淺談外加劑在水工混凝土中的應用

外加劑也稱為外摻劑或附加劑, 它是指在混凝土、砂漿和凈漿的制備過程中, 摻入少量的( 不超水泥用量的5%) 能對混凝土、砂漿或凈漿改變性能的一種產品。隨著技術的進步, 外加劑已成為除水泥、粗細骨料、摻合料和水以外的第5 種必備材料, 摻外加劑是混凝土配合比優化設計和提高混凝土耐久性的一項重要措施。因此新修訂的《水工混凝土施工規范》( DL/T5144- 2001) 強調, 水工混凝土中必須摻加適量的外加劑。

1 常用種類

　　水工混凝土常用的外加劑種類主要有減水劑、緩凝劑、引氣劑以及各種復合性的外加劑, 如緩凝減水劑或緩凝高效減水劑、早強減水劑、引氣減水劑。根據特殊需要, 也摻用其它種類的外加劑, 如泵送劑、防水劑、防凍劑等等。GB8076-1997《混凝土外加劑》、DL/T5100- 1999《水工混凝土外加劑技術規程》等國家和行業標準對這些外加劑的性能指標和技術規程都有嚴格要求, 可根據混凝土的不同需要進行選用。

　　1) 減水劑又稱塑化劑或分散劑。拌和混凝土時加入適量的減水劑, 可使水泥顆粒分散均勻, 同時將水泥顆粒包裹的水分釋放出來, 從而能明顯減少混凝土用水量。以往水工混凝土使用的減水劑一般是紙漿廢液、木鈣、糖蜜一類的普通減水劑, 減水率不高, 一般為5%～10%。隨著對水工混凝土質量要求的提高, 對減水劑的質量要求也越來越高。二灘、三峽等大型水電工程大量應用的萘系高效減水劑, 減水率高達20%～30%, 主要用來配制高強度和高流態混凝土或是需大幅度減少用水量的混凝土。高效減水劑對提高水泥使用效率具有明顯效果, 可節省水泥用量20%左右。三峽工程花崗巖人工骨料混凝土使用普通減水劑時, 用水量高達110 kg/m3 左右, 采用了優選的ZB- 1A 高效減水劑, 并和DH9 引氣劑、Ⅰ級粉煤灰聯摻后, 用水量降至85 kg/m3 左右, 達到了國內外先進水平。三峽工程還使用了減水率更高的丙烯酸類高效減水劑X404, 減水率在30%以上, 但這類減水劑的價格昂貴, 主要用在高強度混凝土部位。

　　2) 緩凝劑能延長混凝土凝結硬化時間, 是對后期強度發展無不利影響的外加劑。

　　一般緩凝劑可使混凝土的初凝時間延長1 h～4 h, 但這對高溫情況下大倉面混凝土施工是不夠的。為了滿足高溫地區和高溫季節大體積混凝土施工需要, 國家“八五”科技攻關項目研究出了高溫緩凝劑, 這種緩凝劑能使氣溫為( 35+2) ℃、相對濕度為( 60+5) %的條件下混凝土的初凝時間成為6 h～8 h。目前在三峽等工程中大量使用的緩凝高效減水劑,通過適當增加摻量, 都可使混凝土初凝時間達到6 h～8 h 以上, 滿足了35℃左右高溫季節大倉面混凝土施工需要。

　　3) 引氣劑是一種表面活性物質, 發揮起泡、分散、濕潤等表面活性作用, 它能使混凝土在攪拌過程中從大氣中引入大量均勻封閉的小氣泡, 使混凝土中含有一定量的空氣, 是常用的外加劑之一。

　　好的引氣劑能引入混凝土中的氣泡達10 億個之多, 孔徑多為0.05 mm～0.2 mm, 一般為不連續的封閉球形, 分布均勻, 穩定性好, 特別是在人工骨料或天然砂顆粒較粗、級配較差以及在貧水泥混凝土中使用效果更好。引氣劑的摻量一般在水泥重量的萬分之0.3～2 的范圍內, 由于摻量小, 因此要稱量準確, 拌和均勻。另外, 影響引氣量的因素很多, 如水灰比、水泥用量、砂率、集料、振搗方式、攪拌時間、坍塌度、成型溫度等, 都需嚴格規范操作, 否則就達不到應有效果。

　　4) 復合外加劑是具有兩種以上主要功能的外加劑, 如緩凝減水劑同時具有緩凝和減水功能, 引氣減水劑同時具有引氣和減水功能。

　　許多水電工程, 特別是三峽工程, 將兩種外加劑復合使用, 如緩凝高效減水劑和引氣劑復合, 同時具有高效減水、引氣、緩凝作用, 取得了很好的效果, 既滿足了大倉面澆筑混凝土緩凝的要求, 又達到了減水和提高耐久性的目的。

2 基本作用

2.1 改善物理力學性能

　　減水劑的摻入會使混凝土更為均勻密實, 改善一系列物理化學性能, 如抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性等, 提高了耐久性。

