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混凝土外加剂概述
混凝土外加剂是一种除水泥、砂、石和水之外在混凝土拌制之前或拌制过程中以控制量加入的、用于使混凝土能产生所希望的变化的物质。
混凝土外加剂的特点是品种多、惨量小，而在混凝土改性中起到重要作用，因此它的质量控制、应用技术、品种选择较之其他工程材料更为重要。
已制定有国家标准或行业标准的十四中化学外加剂：
普通减水剂、引气剂、引气减水剂、高效减水剂、防冻剂、膨胀剂、缓凝高效减水剂、防水剂、泵送剂、早强剂、缓凝减水剂、早强减水剂、速凝剂。
混凝土外加剂的生产，是因为混凝土必性的需要，混凝土外加剂的发展史；是和混凝土的发展史息息相关的。在某种程度上讲，混凝土外加剂在追求自身发展的过程中，同时也推动了混凝土技术的发展。一般国际上公认的混凝土第三次技术革命—高强混凝土的诞生，其技术依托重心乃是高效减水剂的重大突破。世界上最早出现的混凝土外加剂应推1898年的疏水剂和塑化剂，但到1910年才成为工业产品。而较大规模的发展始于十九世纪三十年代，当时美国以松香树脂为原料，首先研制出一种AE引气剂，由于解决了公路路面的抗冻问题曾风行一时。到了十九世纪三十年代国外又研制出了以纸浆废液为主要材料的M系减水剂，这咱外加剂在很大程度上改善了混凝土的可塑性，被誉主现代混凝土减水剂的开始。十九世纪六十年代，日本和联邦德国先后推出了萘磺酸盐和三聚氯胺高效减水剂，从此外加剂对混凝土的改性技术进入了划时期。迄今为此，为满足高强度、大流态、保塑好的新型混凝土配制需要，多种被称为高性能减水剂的产品已逐渐露出头角。如羟基羧酸盐复合性高性能减水剂、高效保塌减水剂、高分子保塌减水剂，这些新型减水剂一般减水率都大于20%，且具有良好的保塑作用。但究其本质，主体材料仍为萘磺酸盐或三聚氯胺树脂。
我国的混凝土处加剂起步较晚，1950年华北窑业公司研究所制出我国第一个外加剂产品，即长城牌引气剂。该产品首次应用于天津飞机场跑道，使混凝土抗冻性、耐蚀性均有所提高，并在武汉长江大桥和其它水利工程中得以应用。在以后的二十多年中，我国的外加剂发展仍十分缓慢，除了别单位采用纸浆废液生产低品位的塑化剂，绝大部分工程都不使用减水剂，即是冬季施工防冻剂也都是以氯盐为主体材料的。直到1973年，受国际建筑技术和混凝土新型工艺的影响，在我国才推动了高效减水剂的研制和生产。由于染料工业中的扩散剂被成功的移植到混凝土减水剂行列，从此牵动了以煤焦尚未中各馏分，尤其是以萘及其同系物为主要原料所生产的减水剂获得迅速发展。1974—1976年国家建材院研制了以甲基萘、萘残油为主要原料的MF和建1两种高效减水剂。清华大学研制了以萘为原料的NF高效减水剂、天津建材所研制了UNF、武汉冶金建研制了FDN，鉴于萘原料的缺乏，建材院研制了以蒽油为原料的AF减水剂。交航二局研制了以古马隆树脂为原料的CRS，于此同时，普通减水剂也获得了长足的发展。1975年吉林开山屯化纤厂研制了木质素磺酸钙，广东造约厂也制成了同类产品。普通减水剂和高效减水剂的广泛生产，使复合外加剂相运而生。针对改变混凝土性能而言，复合外加剂具有更广阔的市场背景。各类工程所不同的技术要求，使复合生产厂家大有文章可作。具不完全统计，1973—1987年这十四年间，我国的外加剂厂已从廖廖无几发展到150多家，其中80%以上属复合厂家。而外加剂品种也从廖廖无几发展到16咱300多品牌，这标志着我国外加剂行业已初具规措并趋于成熟。为了更加强化技术管理和规范市场，1987年我国首次颁布了自己的《混凝土外加剂标准》（GB8076—87）；同时颁布的还有《混凝土外加剂的分类，命定和定义》（GB8075—87）；《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB8077—87）。这三个标准分别对混凝土外加剂从种类区分，技术指标和检验方法上作出了具体规定：现在GB8076—87已被GB8076—97代替。在以后的若干年里，我国又陆续颁布了《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ119—88）；《混凝土防冻剂标准》（JC472—92）；《混凝土泵送剂标准》（JC473—92）；《混凝土膨胀剂》（JC476—98）等系列外加剂标准。
