外加剂掺量的确定-建筑材料与检测

外加剂是一种在混凝土拌制过程中加入的、掺量不超过水泥质量的5%,用以改善新拌混凝土和(或)硬化混凝土性能的材料。外加剂在现代混凝土中的作用可以体现为以下几个方面:

(1)改善混凝土拌合物和易性;

(2)调节混凝土的凝结硬化时间;

(3)降低水胶比,提高混凝土强度;

(4)提高混凝土耐久性(包括防渗、抗裂、抗冻、抗化学腐蚀、抗碱骨料反应及抗碳化等);节约水泥,增加矿物掺合料的使用量,降低混凝土综合成本;

(5)满足混凝土的某些特殊要求,如水下不分散、着色、自养护、自应力等。

外加剂的类型很多,目前建筑工程中应用较多的是减水剂、引气剂、早强剂、防冻剂和养护剂。

1.减水剂

减水剂是在保持混凝土坍落度基本不变的条件下,能减少拌合用水量的外加剂;或在保持混凝土拌合物用水量不变的情况下,增大混凝土坍落度的外加剂。

减水剂的减水作用是由其自身的特殊分子结构决定的。

(1)减水剂的分子结构。减水剂多属于表面活性剂,其分子具有典型的两亲性结构特点,即分子的一端是亲水(憎油)基团,另一端是憎水(亲油)基团,如图3-3所示。当将减水剂加入水中时,其分子中的亲水基团指向水溶液,憎水基团指向空气,减水剂分子将在水和空气的界面形成定向吸附和定向排列。

图3-3　减水剂分子结构

(2)减水剂的减水机理。水泥加水拌和后,通常会产生图3-4所示的絮凝状结构。在絮凝状结构中包裹了许多拌合水,从而降低了混凝土拌合物的流动性。

当将减水剂加入混凝土拌合物中时,减水剂分子将在水泥颗粒和拌合水的界面产生定向吸附和定向排列,减水剂的憎水基团将吸附于水泥颗粒表面,亲水基团则指向水溶液。这种定向吸附一方面使水泥颗粒表面带上了相同的电荷,加大了水泥颗粒之间的静电斥力,使絮凝状结构中包裹的游离水释放出来,增加了混凝土拌合物的流动性;另一方面,由于亲水基对水的亲和力较大,因此在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜,增加了水泥颗粒之间的滑动能力,使拌合物的流动性增大;同时,水膜又将水泥颗粒隔开,使水泥颗粒的分散程度增大。上述两种作用的结果就是在不增加用水量的情况下,使混凝土拌合物的流动性增大了。

图3-4　减水剂的作用机理

(3)减水剂的技术经济效果。减水剂合理地应用于混凝土施工中,可以取得以下技术和经济效果:

1)增大拌合物流动性。在原配合比不变的条件下,减水剂可以增大混凝土拌合物的坍落度10～200mm 且不影响混凝土的强度。

2)减少拌合物泌水离析现象。掺用减水剂后,还可以减少混凝土拌合物的泌水离析现象,减慢水泥水化的放热速度,延缓混凝土拌合物的凝结时间。

3)提高混凝土强度。在保持流动性和水泥用量不变时,可显著减少拌合用水量10%～20%,从而降低水胶比,使混凝土强度提高15%～20%,早期强度提高30%～50%。

4)提高耐久性。减水剂的掺入可显著改善混凝土的孔结构,提高混凝土密实度,透水性可降低40%～80% ,从而提高混凝土的抗渗、抗冻、抗化学腐蚀等能力。

5)节约水泥。保持混凝土强度和流动性不变,可节约水泥用量10%～15%。

2.引气剂

引气剂是指在搅拌过程中能引入大量分布均匀的、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。一般来说,引气剂在1 m3 混凝土中可生成500～3000个直径为50～1250 μm(大多在200 μm 以下)的独立气泡。气泡在混凝土中可以起到以下作用:(www.xing528.com)

(1)改善混凝土拌合物的和易性。大量微小球状气泡如同滚珠一样,减少了颗粒之间的摩擦阻力,减少了泌水和离析,改善了混凝土拌合物的保水性、黏聚性。

(2)显著提高混凝土的抗渗性和抗冻性。大量均匀分布的封闭气泡切断了混凝土中的毛细管渗水通道,改变了混凝土的孔结构,使混凝土抗渗性显著提高。

(3)降低混凝土强度。由于大量气泡的存在,减少了混凝土的有效受力面积,使混凝土强度有所降低。一般混凝土的含气量每增加1%时,其抗压强度将降低4%～5%,抗弯强度降低2%～3%。

3.早强剂

早强剂是能提高混凝土早期强度,并对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂可以缩短养护周期,加快模板和场地的周转。早强剂用于快速低温下施工的混凝土,尤其是冬期施工或紧急抢修的混凝土工程,使混凝土在短时间内即能达到要求的强度。

常用的早强剂有氯化物系(如CaCl2)、硫酸盐系(如Na2SO4)等。但为了防止氯化钙对钢筋的锈蚀,选择使用氯化钙早强剂时,应限制其掺入量。在预应力混凝土结构,大体积混凝土工程,直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的混凝土结构中,不得采用含有氯盐配制的早强剂及早强型减水剂。

4.防冻剂

防冻剂是在规定温度下,能显著降低混凝土冰点,使混凝土的液相在较低温度下不冻结或仅轻微冻结,以保证水泥的水化作用,使其能在一定时间内获得预期强度的外加剂。

目前,工程上使用较多的是复合防冻剂,即兼具了防冻、早强、引气、减水等多种性能,以提高防冻剂的防冻效果,并不至影响或降低混凝土的其他性能。

5.养护剂

对刚成形的混凝土进行保湿养护的外加剂称为养护剂,又称养护液。养护剂的保湿作用使其能在混凝土表面形成一层连续的薄膜,该薄膜起着阻止混凝土内部水分蒸发的作用,达到较长时间的保湿养护效果。

在实际工程中,养护剂代替了通过洒水、铺湿砂、铺湿麻布草袋等途径对混凝土进行的保湿养护方法,尤其适用于在工程构筑物的立面无法用传统办法实现的保湿养护。常用的养护剂有水玻璃、沥青乳剂和过氯乙烯树脂等。

测试题

拓展内容

案例分析

外加剂的选择和使用

(1)外加剂品种的选择。外加剂品种的选择,一方面要考虑工程需要、现场的材料条件;另一方面要保证所用外加剂与水泥具有良好的匹配性。

通常,高性能混凝土宜选用高性能减水剂;有抗冻要求的混凝土宜采用引气剂或引气减水剂;大体积混凝土宜采用缓凝剂或缓凝减水剂;混凝土冬期施工应选择防冻剂。具体选择还应通过试验最终确定。

(2)外加剂掺量的确定。混凝土外加剂均有适宜的掺量。外加剂掺量过小,往往达不到预期效果;掺量过大,则会影响混凝土质量,甚至造成质量事故。因此,应通过试验试配的方式确定外加剂的最佳掺量。

(3)外加剂的掺加方法。

1)水剂。对于可溶于水的外加剂,应先配制成定浓度的溶液,随水加入搅拌机。

2)干掺。对于不溶于水的外加剂,应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内。切忌直接将外加剂加入混凝土搅拌机内。

(4)掺入时间。掺入时间可视工程的具体要求确定,可选择同掺、后掺、分次掺入等不同的掺加方法。