外加剂在混凝土中的作用原理及其应用
水泥 砼话 2019-07-19
一、引言
近年来，我国建筑行业得到大力发展，与此相关联的建材行业随之兴起，建材行业生产商为了在激烈的市场竞争中赢得一席之地，纷纷加大了科研投入，一大批新型建筑材料得到推广应用，混凝土外加剂作为建筑工程常用掺加配料，成为建筑工程重要的原材料之一，直接影响到建筑工程结构质量好坏，能迅速改变混凝土工作特性的外加剂而受到施工企业青睐。
二、混凝土外加剂的应用前提和种类划分
建筑工程混凝土外加剂种类繁多，现场施工中使用外加剂根据设计图纸、气候环境、现场条件进行选择，对混凝土外加剂应用前提要充分了解，适当场合下适量使用。
1. 混凝土外加剂的应用前提
混凝土浇筑环境和气候条件经常变化，外部条件与实验室配合比不完全相同，因此，选择现场使用的外加剂应因地制宜，符合现场使用需求，保证混凝土质量和工程成本合理控制。
（1）设计应用前提。通常在设计中对工程使用部位对混凝土强度进行设定，根据混凝土工程强度等级要求，外加剂的物理、化学性能，掺加不同种类外加剂，以符合设计各项指标要求。
（2）施工使用前提。混凝土在试验室进行配合比实验，施工现场条件与实验室人为设定值不一致，针对施工现场实际使用外加剂比例和时间段实施调整，以满足实际现场使用的需要。
（3）掺入量使用前提。外加剂使用数量对混凝土整体工作性能有重要影响，使用量事先经过精密计算、实验室科学配比、现场试配调整得到的合理掺入数量，以求用最优化的掺入量降低工程成本，减少外加剂对混凝土性能变化过大的影响。
2. 外加剂种类划分
混凝土工程作为重要分部工程，它的施工质量对工程整体结构质量有直接影响。混凝土凝结时间是施工中必须严格控制的重要阶段，项目专业技术人员需要对外加剂化学性能、掺入数量、掺入时间段等参数作充分熟悉了解。通常外加剂按照用途进行分类，改善混凝土凝固时间的外加剂有缓凝剂、速凝剂等；调整混凝土工作性能外加剂有防冻剂、着色剂、膨胀剂、减水剂、阻锈剂、引气剂等。根据现场需要选择相应外加剂，调节混凝土使用特性以符合施工要求。
三、混凝土外加剂作用原理
1. 引气剂作用原理
为解决施工现场浇灌中混凝土流动性不足问题，适时掺入引气剂能调节混凝土搅拌工作性能。引气剂化学构成是含有阴离类的表面活性剂，搅拌过程中加入引气剂，由表面活性剂带入的大量的微小气泡均匀分散在混凝土内部，掺入的引气剂溶于水中经过化学反应形成稳定的液相膜，增强了液体与外界空气接触面积，这些气泡能使混凝土和易性得到大大改善。
2. 缓凝剂的作用原理
缓凝剂按照分类有两种: 无机类和有机类。市面中经常用到的是有机类，有机缓凝剂在添加入混凝土后，直接在水泥颗粒表面形成同性电荷亲水膜，阻碍水泥颗粒之间溶合凝结，无机缓凝剂添加入混凝土后在水泥颗粒表面形成溶合难度大的化学分子膜，起到延长水泥正常的水化和硬化时间作用，并能降低水泥产生的前期水化热，保证现场搅拌混凝土有足够时间维持塑性进行浇灌。缓凝剂使用季节性限制性大，通常夏季炎热天气中使用，大体积混凝土施工应注意控制掺入缓凝剂数量，掺入量多少对混凝土早期强度产生直接影响。
3. 早强剂的作用原理
早强剂有多个品种，在不同种类混凝土中产生不同的化学反应，以硫酸类早强剂为例，当Na2SO4直接和水溶解后，在水泥搅拌水化学作用下产生的Ca(OH)2，生成新的CaO 和CaSO4，反应后生成的CaSO4化学活性好，大大增加了Ca4Al6SO16在水泥中的含量，快速缩短水泥凝固时间，混凝土能快速具备早期强度条件。
4. 复合膨胀剂的作用原理
适量复合膨胀剂掺入混凝土后，钙矾石晶体与水泥中矿物质产生化学反应，水泥中矿物质经过反应后大量Ca（OH）2被消耗，混凝土中Ca2+含量降低，SO2-含量增加，增加了C3S 颗粒与混凝土中的水分接触，产生的水化产物C-S-H 凝胶填入到混凝土矿物结构骨架中，迅速提高混凝土早期强度和增大水泥内部体积，经过一段时间化学反应最终形成比较稳定的强度。
复合膨胀剂使用量与混凝土的干缩、低水胶比有直接关连，当膨胀剂投入过多时有可能导致膨胀应力远大于混凝土结构承载程度而形成裂缝，影响混凝土结构的耐久性和强度。
5. 减水剂的作用原理
减水剂在混凝土工程产生良好的减水效果，对混凝土工作性能有直接影响，减水剂表面有良好活性物质，在活性物质的化学作用下，混凝土中的水泥颗粒被减水剂吸附，水泥颗粒产生同种电荷，水泥颗粒在减水剂活性物质作用下分离，减少水泥与水的表面张力，加大二者接触面积，水泥颗粒中包裹水份放出来充分反应，在保持强度不变条件下最终达到降低水泥或水用量的效果。