混凝土外加剂分类
按（GB8075—87）分类，混凝土外加剂按其主要功能可分为四类：
1． 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂 ：包括各种减水刘、引气剂和泵送剂等。
2． 调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加剂：包括缓凝剂、早强剂、速凝剂等。
3． 改善混凝土耐久性的外加剂：包括引气剂、防水剂、和阻锈剂等。
4． 改善混凝土其它性能外加剂：包括引气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送
剂等。
按（GB8075—87）外加剂的命名和定义，外加剂可分为16个名称，其各自定义如下：
1． 普通减水剂：在混凝土塌落度基本相同条件下，能减少拌合用水量的外加剂；
2． 早强剂：加速混凝土早期强度发展的外加剂；
3． 缓凝剂：延长混凝土凝结时间的外加剂；
4． 引气剂：在搅拌混凝土过程能引入大量均匀分布，稳定而封闭的的微小气泡的外加剂；
5． 高效减水剂：在混凝土塌落基本相同条件下，能大幅度减少拌合物用水量的外加剂；
6． 早强减水剂：兼有早强和减水功能的减水剂；
7． 缓凝减水剂：兼有缓凝和减水功能的减水剂；
8． 引气减水剂：兼有引气和减水功能的外加剂；
9． 防水剂：能降低混凝土在静水压力下的透水性的外加剂；
10． 阻锈剂：能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属锈蚀的外加剂；
11． 加气剂：混凝土制备过程中因发生化学反应放出气体，能使混凝土形成大量气孔的外
加剂；
12． 膨胀剂：能使混凝土体积产生一定膨胀的外加剂；
13． 防冻剂：能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂；
14． 着色剂：能制备具有稳定色彩混凝土的外加剂；
15． 速凝剂：能使混凝土迅速硬化的外加剂；
16． 泵送剂：能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂
混凝土外加剂的使用
在混凝土、砂浆和净浆的制备过程中，掺入少量的（不超水泥用量的5％）能对混凝土、砂浆或净浆改变性能的一种产品，称为混凝土外加剂。
在混凝土中加入适量的外加剂，能提高混凝土质量，改善混凝土性能，减少混凝土用水量，节约水泥，降低成本，加快施工进度。随着技术的进步，外加剂已成为除水泥、粗细骨料、掺合料和水以外的第5种必备材料，掺外加剂是混凝土配合比优化设计和提高混凝土耐久性的一项重要措施。因此新修订的《水工混凝土施工规范》（DL/T5144－2001）强调，水工混凝土中必须掺加适量的外加剂。
1 外加剂的分类
混凝土外加剂按其主要功能可分为以下4类：
（1）改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括普通减水剂和高效减水剂、引气剂和泵送剂等。
（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。
（3）改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。
（4）改善混凝土其他性能的外加剂。包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。
水工混凝土常用的外加剂种类主要有减水剂、缓凝剂、引气剂以及各种复合性的外加剂，如缓凝减水剂或缓凝高效减水剂、早强减水剂、引气减水剂，根据特殊需要，也掺用其它种类的外加剂，如泵送剂、防水剂、防冻剂等等。GB8076－1997《混凝土外加剂》、DL/T5100－1999《水工混凝土外加剂技术规程》等国家和行业标准对这些外加剂的性能指标和技术规程都有严格要求，可根据混凝土的不同需要进行选用。
2 减水剂
减水剂又称塑化剂或分散剂。拌和混凝土时加入适量的减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水份释放出来，从而能明显减少混凝土用水量。
