摘要：化学助剂对于提高混凝土性能起到越来越重要的作用，本文通过化学助剂改善混凝土的和易性、调剂混凝土龄期及硬化性能、改善混凝土的耐久性以及其他改善混凝土性能等功能特点，将混凝土的化学助剂分为四类；同时将其中具有较强特点的早强剂、减水剂、引气剂以及缓凝剂进行分别研究，分别阐述了它们的特点、作用机理以及未来的发展趋势，为工程技术人员提供实际操作依据及借鉴。
关键词：混凝土化学助剂；早强剂；减水剂；引气剂；缓凝剂
引言
混凝土的组成原料有水泥、砂、石子、外加剂以及水，通过将这些材料混合搅拌制备而成，混凝土是建筑行业的重要材料之一，被广泛的应用于房屋建筑、道路、桥梁、水坝等各类基础设施的施工作业当中[1]。现行标准中确定，混凝土化学助剂是混凝土混合料的第五组分，通过掺入一定比例外加剂的方式能够起到改善混凝土强度、耐久性以及其他相关工作性能的效果[2]。
1 混凝土的化学助剂
混凝土的化学助剂通常被简称为外加剂，其主要作用是在混凝土搅拌前或搅拌过程中掺入一定量外加剂通过物理和化学反应来改善混凝土性能。起初，在混凝土中添加外加剂只是为了节约水泥的用量，然而随着科学技术的不断发展，混凝土外加剂的种类也日渐增多。外加剂的命名则是按其具有的功能中最主要的功能来进行命名。因此在外加剂功能的角度上，大致将混凝土外加剂分为四类（见表1）。
从外加剂分类过程中，可以看出混凝土外加剂主要是通过以下几个方面来改善混凝土的性能：通过改变混凝土的用水量来增加混凝土的和易性；通过调节混凝土的凝结时间来增加混凝土的硬化性能：通过减少混凝土泌水和离析现象，增加混凝土的和易性和抗水陶洗性；通过加入膨胀剂减少混凝土收缩来补偿收缩性能；其他诸如添加外加剂来提高混凝土的强度，抗冻、抗渗、抗腐蚀性能等[1]。
表1.混凝土外加剂分类
.png)
2 混凝土早强剂
混凝土在施工过程中，从水化引起的凝结硬化到预期的强度需要一段较长的时间，掺加早强剂可以显著提高混凝土早期强度，从而缩短养护时间。早强剂又叫促强剂，它能够调节混凝土凝结、硬化速度。在冬期施工时或有早强要求的混凝土工程中一般需要添加早强剂，以缩短脱模和养护时间，加快施工进度，从而有效提高施工质量，节约混凝土施工成本。东北、华北、西北地区的冬季较长，在混凝土施工中气温有时会降至1O℃以下，掺加早强剂或早强减水剂可以有效避免冻害[3]。
2.1混凝土早强剂种类
至今，国内外先后开发的早强型外加剂主要包括：氯盐、硫酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐等无机盐类早强剂；三乙醇胺、甲酸钙和尿素等有机物类早强剂；多种复合型早强类外加剂，例如早强减水剂、早强防冻剂和早强泵送剂等。其按照化学成分可以分为无机系、有机系和复合系早强剂。较常用的早强剂有氯盐类、硫酸盐早强剂、三乙醇胺复合类早强剂[4]。
2.2早强剂作用机理
混凝土早强剂的种类有很多，但无论是无机类早强剂还是有机类早强剂，其作用机理都是降低水泥熟料颗粒与水接触的表面张力，增加其在水中的溶解度，同时通过添加的早强剂降低水泥水解产物在水中的浓度，从而促进C3S（硅酸三钙3CaO•SiO2）、C2S（硅酸二钙2CaO•SiO2）、C3A（3CaO•Al₂O₃）、C4AF（铁铝酸四钙4CaO•Al2O3•Fe2O3）等水泥组分溶解速度的提高，加速钙矾石、C-S-H凝胶等水化产物的生成，加快水泥的凝结和硬化[5]。
硅酸盐水泥中C3S和C2S的化合物名称，比较两者的水化速度快慢和水化热大小反应机理方程式：
（1）硅酸三钙加n个水后，迅速释放出Ca2十（钙离子）、0H一（氢氧根离子），溶液PH值>12以上，水化过程大约15mln左右，放热较多500j/g。
3Ca0•Si02十nH20=xCa0•Si02•yH20十〈3-X〉Ca（0H）2
（2）硅酸二钙加水后，同样释出钙离和氢氧根离子，生成氢氧化钙，但释出量较小，水化速度较慢，水化热约：250j/g。
2Ca0•Si02十nH20=xCa0•Si02•yH20十（2-x）Ca（0H）2
