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混凝土外加剂详细介绍

    1概述

    混凝土是大宗的建筑材料。目前,在现代混凝土的生产中,混凝土外加剂已经成为了混凝土不可或缺的一大组分。纵观混凝土的发展历史,由传统混凝土到现代混凝土的出现,混凝土外加剂功不可没。实践证明,混凝土外加剂对改善新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要作用,随着对外加剂的研究和探索,混凝土的施工工艺及新品种混凝土取得了长足的发展。



    事实上,混凝土外加剂自问世以来,其推广应用并不是一帆风顺的,曾经有许多权威人士从技术的角度否定过混凝土外加剂的应用价值。比如,由于引气剂会降低水泥基材料的强度,原建设主管部门曾专门规定,在砂浆、混凝土中不得掺用引气剂。可后来发出现,引气剂可以使混凝土用水量减少,同时使施工后的混凝土泌水沉降率降低,其引入的大量微小的气泡占据了混凝土中的自由空间,破坏了毛细管的连续性,从而使抗渗性得以改善,除此之外,还能显著提高混凝土抗冻性能,并且当混凝土中含有封闭的细小空气泡时,可降低由于碱集料反应引起的膨胀。再比如,曾经被称为“水泥杆菌”的钙矾石,认为它是混凝土因硫酸盐腐蚀而失效的罪魁祸首;可后来发现,钙矾石能够补偿混凝土收缩,于是有了现在的硫铝酸盐膨胀剂。

    简单地说,混凝土外加剂也并不是改善混凝土性能的全能剂。它在混凝土中能发挥多大的正面作用,还要取决于我们对它的选择和使用方法。如果选择使用不当,就会造成工程质量事故。曾经,中国工程院孙伟院士在讨论港珠澳大桥的寿命时就称:混凝土外加剂加速了桥梁的损伤裂化。武汉工程大学喻幼卿教授也认为外加剂对混凝土建筑物的使用寿命有影响,一方面是使用的外加剂本身存在缺陷;另一方面是劣质外加剂充斥市场。正是由于存在这样的嫌疑,那么在混凝土外加剂的选择和使用上,就要从外加剂本身的品质性能、外加剂与胶凝材料的适应性、不同品种外加剂复合使用时的相容性及对混凝土性能的影响、混凝土外加剂掺量等方面加强重视。

    2混凝土外加剂分类、性能与应用

    混凝土外加剂按其主要功能分为四类:改善混凝土拌合物流变性能的外加剂;调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂;改善混凝土耐久性的外加剂;改善混凝土其他性能的外加剂。

    混凝土外加剂按使用效果分为减水剂(普通减水剂、高效减水剂、聚羧酸系高性能减水剂、引气减水剂);调凝剂(缓凝剂、早强剂、速凝剂);引气剂、加气剂;防水剂;阻锈剂;防冻剂;泵送剂;膨胀剂等。

    2.1减水剂

    减水剂是混凝土外加剂中应用为广泛的一类,在混凝土中主要起吸附分散、润滑和湿润作用。普通减水剂宜用于日低气温5℃以上强度等级为C40以下的混凝土,不宜单独用于蒸养混凝土。当掺用含有木质素磺酸盐类物质的普通减水剂时应先做水泥适应性试验,合格后方可使用。高效减水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土,并可用于制备高强混凝土,且标准型高效减水剂宜用于日低气温0℃以上施工的混凝土,也可用于蒸养混凝土。聚羧酸系高性能减水剂宜用于高强混凝土、自密实混凝土、泵送混凝土、清水混凝土、预制构件混凝土和钢管混凝土、具有高体积稳定性及高耐久性或高工作性要求的混凝土。引气减水剂宜用于有抗冻融要求的混凝土、泵送混凝土和易产生泌水的混凝土;可用于抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工砂混凝土和有饰面要求的混凝土,不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。

    2.2调凝剂

    概括地讲,调凝剂主要是通过改变水泥水化的进程,来达到混凝土需要的效果。

    缓凝剂宜用于延缓凝结时间的混凝土、对坍落度保持能力有要求及静停时间较长或长距离运输的混凝土、自密实混凝土,可用于大体积混凝土,混凝土施工日低气温5℃以上;不宜用于有早强要求的混凝土;且柠檬酸(钠)及酒石酸(钾钠)等缓凝剂不宜单独用于贫混凝土,含有糖类组分的缓凝剂与减水剂复合使用时,需进行相容性试验,合格后方可使用。

    早强剂宜用于蒸养(有机胺类早强剂除外)、常温、低温和低温度不低于-5℃环境中施工的有早强要求的混凝土工程;不宜用于大体积混凝土、炎热条件和环境温度低于-5℃时施工的混凝土。另外,处于水位变化的结构,露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构,相对湿度大于80%环境中使用的结构,直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构,有装饰要求的混凝土不宜使用无机盐类早强剂。

    速凝剂可用于喷射法施工的砂浆或混凝土,或有速凝要求的其他混凝土。粉状速凝剂宜用于干法施工,液体速凝剂宜用于湿法施工。当施工对碱含量有特殊要求的喷射混凝土工程,宜选用碱含量小于1%的低碱速凝剂。

