天津市交通科学研究院 天津市 300300
摘要：目前，混凝土已应用于高层建筑、大跨度桥梁等建筑工程。随着新结构、新工艺的发展，要求混凝土具有降低水化热、大流动度、早强、高强、抗渗、抗裂、轻质和高耐久性等不同需求的性能。普通混凝土在某些方面已不能满足要求，这就要求对混凝土作出更加有效地改善。现今混凝土中除了必备材料之外，外加剂也成为其中必不可少的材料，浅要介绍不同的外加剂对混凝土性能的改善的作用机理。
关键词：混凝土；外加剂；作用原理；性能
混凝土外加剂是在混凝土搅拌前或拌制时加入的一种用以改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的材料。按其主要功能分为改善混凝土流变性能的外加剂；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包括引气剂、阻锈剂和防水剂等；改善混凝土其他性能的外加剂（如粘结剂、消泡剂、脱模剂、着色剂和防潮剂等）。外加剂已经成为混凝土除了水泥、砂、石、水的第五元素。它的发展给工程带了可观的经济效益。而减水剂是目前研究和使用最广泛的一种混凝土外加剂。因此，研究减水剂的作用机理及其在使用过程中存在的问题意义很大。
一、慨述
各种外加剂的掺入原理上主要是对水泥产生化学或物理上的作用，其中物理作用又分为参与水化反应和不参与水化反应，化学作用则产生新的物质，从而达到施工所需的目的。减水剂即是参与水化反应的物理作用，它是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。根据其减水及增强能力，分为普通减水剂和高效减水剂，普通减水剂的掺量一般为0.1%～0.3%，高效能减水剂的掺量一般为0.3%～1.5%，现用最多的减水剂为高效聚羧酸减水剂。目前项目用的最多的便是该减水剂，主要工作原理为：减水剂对混凝土的流动性具有很好的作用，正常的如果不掺减水剂水泥和水作用不够充分会有结块，水泥离子将部分水分包裹不能起到很好的水化作用，掺入减水剂后，减水剂中的化学物质会吸附到水泥表面，使得相近的水泥颗粒由于相斥而分解，将被包裹的水分子释放出来，是这部分水分可以参与水化反应，从而减少了水灰比，提高混凝土的强度和耐久性，达到很好的流动性。在水灰比不变的情况下，掺加减水剂可使混凝土初始坍落度提高10cm以上，流动性大大增加，且具有再塑性。在保持混凝土坍落度基本不变的情况下，掺加减水剂可节约水泥用量，而混凝土早期强度仍能比不掺者有所提高，从而达到经济效应。减水剂的掺量在同一配比不同季节的情况下也需进行适当调整，因为不同温度下的水分子的活性不同，水分子与水泥的作用会受到温度的影响，因此在使用减水剂时，冬季和夏季的减水剂配置会有所不同。
二、外加剂对水泥混凝土性能的影响
1、外加剂的主要含义与添加特点。首先，在水泥混凝土的搅拌过程中，外加剂的主要含义为：外加剂的添加，显著改善了水泥混凝土的化学性质，例如对水泥混凝土碳化性、抗冻性、抗旱性的改善与提升，从而提高各类型建筑工程的特定施工质量。例如通过向水泥混凝土中添加外加剂，从而提升建筑工程在高温环境下的抗旱耐热性、在极寒低温环境下建筑工程的抗寒性，并因此降低了建筑工程出现混凝土结构性裂缝、伸缩裂缝等问题的潜在风险系数与出现概率。其次，外加剂在水泥混凝土中添加的主要特点为：第一，外加剂在水泥混凝土中的添加比例不应超过水泥混凝土自身质量的5%，在超过这一添加比例后，水泥混凝土的各项质量反而会呈现全面降低态势；第二，外加剂的添加会显著提升水泥混凝土的砼强度，其强度提升幅度较大，普遍在20%-60%区间范围内。
2、减水剂对水泥混凝土性能影响。减水剂在水泥混凝土中添加的主要作用机理为：第一，对水泥混凝土的分散作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在向水泥混凝土中添加减水剂后，减水剂作用分子在水泥混凝土颗粒表层会出现分子附着现象，并在水泥混凝土颗粒表层产生电荷，因此在不同水泥混凝土颗粒之间形成静电排斥，从而实现对水泥混凝土颗粒之间形成排斥力，将水泥混凝土进行颗粒分散。第二，减水剂的添加对水泥混凝土坍塌度损失的控制作用。在现阶段减水剂的配置过程中，减水剂分子末端往往具有一定数量的支链，而支链在减水剂分子在水泥混凝土颗粒分散、润滑作用的发挥过程中，施工人员与技术管理人员可通过对反应时间的控制，来将水泥混凝土的坍塌度控制在一定范围内。例如在向水泥混凝土中添加减水剂，并在混凝土预伴一小时以内，水泥混凝土的坍塌度损失可控制在5%以内，而两小时可控制在10%以内。
