气的作用减水效果，即可以提高拌合物的与易性与混凝土的抗冻性，于是在道路工程中首先使用了引气剂。接着又研究制造成功的以纸浆废液中木质磺酸盐为主要成分的“普浊里”减水剂。于 1937 年美国颁布了历史上第一个减水剂的专利。1954 年制定了第一批混凝土外加剂检验标准。随着混凝土技术的发展，外加剂与外掺料成为配制百年耐用混凝土不可缺少的添加材料，如各类减水剂、缓凝剂、引气剂、阻锈剂、防水剂、泵送剂及其各类复合的外加剂等相继诞生，目前总的外2加剂品种有 500 种左右。正是由于外加剂的作用，引起
5、了各国普遍的重视，尤其是发达国家，要求制造的混凝土工程要美观而经久耐用，更把外加剂作为保证混凝土技术、经济效益的手段。目前，混凝土外加剂使用最普遍的国家有日本、澳大利亚、挪威、美国。这些国家 80%以上的混凝土中应用外加剂，且日本、澳大利亚已达 100%。其次是德国、丹麦、瑞典等国使用外加剂的混凝土也达 50%以上。我国正式使用混凝土外加剂是 20 世纪 50 年代，当时由前苏联专家将松香皂化物引气剂引入国内。在天津塘沽新洪、武汉长江大桥及佛子岭水库应用，取得了一定的效果。以后又使用过以亚硫酸盐法造纸的纸浆废液、制糖工业废蜜为原料的混凝土塑化剂，同时氯化钙、氯化钠、三乙酸胺等也作为早强剂使用。
6、随后由于有些工程使用不当曾出现过工程质量问题，再加上众所周知的原因，直到 70 年代初中国混凝土外加剂还未得到推广应用。我国形成使用外加剂的规模，是到 20 世纪 70 年代中期后，由于国内生产建设恢复的需要，加之国际上也正是进入混凝土技术因使用减水剂而进入第三次飞跃时期（第一次飞跃是创造了钢筋混凝土技术，第二次飞跃是发明了预应力混凝土技术，第三次飞跃就是高效能外加剂与高性能混凝土的问世） 。我国出现了一个大量研究生产外加剂的高潮。各种减水剂、缓凝剂、早强剂、引气剂、防水剂、阻锈剂、泵送剂、抗冻剂及其各类复合剂等一拥而出 300 多种，几乎国外常用的类型我国也都相继研制成功，虽然质量上还有一定
7、差距。目前我国研制的各类外加剂性能不断提高，生产应用水平已向国际先进水平靠拢，制定的生产应用标准也逐渐与世界先进水平接轨。二、各类外加剂的作用与应用范围1混凝土外加剂的分类混凝土外加剂按其材料组成、化学作用与使用目的、效果可分为以下五大类：1）改善新拌混凝土流变性能减水剂、引气剂、保水剂等；2）调节混凝土凝结、硬化性能缓凝剂、早强剂、速凝剂等；3）调节混凝土气体含量引气剂、发气剂、泡沫剂、消泡剂等；4）改善混凝土耐久性引气剂、阻锈剂、抗冻剂、抗渗剂、防腐蚀剂等；5）为混凝土提供特殊性能发气剂、泡沫剂、着色剂、膨胀剂、碱骨料反应抑制剂等。2。基本作用各类外加剂都有各自的特殊功能。综合起来，外加剂
8、可以在以下方面发挥作用：1）能改善施工条件，减轻体力劳动，并有利于机械化施工，对保证及提高工程质量有积极的作用，能使现场条件下完成过去难以完成的要求高质量的工程，例如可掺加高效能外加剂在工地条件下配制C80C100 的超高强混凝土，掺加减水剂可配制远距离与高层建筑泵送的混凝土等。2）能减少养护时间，或预制厂缩短蒸养时间，可以提早拆模加速模板周转，还可以提早以预应力钢筋混凝土钢筋放张、剪筋，总之可以加快施工进度。3）能提高或改善混凝土质量。许多外加剂可以提高混凝土的强度，增加耐久性、密实性，增强抗3冻性、抗渗性，改善干燥收缩及流变性能，有些外加剂能提高钢筋的耐蚀性等，要根据需要的性能选用，只要掺
9、用得当对混凝土就有利，否则会适得其反。4）在采取一定措施的条件下，保证混凝土质量并还可适量地节约水泥。各类外加剂节约水泥情况外 加 剂 类 别 节 约 水 泥 (%)减 水 剂木质素、糖蜜、胡敏酸盐类萘系磺酸盐类树脂、聚羧酸类51010201525早 强 剂无机盐类普通复合剂高效复合剂5101015引 气 剂 松香皂类、表面活性剂 583应用范围外加剂的应用范围十分广泛，在以下条件下都可以使用外加剂。1）自然条件下养护的混凝土制品或构件，掺用减水剂能改善与易性，或提高强度，或节约水泥。2）冬季现场浇注混凝土施工时，可掺用早强剂或早强型复合减水剂，在能够保温至一定温度条件下使混凝土早期强度提高，
10、达到抗冻临界强度。3）夏季滑模施工、水坝等大体积混凝土，以及灌注钢管拱混凝土，可掺用缓凝剂或缓凝型复合减水剂，以延缓混凝土凝固时间与延缓水泥放热过程，可减少收缩裂缝而保证混凝土质量。4）喷射混凝土、放水堵漏工程中可掺用速凝剂、水泥快硬剂，使混凝土很快凝结、硬化。5）大模板或钢筋密集的预应力混凝土工程，可使用高效减水剂以利浇筑，保证工程质量。6）港工、水工或受各类酸、碱盐侵蚀的混凝土，可掺用引气剂、减水剂并掺加掺与料，或选用相应的特种水泥、掺加防腐蚀剂等，提高混凝土与易性与耐久性。7）高等级(C40C70)、超高等级(C70 以上)混凝土，应掺用高效减水剂来配制。8）大型设备基础螺栓孔灌浆、锚杆
