混凝土外加剂简介与原理
混凝土外加剂简介与原理
1.引言
外加剂是指为改善混凝土的和易性，防止混凝土泌水，降低用水量和提高耐久性，以满足施工、生产或使用的需要而加入混凝土中的一类特殊组分。外加剂可分为外加剂组分和外加剂两大类。外加剂组分主要有减水剂、泵送剂、防水剂和引气剂等；外加剂外加剂又可分为减水剂和引气剂等。由于外加剂种类繁多，性能各异，应用也不尽相同，加之其生产方法和生产成本不同，对混凝土质量的影响也不同。因此，有必要对目前使用较多的减水剂、泵送剂、防水剂和引气剂等5种外加剂组分在混凝土中的作用原理及应用作一论述。（1）减水剂是目前使用较多的一种外加剂组分，主要有：聚乙二醇类（PEG600、PEG2000）、聚羧酸系（PCEMPA）、木质素磺酸盐类（HS-801）和羟基羧酸类（HS-3B）等。由于其减水率较大，保坍性能较好，能降低用水量，减少水泥的用量，有利于改善混凝土的和易性和可泵性，并具有较好的抗渗、抗冻性能，故在工程中得到广泛的应用。
预制
目前国内外研究应用最多的聚羧酸系减水剂是以羧酸类与环氧丙烷（或环氧丙烷与甲基丙烯酸酯）通过化学反应而制得的聚醚系列产品，如聚羧酸系减水剂、纤维素醚等。聚羧酸系减水剂的主要特点是：减水率大、保坍性好、不易泌水、对水泥适应性强、水化热低、缓凝效果好等。
（2）泵送剂是目前使用较多的一种外加剂组分，主要有：聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、木质素磺酸盐类高效减水剂及三种缓凝型聚羧酸类减水剂组分（聚乙二醇类剂及磺酸类）等。由于其具有减水率大，保坍性能较好，能降低用水量，减少水泥用量，对混凝土的和易性和流动性影响较小等优点，故在工程中得到广泛的应用。
（3）引气剂是指为了改善混凝土的工作性和耐久性而加入混凝土中的少量引气剂，目前使用较多的引气剂是在水泥中引入大量微小气泡。但有些引气剂，如 TJ型、T型聚羧酸类引气剂，在混凝土中引入大量微小气泡，会降低混凝土的坍落度经时损失，影响混凝土的和易性。
（4）防水剂是指能防止和延缓水和水泥石间的反应而加入到混凝土中的一种外加剂组分。目前使用较多的防水剂是甲基二硫代丙烷磺酸盐类（TMP），由于其具有良好的保水性、分散性和不离析特性，对防止混凝土泌水、离析和改善混凝土抗冻性能方面有良好作用。
（5）引气剂是指能在混凝土中引入大量微小气泡而改善混凝土工作性能或提高其耐久性的外加剂组分。目前使用较多的引气剂是聚羧酸类（如 TJ、 CTJ等）和甲基磺酸盐类（如 TMP）。由于其具有良好的保水性、分散性和不离析特性，能防止和延缓水和水泥石的反应，因此，可提高混凝土的抗渗性，改善混凝土的抗冻性。
减水剂、泵送剂、防水剂和引气剂在工程中的应用已越来越广泛，它们都是在混凝土拌和物中掺入适量的外加剂以提高混凝土工作性或改善其耐久性。其中，减水剂是最常用的外加剂。混凝土外加剂品种繁多，性能各异，应用范围不同，有的可用于配制高强、高性能、高强高性能混凝土和高性能商品混凝土；有的可用于配制高强、高耐久、抗腐蚀等不同性能的混凝土；有的可用于配制各种功能、特种用途的混凝土。随着现代工业的发展，建筑技术也在不断革新，混凝土工程规模不断扩大，对混凝土的技术要求也越来越高，不仅要求混凝土具有良好的工作性能，而且还要求混凝土具有优良的耐久性和一定的经济效益，但由于混凝土本身就是一种高能耗和高成本材料，为了解决这一矛盾，从上世纪90年代开始，随着现代工业的发展，各种新型外加剂应运而生。与传统外加剂相比，这些新材料能降低原材料用量、提高生产效率、减少环境污染、缩短施工周期、降低成本。而且它们还能改善混凝土的性能，提高混凝土的耐久性和防水性等性能。因此，在现代建筑工程中得到广泛应用。通过大量试验和工程实践证明，混凝土外加剂具有明显的经济效益、社会效益和环境效益，随着国内外混凝土外加剂技术的发展和广泛应用，国内已经研制出了一些新型高效减水剂、泵送剂、防水剂、引气剂等品种。