三、减水剂在混凝土工程中的应用
减水外加剂作为高性能混凝土的一个必不可少的组分，已经得到广泛应用。它在混凝土坍落度基本相同的条件下能显著减少混凝土拌和用水量，可以增加流动性、提高混凝土强度、节约水泥、改善混凝土的耐久性。此外，减水剂的使用还可以提高混凝土拌合物的保坍性，改善混凝土拌合物的泌水、离析等现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度，降低水泥水化所引起的裂变、收缩及热变形等现象。总之，它在混凝土中的作用既可以降低成本、改善施工又可以改善混凝土的性能。
1、工程应用中存在的问题。我国减水剂在混凝土中的应用有了很大进展，但混凝土外加剂与水泥的适应性问题，自外加剂应用于混凝土以来，一直伴随至今，减水剂与混凝土的适应性问题也尤为突出。要充分发挥混凝土外加剂在建筑工程中的作用，首先要掌握混凝土外加剂与水泥适应的作用规律，才能解决好混凝土外加剂与水泥适应性问题，从而确保混凝土具有较好的施工性能，并且确保体积稳定性能、耐久性能及混凝土强度等符合施工要求。减水剂与水泥适应性的好坏可以用吸附量大小来评定，而吸附量的测定可以用紫外可见吸收光谱分析，所用仪器为紫外可见分光光度计。评价高效减水剂相容性的方法是：以净浆流动度为评价指标的净浆流动度法；以反映水泥净浆流下时间与高效减水剂掺量动态变化的MarshCone（锥度计）法。相容性的评价指标主要有三个：初始、60min减水剂饱和点（是指浆体流动度不再上升的减水剂掺量）；基准减水剂0.8%掺量时的初始Marsh时间或流动度；基准减水剂0.8%掺量时的经过时损失率。按照JC/T1083《水泥与减水剂相容性试验方法》对本工程所使用的减水剂进行相容性检测，通过检测，最终测定减水剂的最佳饱和掺量为1.0%，拌制混凝土后各项性能检测指标满足设计要求。
2、工程应用中问题的改善措施
（1）正确选择减水剂的种类。减水剂的选用以减水率、保水性和保塑性为主要指标。在不增加用水量的前提下，使商品混凝土具有大坍落度、不离析、不泌水、坍落度经时损失小等性能的外加剂是优选产品。
（2）合理确定减水剂的最佳掺量。最佳掺量指的是通过混凝土试配而确定的减水外加剂的掺入量。在满足混凝土性能要求的前提下，掺入量越少越经济。决定掺入量的因素主要有减水剂的品种、减水剂应用的目的、水泥品种、混凝土组成材料及配比、单位水泥用量等。此外，混合材等也影响外加剂的掺量，比表面高、C3A含量高的水泥高效减水剂掺量应多一些。
（3）充分考虑外加剂与水泥的双向适应性。水泥与外加剂的双向适应指的是在配置混凝土时，不仅要求外加剂适应水泥，同时也要求水泥通过调整其熟料矿物组成、细度及颗粒级配等来适应外加剂。只有二者双向适应了，才能配制出性能优异、施工方便的混凝土。
随着商品混凝土的大量应用，越来越离不开混凝土减水外加剂，它在混凝土工程中发挥的作用大家有目共睹。虽然影响混凝土减水剂与水泥适应性的因素很多，但是只要人们注意到混凝土减水剂与水泥存在适应性的问题，正确选择混凝土减水剂与水泥及掺合料品种等原材料，合理确定混凝土减水剂的最佳掺量并充分考虑减水剂与水泥双向适应性这些问题，通过混凝土配合比设计与试配，合理配制混凝土，混凝土减水剂与水泥适应性就可以较好地得到解决。
参考文献
[1]陈军超，蔡其全，李萍.混凝土外加剂的应用与发展方向探析[J].科技促进发展2017.
[2]李亮.浅谈混凝土外加剂的应用现状及发展[J].城市建设理论研究（电子版），2016.
[3]孙振平，蒋正武，王培铭.混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施[J].建筑材料学报，2017，6（4）.
论文作者:曹峰源
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/10
标签：混凝土论文; 水泥论文; 减水剂论文; 外加剂论文; 作用论文; 性能论文; 水化论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;