浅谈混凝土外加剂

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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题 目：

浅谈混凝土外加剂

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内容摘要

混凝土外加剂以较少的掺量提高混凝土的强度、耐久性、适用性等作用,达到减少建筑耗能的目的,外加剂的研究与应用是现在混凝土应用中不可缺少的环节。本文以混凝土外加剂的应用和发展为内容，介绍了目前常用的混凝土外加剂的种类、作用机理及应用情况，对混凝土外加剂品种的选择、掺量的确定及掺入方法的确定及存在的问题进行了简要论述，分析了应用混凝土外加剂的发展趋势。

关键词：混凝土外加剂；高性能；应用；发展

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目 录

内容摘要 ........................................................................................................................... I 引 言 ............................................................................................................................ 1 1 绪论 ............................................................................................................................ 2

1.1 混凝土外加剂的发展概况 ............................................................................. 2 1.2 混凝土外加剂的名称及种类 ......................................................................... 3

1.2.1 外加剂命名 .......................................................................................... 3 1.2.2 混凝土外加剂按功能分类 .................................................................. 5 1.2.3 混凝土外加剂按化学成分分类 .......................................................... 5

2 外加剂在混凝土中的作用机理及应用情况 ............................................................ 7

2.1 减水剂 ............................................................................................................. 7

2.1.1 作用机理 .............................................................................................. 7 2.1.2 使用情况及需要注意的问题 .............................................................. 8 2.2 引气剂 ............................................................................................................. 8

2.2.1 作用机理 .............................................................................................. 9 2.2.2 使用情况及需要注意的问题 .............................................................. 9 2.3 防冻剂 ........................................................................................................... 10

2.3.1 作用机理 ............................................................................................ 10 2.3.2 使用情况及需要注意的问题 ............................................................ 11 2.4 早强剂 ........................................................................................................... 12

2.4.1 作用机理 ............................................................................................ 12 2.4.2 使用情况及需要注意的问题 ............................................................ 13 2.5 复合类外加剂 ............................................................................................... 13 3 外加剂的选择和使用 .............................................................................................. 14

3.1 外加剂品种的选择 ....................................................................................... 14 3.2 外加剂掺量的确定 ....................................................................................... 15 3.3 外加剂掺入方法的确定 ............................................................................... 15 3.4 混凝土外加剂存在的问题 ........................................................................... 16

3.4.1 存在的问题 ........................................................................................ 16

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3.4.2 对策 .................................................................................................... 17

4 混凝土外加剂的发展趋势展望 .............................................................................. 18 参考文献 ........................................................................................................................ 20

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引 言

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，是现在混凝土不可缺少的组成之一，是改善混凝土性能的一种重要方法和技术，在混凝土生产技术中起到核心的作用，发挥了巨大的功效。改革开放30年来,混凝土外加剂在建筑工程领域中得到迅速发展。从最初的松香热聚物引气剂,到20世纪七八十年代发展起来的萘系等减水剂,及以后的高效减水剂,在提高混凝土耐久性和施工质量,减少混凝土水泥用量和用水量方面起到了非常重要的作用。根据不同的技术要求，使用不同类型的外加剂可以获得不同的使用效果和经济效益。因此，对混凝土外加剂的种类、作用机理和应用情况加以系统性的研究并探讨其未来发展的方向就显得尤为迫切。

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1 绪论

1.1 混凝土外加剂的发展概况

在建筑材料中掺用化学物质的历史可以追溯到很久以前。在最初的填然胶凝材料（如石灰、火山灰和粘土）的使用中，人们已经意识到加入一些有机物质（如血、油等脂肪类）可以使胶凝材料获得一些好的性能。据历史记载，公元258年，曹操曾将植物油加入灰土中建造了铜雀台；宋代将糯米汁加入石灰中修造了和洲城墙；清代乾隆年问曾用糯米汁、石灰、牛血修造了永定河堤；明代《大工开物》中记载用石灰1份加黄河砂2份，外加糯米、羊桃藤汁拌匀建造贮水池等。只是到了近年才搞清楚一些它们的机理，例如血色素是一种胶凝材料颗粒的分散剂，掺加动物血等于掺用了减水剂。