2.2 調節凝結、硬化時間

　　緩凝劑能延緩凝結硬化時間, 便于施工; 能使混凝土漿體水化速度減慢, 延長水化放熱過程, 有利于大體積混凝土溫度控制。緩凝劑會對混凝土1 d～3 d 早期強度有所降低,但對后期強度的正常發展并無影響。

2.3 提高或改善工程質量

　　許多外加劑可以提高混凝土的強度, 增加耐久性, 增強抗凍性、抗滲性, 改善干燥收縮及流變性能。摻加高效減水劑可配制泵送混凝土, 利用機械化施工, 對保證及提高工程質量有積極的作用。

2.4 增強適應環境的能力

　　在混凝土攪拌過程中引氣劑能引入大量分布均勻的微小氣泡, 可減少拌合物的泌水和離析, 改善和易性; 減少滲透性, 提高抗侵蝕能力, 對經常或周期性受環境水作用的水工建筑物, 增強其適應環境的能力。

2.5 節約水泥、降低成本

　　減水劑在保持混凝土配合比不變的情況下, 改善其工作性; 或在保持工作性不變的情況下減少用水量, 提高混凝土強度; 或在保持強度不變時減少水泥用量, 節約水泥, 降低成本。

2.6 滿足特種技術需要

　　混凝土中摻加防凍劑, 能使混凝土在負溫下硬化, 并在規定時間內達到足夠防凍強度, 提高早期強度, 防止受凍破壞; 混凝土中摻加防水劑, 能降低混凝土的靜水壓力的透水性, 提高混凝土的密實性、防滲性。

3 注意事項

　　1) 根據工程設計、施工條件和施工工藝等工程特點選用合適的外加劑。

　　2) 詳細閱讀外加劑的技術資料和應用說明, 了解其實際性能, 注意外加劑的質量。

　　3) 在原材料中, 水泥對外加劑的減水效果影響最大, 選擇合理的水泥品種。

　　4) 為了確保工程質量, 根據現有標準, 進行嚴格的適應性確定, 使用前進行試驗。

　　5) 同一種外加劑都有適宜的摻量, 不同的用途有不同的摻量, 嚴格掌握外加劑的摻量。

　　6) 在攪拌過程中, 外加劑的摻加方法對外加劑的使用效果影響較大, 注意采用適宜的摻加方法。

　　7) 一般情況下, 外加劑對配合比可按普通方法進行設計, 在減水或節約水泥的情況下, 應對砂率、水泥用量、水灰比等作適當調整, 注意調整配合比。

　　8) 外加劑的摻加方法、摻量及攪拌時間應根據施工特點確定。

　　9) 在攪拌時, 對于不同的摻加方法要有不同的注意事項;在運輸過程中應注意保持勻質性, 避免分層; 在成型時, 要振搗除氣, 以免欠振、漏振影響效果。注意攪拌、運輸和成型操作。

4 發展趨勢

4.1 復合多功能型

　　復合多功能型外加劑, 在性能上可以取長補短, 趨于完善, 并且要求價格便宜, 使用面廣, 性能良好。如減水劑與其他外加劑復合使用有普通減水劑、緩凝減水劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、早強減水劑、引氣減水劑。

4.2 品種系列化、多樣化

　　如系列化產品有高強混凝土、超高強混凝土、緩凝高強混凝土等。不斷研制開發新品種, 使品種系列化、多樣化, 以滿足各種特殊工程的需要, 并方便工程使用和質量控制。滿足混凝土特殊性能要求而發展起來的泵送劑、防水劑、防凍劑等品種日益增加, 目前國外總的外加劑品種在500 種左右。

4.3 發展高強化外加劑

　　近年來, 各國使用的混凝土的平均強度和最高強度都在不斷提高, 發展高強化所需用的高效能外加劑, 為制備高強、超高強混凝土提供條件, 利用高效減水劑的減水作用, 制備大流動性混凝土, 使施工省力, 造價降低, 工效提高。

4.4 發展新型高性能外加劑

　　目前國內對高性能外加劑的研究方興未艾, 高性能的外加劑呼之欲出。如超緩凝劑、低堿有機鹽型防凍劑, 這些都在研究試制中。

4.5 降低生產成本

　　充分利用各種工業廢料, 如: 紙漿廢液、蘆葦漿廢液、制糖工業廢蜜及工業廢渣生產外加劑, 采用先進的測試手段,研制外加劑的作用機理, 改革外加劑的配方和生產工藝, 生產高效、廉價的外加劑產品, 為廣泛推廣應用外加劑提高競爭能力。

5 結語

　　外加劑在三峽水利樞紐工程、二灘水電站、南水北調工程中應用效果良好, 從綜合因素考慮有廣闊地發展前景。隨著外加劑品種的不斷開發增加, 質量逐步提高, 應用會日益廣泛, 研究會更加深入, 定會在水利水電工程建設中起到積極的影響作用。