随着我国混凝土工程建设的发展，混凝土外加剂将在21世纪得到更广泛的应用。中国建材联合会组织编写的《混凝土外加剂》（YB/T317-2006）已于2006年10月1日正式实施，这标志着我国建筑材料行业进入了一个新的发展阶段，对推动我国建筑材料行业发展将产生积极的影响。
在此我们非常希望与业内人士共同探讨、共同提高。
1、混凝土外加剂的分类
1.1减水剂
减水剂是指能降低水在拌合物中的自由流动和凝结时间，改善拌合物流动性的一类外加剂。它通常是由具有不同性质的化学成分和作用机制组成的。在实际工程中，减水剂可分为减水率较大，对水泥适应性较好的高效减水剂；也可分为减水率较小、凝结时间长的缓凝减水剂；也可分为减水率低、保坍性好的聚羧酸系高性能减水剂等。
1.2泵送剂
泵送混凝土是指在建筑物或构筑物工程中，为了提高施工进度和方便施工，而将拌合物泵送到指定位置所采用的一种混凝土。混凝土泵送技术是现代混凝土施工技术的重要组成部分，也是现代混凝土技术发展的主流。目前，我国大多数工程混凝土所用的拌合物都是采用现场搅拌法制备，其流动性较差，流动性损失较快，而且混凝土的工作性也很难达到设计要求，不能满足泵送混凝土的要求。因此，泵送混凝土技术已成为我国现代混凝土施工中的一项重要内容。
泵送混凝土所用外加剂主要有高效减水剂和缓凝剂两类。泵送混凝土一般掺加减水剂能提高流动性、保水性和缓凝，并能提高工程质量；掺缓凝剂则可保证混凝土终凝前不产生离析现象。近年来随着对混凝土泵送工作的进一步深入研究，各种泵送剂也相继问世。
泵送剂是一种能使混凝土在泵送过程中保持良好工作性能的外加剂。1)萘系高效减水剂是目前使用最广泛的一种外加剂。它由脂肪族羟基与萘环构成的复配体系，具有减水率高、保坍性好、掺量小、不引气和适应性广等特点。
2)聚羧酸系高效减水剂是通过分子间作用力和表面活性剂效应来实现减水增塑和缓凝等功能的外加剂，它掺加到混凝土中后，不仅能满足混凝土泵送的要求，而且还能保持良好的工作性。在进行泵送混凝土配合比设计时，应以降低水灰比和坍落度损失为前提。
3)聚羧酸系高效缓凝剂：聚羧酸系缓凝剂是一种高效、缓凝、减水、增稠、粘稠性的外加剂，可在不损失坍落度的前提下延长混凝土的初凝时间。在配制泵送混凝土时，用量小和易性好，能保持良好的工作性，且混凝土的早期强度能得到较好的提高。在配合比设计时，应充分考虑混凝土的坍落度损失及运输和泵送过程中对混凝土质量的影响。
4)羧基高效减水剂是通过羧基与羟基反应合成一种水溶性的具有高效减水性能的外加剂。其本身的分子结构和混凝土中存在于水泥颗粒表面的水分可以通过吸附在水泥颗粒上而降低水分蒸发速度，从而起到缓凝作用。
5)萘系高效减水剂是一种具有极好的泵送性能和分散性能、能降低水灰比和改善和易性、并且具有一定缓凝效果的外加剂。因此，萘系高效减水剂在我国得到了广泛的应用，成为泵送混凝土的主要外加剂之一。
6)聚羧酸系高效缓凝剂是通过吸附在水泥颗粒表面，降低水泥颗粒间的界面能而达到缓凝目的的外加剂。聚羧酸系高效缓凝剂具有很好的分散性能，可以有效地改善混凝土的工作性，且不会降低混凝土的强度，适合用于泵送混凝土。
7)根据外加剂的种类可将泵送剂分为减水剂和缓凝剂两大类。目前国内使用较多的是萘系高效减水剂和聚羧酸高效缓凝剂，其他外加剂如聚羧酸系高效减水剂等还在研究之中。