11、注浆、大体积混凝土防止裂缝、补偿混凝土收缩与地下防水等工程，可掺用微膨胀剂。9）预制构件根据不同生产条件与构件用途选择应用外加剂，有的可减少蒸养时间，有的可改善强力振捣的工艺，这些均有利于提高制品质量。部分外加剂(仅例举引气、减水、早强等复合类)在不同种类混凝土中的选择使用参见下表。部分外加剂在不同种类混凝土中的选用表减 水 剂 引 气 型 减 水 剂混 凝 土 种 类标准型 缓凝型 早强型 标准型 缓凝型 早强型构件类型 大体积混凝土 4高强度混凝土 （在满足强度要求的前提下）低温施工的混凝土 施工条件高温施工的混凝土 受海水作用的混凝土 水密或气密混凝土 特殊条件受冻融作用的混凝土 水下灌
12、注混凝土 预应力混凝土 滑模施工混凝土 预填骨料灌浆混凝土 蒸汽养生混凝土 施工方法湿式喷射混凝土 表中符号说明：为最适宜使用；为可使用；为最好不用。三、常用外加剂品种、使用功能及使用范围1普通减水剂（塑化剂）1）主要品种：（1）木质素类减水剂；（2）糖密类减水剂；（3）胡敏酸盐类减水剂。2）功能作用：在混凝土坍落度基本相同的条件下减水率一般为 5%10%，起到节约水泥、改善拌合物与易性、提高混凝土强度。3）适用范围：适用于普通混凝土，钢筋混凝土及最低气温在 5以上施工的混凝土工程，及泵送与有耐久性要求的混凝土工程。2高效减水剂（超塑化剂）1）主要品种：（1）普通减水剂基改性类；（2）聚烷基芳
13、基磺酸盐类；（3）三聚氰胺类；（4）树脂磺酸盐类；（5）聚羧酸类。2）功能作用：在混凝土坍落度基本相同的条件下减水率一般为：普通减水剂基改性类12%20%；聚烷基芳基磺酸盐、三聚氰胺、树脂磺酸盐类等 15%30%；聚羧酸类为 25%50%。起到节约水泥、改善拌合物与易性、提高混凝土强度。3）适用范围：适用于最低气温 0以上的混凝土施工，用于配制高强大流动度、泵送、耐久性高的混凝土工程。3早强剂1）主要品种：常作为混凝土早强剂的化工原料有：氯盐类（预应力及钢筋混凝土不允许使用）、硫酸盐类、亚硝酸盐类、三乙醇胺及三乙丙醇胺等。2）功能作用：提高混凝土早期强度、缩短施工周期。53）适用范围：适用于蒸
14、养混凝土及常温、低温与最低温度不低于-5环境中施工的有早强或防冻要求的混凝土工程；4复合早强剂1）主要品种：利用各种钠盐与三乙醇胺或三乙丙醇胺及其它有机、无机原料复合配成的早强剂。2）功能作用：提高混凝土早期强度、缩短施工周期。3）适用范围：适用于蒸养混凝土及常温、低温与最低温度不低于-5环境中施工的有早强或防冻要求的混凝土工程；5早强减水剂1）主要品种：普通型早强减水剂、高效型早强减水剂。2）功能作用：提高混凝土早期强度、缩短施工周期；改善拌合物流动性；节约水泥。3）适用范围：适用于蒸养混凝土及常温、低温与最低温度不低于-5环境中施工的有早强、防冻要求的混凝土工程。6泵送剂1）主要品种：普通
15、型泵送剂、高效型泵送剂2）功能作用：提高拌合物的与易性，降低泵送阻力，改善泵送性能。3）适用范围：适用于各类建筑物的泵送施工混凝土；适用于大体积混凝土、高层建筑与超高层建筑的滑模施工。7缓凝剂1） 主要品种：常作为混凝土缓凝剂的化工原料有各种木质素的糖类、酸类与无机盐类。2）功能作用：不明显改变混凝土其它性能情况下，使混凝土的凝结时间延长。 3）适用范围：适用于大体积混凝土，碾压混凝土，炎热气候条件下施工的混凝土，大面积浇注的混凝土，避免冷缝产生的混凝土，自流平免振混凝土及其它需要延缓凝结时间的混凝土。8缓凝减水剂1）主要品种：普通型缓凝减水剂、高效型缓凝减水剂2）功能作用：有缓凝并有减水功能。能改善混凝土拌合物与易性，节约水泥，有缓凝作用，可降低水泥早期水化热，防止混凝土开裂。3）适用范围: 适用于大体积混凝土，碾压混凝土，炎热气候条件下施工的混凝土，大面积浇注的混凝土，避免冷缝产生的混凝土，自流平免振混凝土及其它需要延缓凝结时间的混凝土。9防冻剂1）主要品种：低温早强型防冻剂、低温防冻型防冻剂。2）功能作用：能使混凝土在一定的负温下硬化，提高早期强度，防止混凝土早期受冻破坏。3）适用范围：适用于负温条件下施工的混凝土。10微膨胀剂61）主要品种：硫铝酸钙类、硫酸铝氧化钙类、氧化钙类。2）