19世纪30年代，美国E.W斯克堪彻取得了用亚硫酸盐纸浆废液改善混凝土和易性，提高强度和耐久性的专利，拉开了现代混凝上外加剂的序幕。1962年，日本的服部健一等研制成功蔡磺酸盐甲醛缩合物（茶系高效减水剂），并于1964年作为商品销售（日本花王石碱公司）；1963年，联邦德国研制成功三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物；随后前苏联建工部托拉斯伏尔加河岸地区建设总局又制造出一种新超塑化剂“Anuaccah”，由含硫酸盐的丙烯酸盐废料加工而成；同时，还出现了多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物。这三种减水剂对水泥具有强的分散作用，减水率高达20%-30%，并且不引气。由于其不同于普通的塑化剂，在美国被称为High-range-water-reducing agent（高效减水剂），加拿大等国称为Superplasticizer（超塑化剂）。由于其减水率高，配制高强和大流动性混凝土成为可能。日本在世界上首先应用高强混凝土，在普通工艺条件下，使用高效减水剂配制出了80-120MPa的高强混凝上；七十年代初，联邦德国首先用三聚氰胺系高效减水剂研制成功流态混凝土，使混凝土的坍落度达到18-22cm，这样的混凝土拌合物能够达到泵送要求，垂直泵送最高高度为310m。流态混凝土的应用，提高了混凝土的工作性能，方便了混凝土的施工，具有节能、省工、省力、高效的效果，更促进了新的施工工艺的产生和商品混凝土的发展。

1948年，我国华北窑业公司引进了美国沙文引气剂，命名为长城牌引气剂，并成功应用于天津新港工程。20世纪50年代，我国在工程中已经开始应用自己生产的松香热聚物和松香皂类引气剂、亚硫酸盐纸浆废液塑化剂以及氯盐类防冻剂。80年代后，在改革开放的推动下，外加剂的商品化和产业化迅速发展，各种相关的标准也逐渐健全，混凝土外加剂成为了一门新兴建材行业。随着建筑对高层、

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高效和环保要求的提高，混凝土生产向集中搅拌的商品混凝土发展，在我国的大城市和沿海开放城市，外加剂的使用率均在70%以上，与发达国家利用水平相差不大。但从全国范围来看，我国外加剂应用还是很落后的。据对我国外加剂产量的初步计算，目前掺外加剂的混凝土约占混凝土总量的38%，商品混凝土占混凝土总量的11-12%。与国外掺外加剂的混凝土约占混凝土总量的50-80%、商品混凝土占混凝土总量的60-80%相比，我国的外加剂还有较大的发展空间。在混凝土减水剂和商品混凝土飞速发展的带动下，我国已形成了混凝土外加剂的完整体系，除减水剂之外，还有泵送剂、引气剂、早强剂、防冻剂、防水剂、速凝剂、缓凝剂以及膨胀剂等。目前总的混凝土外加剂品种在500种左右。这些各具功能的外加剂，满足了各种土木工程的不同需求，为混凝土技术进步以及提高工程质量做出了巨大的贡献l

在混凝土中使用外加剂已经被公认为是提高混凝上强度、改善混凝土性能、节省生产能耗、保护环境等方面的最有效措施。

1.2 混凝土外加剂的名称及种类

1.2.1 外加剂命名

国际标准化组织SIOTC71/SC3从1980年开始讨论了混凝土外加剂的国际标准。经在挪威奥斯陆和瑞士日内瓦二次会议后，提出混凝土外加剂的定义如下：“在混凝土、砂浆、净浆拌和时或在额外增加的拌和操作中掺加等于或少于水泥重量5%，使混凝土的正常性能得以按要求改性的一种产品”。

我国按国际标准化组织所提出的混凝土外加剂定义的原则，制订并颁布了国家标准GBSO75，其定义如下：“混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥重量的5%（特殊情况除外）”。

按上述定义，混凝土外加剂与水泥混合材料有所区别。一般混合材料掺量均较大（远远大于5%），并且大多在生产水泥过程中掺人。为满足水泥性能的特殊要求而掺加的少量物质，如调凝剂石膏和助溶剂等，一般都不划归为混凝土外加剂的范畴。

我国的标准对不同品种的混凝土外加剂分别定义如下：

（1）普通减水剂（Water-reducing admixture）在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。此类减水剂主要有：木质素磺酸盐类，轻基

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梭酸盐类，多元醇类。聚氧乙烯烷基醚类，腐植酸类减水剂等。

（2）高效减水剂（Super plasticizer）在混凝土坍落度基本相同的情况下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。高效减水剂主要品种有：蔡磺酸甲醛缩合物，磺化三聚氰胺水溶性树脂；多环芳轻磺酸盐缩合物;磺化煤焦油系；氨基磺酸盐系；马来酸共聚物系；聚丙烯酸盐接枝共聚物等。

（3）引气剂（Air entraining admixture）在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气减水剂(Air entraining and water reducing admixture）兼有引气和减水功能的外加剂。主要类型有：松香树脂类，如松香皂、松香热聚物；烷基苯磺酸盐类，如烷基苯磷酸盐、烷基苯酚聚氧乙烯醚；脂肪醇磺酸盐类，如脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠。