减水剂的作用是在保持混凝土配合比不变的情况下，改善其工作性；或在保持工作性不变的情况下减少用水 量，提高混凝土强度；或在保持强度不变时减少水泥用量，节约水泥，降低成本。同时，加入减水剂后混凝土更为均匀密实，改善一系列物理化学性能，如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等，提高了混凝土的耐久性。
以往水工混凝土使用的减水剂一般是纸浆废液、木钙、糖蜜一类的普通减水剂，减水率不高，一般为5％～10％。随着对水工混凝土质量要求的提高，对减水剂的质量要求也越来越高。二滩、三峡等大型水电工程大量应用的萘系高效减水剂，减水率高达20%～30％，主要用来配制高强度和高流态混凝土或是需大幅度减少用水量的混凝土。高效减水剂对提高水泥使用效率具有明显效果，可节省水泥用量20％左右。三峡工程花岗岩人工骨料混凝土使用普通减水剂时，用水量高达110 kg/m3左右，采用了优选的ZB－1A高效减水剂，并和DH9引气剂、Ⅰ级粉煤灰联掺后，用水量降至85 kg/m3左右，达到了国内外先进水平。三峡工程还使用了减水率更高的丙烯酸类高效减水剂X404，减水率在30％以上，但这类减水剂的价格昂贵，主要用在高强度混凝土部位。
3 缓凝剂
缓凝剂能延缓混凝土凝结硬化时间，便于施工；能使混凝土浆体水化速度减慢，延长水化放热过程，有利于大体积混凝土温度控制。缓凝剂会对混凝土1～3 d早期强度有所降低，但对后期强度的正常发展并无影响。
一般缓凝剂可使混凝土的初凝时间延长1～4 h，但这对高温情况下大仓面混凝土施工是不够的。为了满足高温地区和高温季节大体积混凝土施工需要，国家“八五”科技攻关项目研究出了高温缓凝剂，这种缓凝剂能在气温为（35＋2）℃、相对湿度为（60＋5）％的条件下混凝土初凝时间为6～8 h。目前在三峡等工程中大量使用的缓凝高效减水剂，通过适当增加掺量，都可使混凝土初凝时间达到6～8 h以上，满足了35℃左右高温季节大仓面混凝土施工需要。
4 引气剂
引气剂是一种表面活性物质，是混凝土常用的外加剂之一，它能使混凝土在搅拌过程中从大气中引入大量均匀封闭的小气泡，使混凝土中含有一定量的空气。好的引气剂能引入混凝土中的气泡达10亿个之多，孔径多为0.05～0.2 mm，一般为不连续的封闭球形，分布均匀，稳定性好，这样能显著提高混凝土的抗冻性、耐久性（三峡工程内部混凝土抗冻融循环次数达150次以上，外部混凝土达300次以上）；同时还能改善混凝土和易性，特别是在人工骨料或天然砂颗粒较粗、级配较差以及在贫水泥混凝土中使用效果更好；改善混凝土的泌水和离析；减少混凝土渗透性，提高混凝土抗侵蚀能力。
引气剂的掺量一般在水泥重量的万分之0.3～2的范围内，由于掺量小，因此要称量准确，拌和均匀。另外，影响引气量的因素很多，如水灰比、水泥用量、砂率、集料、振捣方式、搅拌时间、坍塌度、成型温度等，都需严格规范操作，否则就达不到应有效果。
5 复合外加剂
复合外加剂是具有两种以上主要功能的外加剂，如缓凝减水剂同时具有缓凝和减水功能，引气减水剂同时具有引气和减水功能。
许多水电工程，特别是三峡工程，将两种外加剂复合使用，如缓凝高效减水剂和引气剂复合，同时具有高效减水、引气、缓凝作用，取得了很好的效果，既满足了大仓面浇筑混凝土缓凝的要求，又达到了减水和提高耐久性的目的。
6 外加剂的选用原则
一个工程使用什么样的外加剂应根据工程设计和施工技术要求在工程开工之前进行认真优选，并根据原材料进行严格的适应性试验论证确定。三峡工程在开工初期曾对全国近30个外加剂正规厂家生产的30多个品种按国家标准进行了初选试验，在此基础上，对初选出来的几个品质优良的产品，由3个具有资质的试验单位，结合三峡工程的原材料进行了全面的混凝土适应性试验，经过充分论证和严格评审，最终优选出了2～3个品质优选的、适合三峡工程实际情况的外加剂品种，满足了大仓面、高强度混凝土施工需要，提高了混凝土的各种性能，取得了良好的经济效益。
为了方便管理，一个大中型工程优选出1～2种同类外加剂为宜（包括备用在内），一般情况下，在工程施工中不要随便更换外加剂品种。
相对于其他原材料而言，外加剂掺量虽然较少，但对混凝土质量至关重要，因此其掺量经试验论证确定之后，应严格控制，外加剂质量及其稳定性应按相关标准在出厂和使用过程中进行严格检验，外加剂的运输和储存也要按相关标准规定严格执行。 |
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