2.3混凝土早强剂的发展趋势
早强剂可以提高混凝土早期强度，从而有效提高施工质量，节约混凝土施工成本。随着生产实践的不断应用和推广，人们对于各类早强剂对混凝土性能作用程度的了解不断深入，考虑到混凝土的性能需要和长期稳定性，常用的单一类型早强剂已经不能满足需求，而将多种类型的早强剂相互复合或早强剂与减水剂组合使用可以更好地提高混凝土综合性能，使其既能提高混凝土早期强度，又有利于促进后期增强，还能具有一定的减水效果，同时可以避免混凝土内部钢筋锈蚀的问题等。新型早强剂的开发和应用将是混凝土外加剂的一个重要发展领域。[3]
3 混凝土减水剂
减水剂是混凝土外加剂的一种，用来改善新拌和混凝土性能。当在水泥中加入减水剂后，在不改变混合体系组成的条件下，可增加混凝土拌合物的和易性与坍落度；或在混凝土拌合物的和易性不变条件下，减少拌和用水量以提高混凝土的强度与耐久性，并降低因水泥的水合作用而引起的裂变、收缩及热变形等现象。
3.1混凝土减水剂种类
减水剂按其发展历程总体可分为三类：以木质素磺酸盐为代表的第一代减水剂，现阶段主要用于复配；以萘系为代表的第二代减水剂，该类别减水剂种类最为广泛；以聚羧酸系为代表的第三代减水剂，其性能优越性明显。而在建筑业发展的同时，减水剂行业也在不断更迭，减水剂的性能也在不断改善。[6]
3.2混凝土减水剂作用机理
减水剂在不增加水泥用量的前提下，改善新拌混凝土的工作性能，提高混凝土的流动性能；在保持高性能工作的前提下，减少水泥用水量，提高混凝土的强度；在保持一定强度的前提下，减少单位体积混凝土的水泥用量。它有效地改善混凝土性能，例如减少了混凝土的塌落度损失、减少混凝土的泌水量、防止混凝土产生温度应力裂缝的出现等，在高性能混凝土中发挥重要作用。
减水剂通常是一种表面活性剂，属阴离子型表面活性剂。它吸附于水泥颗粒表面使颗粒显示电性能，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥，使水泥颗粒被分散而释放颗粒间多余的水分而产生减水作用。另一方面，由于加入减水剂后，水泥颗粒表面形成吸咐膜，影响水泥的水化速度，使水泥石晶体的生长更为完善，减少水分蒸发的毛细空隙，网络结构更为致密，提高了水泥砂浆的硬度和结构致密性。
4 结论
近几十年，我国各类工程建设得到快速发展，这也使得混凝土外加剂的使用量人大增加。但是由于外加剂的品种较多，不同外加剂具有不同的特点。这就要求我们能够根据混凝土的性能要求的不同选择适当的外加剂来提升混凝土的施工性能，需要我们熟练掌握混凝土外加剂的不同特点及作用。本文对主要的混凝土外加剂包括早强剂、减水剂、缓凝剂、引气剂的效果以及作用机理展开研究，为工程技术人员提供实际操作依据及借鉴。
参考文献：
[1]覃维祖.我国混凝土外加剂现状及发展趋势[J].山西建筑.2014（09）：149～150.
[2]吴萍.外加剂品种不同对混凝土性能的影响[J].福建建材.2017（06）：3～4.
[3]姜梅芬.混凝土早强剂的研究与应用进展[J].硅酸盐通报.2014（10）：20～24.
[4]丛新合.混凝土早强剂的应用及质量品种的正确选择[J].工程建设与设计.2007（10）：78～80.
[5]吴蓬.混凝土早强剂的作用机理及应用现状[J].金属矿山.2014（12）：20～24.
[6]肖应欢.混凝土减水剂发展现状及方向 [J].轻工科技.2014（9）：36～38.
[7]王子明.聚羧酸系高性能减水剂——制备性能与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[8]何廷树.凝土外加剂[M].北京：西科技出版社，013.
[9]z.混凝土减水剂发展现状及方向 [J].轻工科技.2014（9）：36～38.
论文作者:张刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：混凝土论文; 外加剂论文; 性能论文; 减水剂论文; 水泥论文; 水化论文; 作用论文; 《基层建设》2019年第29期论文;