8)目前，我国泵送剂的应用技术仍处于初级阶段。国外的先进经验表明，在泵送混凝土配合比设计中，除了满足强度、耐久性、体积稳定性外，还应保证混凝土具有良好的工作性能，即具有良好的可泵性。而我国现阶段的泵送剂却存在着严重的品种少、质量差和掺量高等问题。
泵送混凝土中常掺加减水剂，但减水剂所具有的减水效果在很大程度上是通过掺加过量的引气剂而实现的，使用引气剂时也应注意掺量的控制。实践证明，适当的引气可起到延缓水化、抑制泌水和增强保坍性能等作用，但其使用量也不宜过多。据有关资料介绍，混凝土中引气过量时，会造成混凝土体积收缩变形增大、水泥用量减少、混凝土强度降低和耐久性变差等问题。因此，在施工过程中，要严格控制引气剂的用量，既要防止混凝土过早泌水，又要防止混凝土过晚泌水，即减少混凝土的泌水量。另外，引气剂还具有缓凝、减水作用，可以使混凝土的坍落度损失相对降低。
目前我国对泵送混凝土所用外加剂研究虽有进展，但仍处于初步阶段。虽然不同种类的泵送混凝土用外加剂与其他外加剂相比具有更多的优越性，如对水泥颗粒有一定的分散作用，具有良好的泵送性能等。但随着科学技术的发展和新材料新技术的不断涌现，在未来泵送剂在泵送混凝土中仍将起到不可替代的作用。所以它将是今后一段时间内我国泵送混凝土外加剂应用的主要趋势。目前我国生产的泵送剂种类很多，主要有萘系高效减水剂、聚羧酸高效缓凝剂、引气剂、早强缓凝剂等，其中以萘系高效减水剂和聚羧酸高效缓凝剂使用最多。
萘系高效减水剂是最早研制的一类新型高效减水剂，具有掺量小、减水率高、保坍性好、含气量低等特点。
在泵送剂研究中，聚羧酸高效缓凝剂发展最快，其应用也比较广泛。
目前我国已研制出多种具有不同结构的聚羧酸缓凝剂，如萘系减水缓凝剂、羧酸系缓凝高效减水剂等，并有多种泵送混凝土专用缓凝剂在工程中得到应用，但品种单一的现象较为普遍。
在未来的研究和开发中，应加强对泵送混凝土专用缓凝高效减水剂的研发。由于泵送剂种类众多，许多外加剂厂家为了减少生产成本，在泵送剂的产品质量上往往不加区别，以次充好，其产品质量难以保证，使泵送混凝土工程质量得不到保障，因此加强泵送剂产品质量的控制是今后工作的重点。
在研究泵送剂品种时应考虑到各种因素，如混凝土中的含气量、水灰比、坍落度等因素。同时还要注意混凝土坍落度损失对混凝土质量和工程成本的影响。应尽量减少混凝土的坍落度损失，并且应根据原材料的不同合理确定混凝土所需用水量，使之与混凝土搅拌站控制所需用水量一致。此外还要注意对混凝土的力学性能、耐久性。能和温度等方面的影响。为了使泵送剂能更好地服务于泵送混凝土的生产，应加强对其各项性能指标的检测，在此基础上，通过科学的设计手段和合理的工艺方法来达到最佳效果。另外，在泵送混凝土中掺加泵送剂要注意各种外加剂之间的相互配合，以确保混凝土生产过程中的质量稳定。
泵送混凝土是现代工程建设中一种重要的施工方法，它具有用量少、质量好、速度快、成本低等优点，在我国国民经济建设中已占有很大比重。随着我国科学技术水平的不断提高，各种新材料、新技术在工程建设中的应用范围也越来越广泛，泵送混凝土技术也将成为现代建筑施工技术的重要组成部分。
泵送混凝土可使混凝土拌合物的流动性增大，同时在泵送时具有高保坍能力强、流动度损失小、便于运输等优点，使施工方便，同时提高了混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性，因此在现代工程建设中具有不可替代的作用。
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