    2.3引气剂和加气剂

    引气剂是使混凝土拌合物在拌合过程中引入空气而形成大量微小、封闭而稳定气泡的外加剂。绝大部分引气剂的成分为松香衍生物以及各种磺酸盐,如烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠,在混凝土中主要起界面活化和起泡作用。主要宜用于有抗冻融要求的混凝土、泵送混凝土和易产生泌水的混凝土;可用于抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工砂混凝土和有饰面要求的混凝土;不宜用于蒸养混凝土以及预应力混凝土。

    加气剂是指加在普通混凝土或砂浆中,以产生大量微小气泡而使成为加气混凝土的物质。用松脂酸钠、环烷酸皂等作加气剂时,可提高混凝土浇筑时的流动性,硬化后的抗水性、抗冻性和耐久性。主要用于修筑路面、海港工程等。

    2.4防水剂

    防水剂包括无机质防水剂、有机质防水剂和复合防水剂。无机质防水剂有铁盐、水玻璃、硅灰粉末等。铁盐、水玻璃与水泥水化产物氢氧化钙反应,分别形成氢氧化铁胶体和不溶性硅酸钙,填充砂浆或混凝土中的孔隙,使抗渗性提高。硅灰粉末主要通过与水泥水化生成物反应,反应产物堵塞孔隙,使混凝土抗渗性提高。有机质防水剂,主要是具有憎水作用的表面活性剂或化合物,通过憎水作用使混凝土防水。防水剂可用于有防水抗渗要求的混凝土工程,对有抗冻要求的混凝土工程宜选用复合引气组分的防水剂。

    2.5阻锈剂

    阻锈剂按其主要成分可分为有机和无机两大类。对混凝土拌合物,大多数无机阻锈剂对其和易性有所改善,对水泥水化过程的影响与早强剂相似;有机防锈剂对混凝土拌合物有延缓放热的作用。对硬化混凝土,若掺入Ca(NO2)2阻锈剂,混凝土的早期和后期强度均有显著提高;若掺入NaNO2阻锈剂,各龄期抗压强度均有所降低。宜用于容易引起钢筋锈蚀的侵蚀环境中钢筋混凝土、预应力混凝土和钢纤维混凝土、预应力孔道灌浆,以及新建混凝土工程和修复工程。

    2.6泵送剂

    泵送剂能够使混凝土黏聚性增大、泌水性降低,并减小混凝土坍落度经时损失,从而改善混凝土可泵性。分为一般泵送剂和防冻泵送剂。宜用于泵送施工的混凝土,日平均气温5℃以上的施工环境;可用于工业与民用建筑结构工程混凝土、桥梁混凝土、水下灌注桩混凝土、大坝混凝土、清水混凝土、防辐射混凝土和纤维增强混凝土等;不宜用于蒸养混凝土及蒸养预制混凝土。当使用含糖类或木质素磺酸盐的泵送剂时,需要进行外加剂相容性试验。

    2.7膨胀剂

    水泥凝结硬化过程中,能使混凝土产生可控膨胀、减少收缩的一种功能性外加剂称为膨胀剂。主要种类包括硫铝酸钙类、硫铝酸钙—氧化钙类、氧化钙类混凝土膨胀剂。其主要功能是补偿混凝土硬化过程中的干缩和冷缩。目前膨胀剂主要是掺入硅酸盐类水泥中使用,用于配制补偿收缩混凝土或自应力混凝土;使用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土宜用于混凝土结构自防水、工程接缝、填充灌浆,采用连续施工的超长混凝土结构,大体积混凝土工程等;用膨胀剂配制的自应力混凝土宜用于自应力混凝土输水管、灌注桩等。含硫铝酸钙类、硫铝酸钙—氧化钙类膨胀剂配制的混凝土不得用于长期环境温度为80℃以上的工程。

    2.8防冻剂

    防冻剂是能使混凝土拌合物在负温下保持足够的液相,以利于水泥水化反应的继续进行,待转入正温后,混凝土强度能得到进一步增长的外加剂;其防冻组分分为有机化合物类(某些醇类、尿素)和无机盐类(亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯盐)。目前,大部分防冻剂是复合型的,如采用防冻组分与早强、引气和减水组分复合而成的防冻剂。主要用于冬期施工的混凝土。

    3混凝土外加剂的选择、掺量与掺加技术

    3.1混凝土外加剂的选择

    混凝土外加剂种类很多、功能各异,使用效果易受多种因素影响,因此,使用时,外加剂种类应根据工程设计和施工条件、施工工艺选择,通过采用工程实际使用的原材料,经过试验验证,达到满足混凝土工作性、力学性能、长期性能、耐久性能、安全性及节能环保等设计和施工要求。另外,还可以根据供应商生产技术水平与便捷性、经济性试用外加剂品牌。初步选好要使用的外加剂后,还要进行水泥与外加剂适应性试验,甚至还应进行不同供方、不同品种的外加剂共同使用时的

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