四、外加剂在混凝土工程中的应用
1. 精确计算混凝土外加剂使用量
混凝土工程施工过程中需要根据现场情况选用外加剂，外加剂在不同环境下与混凝土原材料产生不同的反应机制，对混凝土工程主要工作性能和建筑工程结构强度产生直接影响。因此，对用于混凝土工程的外加剂使用量必须要经过精确计算，针对施工现场实际环境，做好外加剂使用施工工艺方案，依据工程技术标准进行实验室试验外加剂配合比测定，测定外加剂投入最佳含量，掺入外加剂数量以胶凝材料为对照基础，选用外加剂品种和数量均应严格控制，超量时可能影响混凝土早期强度甚至在后期产生裂缝，投入数量不足时则难以实现调节混凝土工作性能目的。
2. 改良混凝土施工工艺
建筑工程施工工艺对混凝土工程质量有密切联系，混凝土施工工艺流程和施工方法不断进行改良有巨大的提升空间，尤其在目前我国施工规模日益增大，设计工程项目日渐复杂，施工难度日渐提高的趋势下，混凝土施工工艺形式多样，商品混凝土的广泛应用大大提高了施工效率和保证工程质量稳定性，施工技术人员对不同条件下施工环境中外加剂的使用持续进行创新、改良，确保混凝土工程质量达到设计、施工和规范的要求。
3. 创新发展多种复合型外加剂
混凝土外加剂既属于化工行业也属于建材行业产品，产品更新换代快，市场发展需求空间大，要最大化挖掘外加剂产品潜力，不断改良外加剂的化学组成成分，利用改良配方创新研究复合型外加剂、单一型外加剂，结合当前国家鼓励发展新型循环经济，建材行业生产商加大对工业、建筑废料进行科技研究综合利用，通过科学利用工业废料转变成建筑使用的外加剂，满足建材产业向环保方向发展需求，提升产品应用效益和科技含量。
4. 充分挖掘外加剂最佳性能
当前我国持续不断加大对建筑工程科学技术的投入，工程技术研究不断向前发展，工程技术人员在施工现场中对不同性质外加剂应熟悉运用，特别是建材行业竞争激烈，建材生产商研制的新型外加剂产品层出不穷，建筑工程施工单位项目部对应用到施工现场新型外加剂产品必须经过多次严格试验并验收合格才能大规模推广实施，以降低新产品技术应用风险，最大限度发挥外加剂化学特性，提升混凝土工程科技应用含量。
五、混凝土工程外加剂应用注意的几点问题
1. 目前我国大部分建筑工程施工过程中都应用到外加剂，外加剂的使用数量和用法都有严格的应用环境和限制条件，投入使用量都要从施工现场实际条件、混凝土施工工艺、气候环境因素进行总体考虑，不能随意使用。
2. 当前我国建材行业发展速度比较快，建材行业厂家研发的外加剂产品种类繁多，产品功能多种多样，加上建材市场中竞争大，原材料质量鱼龙混杂，很多建材产品真假难辨，选择型号适当的合格外加剂是重要前提，避免购买假冒伪劣产品影响了工程进度。对采购进场使用的外加剂，要严格检查质量是否满足施工实际要求，认真阅读产品说明书，并经实验室多次配合比试验，还应符合材料质量检测规范要求。例如现场中选用减水剂掺入混凝土中，掺入减水剂后的混凝土与掺入前进行比较，最后计算出减水剂使用最佳含量。
3. 施工现场混凝土工程浇筑不同部位，对混凝土强度要求不一样，同一种外加剂在性能不同的水泥应用下化学反应效果也不同，因此，对水泥品种的选择成为混凝土工程重要质量控制环节，试验室也应对不同品种水泥在同一外加剂化学反应效果实施对比测试，使用量和使用范围不应只从以往施工经验为出发点，一切以试验结果为依据，保证使用符合要求。
4. 对新型混凝土外加剂实施之前，要控制工程结构质量，对外加剂的化学特性由专业检测实验室实施检验，如检验膨胀剂物理、化学性能，检测膨胀剂化学特性中的氧化镁含量、总碱量、氨的限量，物理特性中的细度、凝结时间，限制膨胀率、抗压强度对钢筋锈蚀作用等参数指标，符合质量要求再进行试配检测。
六、结语
在当前我国建筑工程行业得到大力发展过程中，混凝土工程作为建筑工程中重要的组成部分，混凝土施工质量对建筑工程结构的强度、耐久性有直接影响，掺入的外加剂依据其独有的化学特性与浇筑混凝土发生化学反应，在不同施工阶段和不同的施工环节下进行使用。结合施工现场实际条件，经过专业试验室科学试配和反复计算出最佳配合比，控制使用外加剂最佳含量，满足混凝土工程在不同环境条件下的不同施工工艺需要，不断优化和改良混凝土工程施工工艺，最大限度提升混凝土工程质量品质，以达到外加剂与混凝土最优化组合。
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