（4）缓凝剂（Set retarder）延长混凝土凝结时间的外加剂。缓凝减水剂（Set retarder and water reducing admixture）兼有缓凝和减水功能的外加剂。这类减水剂主要有：糖类，如糖钙、糖蜜、蔗糖、葡萄撼；经基梭酸类，如柠横酸、酒石酸、水杨酸；多元醇类，如纤维隶、纤维素醚、聚乙烯醇:无机盐类，如三聚磷酸盐、锌盐、硼酸盐；木质磺酸盐类，如木钙、木钠、木镁等，但它们往往归入普通减水剂中叙述。

（5）早强剂（Hardening accelertor）加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强减水剂（Hardening accelerator and water reducing admixture）兼有早强和减水功能的外加剂。这类减水剂主要有：氯化物类，如氯化钙、氯化钠、氯化钾；硫酸盐类，如硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠；硝酸盐类，如硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钙、亚硝酸钙；有机物类，如三乙醇胺、三异丙醇胺。

（6）防冻剂（Anti-freezing admixture）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。防冻剂是一种复合型外加剂，主要防冻成分有如下类型：氯盐类。如氯化钙、氯化钠；硝酸盐类：如硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钙、亚硝酸钙：碳酸盐类：如碳酸钙、碳酸钾;氨水类，如氢氧化铵；有机类：如尿素、有机硫化物。

（7）速凝剂（Flash setting admixture）能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂大致可分为3类；铝氧熟料、碳酸盐系，以铝酸盐与碳酸盐为主体；铝氧熟料、明矾石系，以铝氧熟料与硫酸盐为主体；水玻璃系，以水玻璃为主复合其他无机盐。

（8）泵送剂（Pumping aid）能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。泵送剂

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是一种复合外加剂，其主要成分为减水剂、引气剂、缓凝剂等。

（9）其他特殊要求外加剂

a、防水剂（Water repellent admixture）能降低混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。

b、阻锈剂（Anticorrosion admixture）能抑制或减轻混凝土中钢筋或其他预埋金属锈蚀的外加剂。

c、脱模剂涂刷于混凝土模板表面，在混凝土与模板间起隔离作用，便于脱模及保护混凝土与模板表面之间的整洁。

d、养护剂涂刷于混凝土表面，形成一层不透水的薄膜，防止在露天养护过程中混凝土表面失水而影响其水化物结构和混凝土强度的发展。 1.2.2 混凝土外加剂按功能分类

混凝土外加剂按其功能主要分为以下几类:

（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂。

（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）改善混凝土耐久性能的外加剂，包括引气剂、减水剂、防水剂、防冻剂和阻锈剂等。

（4）改善混凝土变形性能的外加剂，包括膨胀刊和最近新发展起来的减缩剂等。减缩剂是近年来新开发的混凝土外加剂，主要是以低级乙醇的氧化物为主要成分的非离子型有机物。

（5）改善混凝土其它性能的外加剂，如加气剂、着色剂、养护剂和脱模剂等。 1.2.3 混凝土外加剂按化学成分分类

（1）无机物外加剂：包括各种无机盐类、一些金属单质和少量氢氧化物等。如早强剂中的氯化钙和硫酸钠、加气剂中的铝粉、防水剂中的氢氧化钠等。

（2）有机物外加剂:这类外加剂占混凝土外加剂的绝大部分。种类极多，其中大部分属于表面活性剂的范畴，有阴离子型、阳离子型和非离子型表面活性剂等，如减水剂中的木质素磺酸盐、蔡磺酸盐甲醛缩合物等。有一些有机外加剂本身并不具有表面活性作用，但可作为优质外加剂使用。

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（3）复合外加剂:适当的无机物与有机物复合制成的外加剂，往往具有多种功能或使某项性能得到显著改善，这是“协同效应”在外加剂技术中的体现，是外加剂的发展方向之一。

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2 外加剂在混凝土中的作用机理及应用情况

2.1 减水剂

混凝土减水剂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（又称塑化剂）和高效减水剂（又称超塑化剂），并又分别分为一等品、合格品。按组成材料分为：水质素磺酸盐类、多环芳香族盐类、水溶性树脂磺酸盐类。简单的说减水剂对水泥混凝土具有超塑化、减水、增强的功能，可改善混凝土的各种性能指标和提高工作性能。一般减水剂都具有明显的减水分散效果，减水率为14%～30%，能在低水灰比的情况下提高水泥净浆和砼拌合物的流动性。保持水灰比不变时，能极大的改善混凝土和易性、保水性；在与基准混凝土保持等强度、等坍落度的前提下，可节省水泥，降低工程造价和提高工程质量。 2.1.1 作用机理

减水剂属于表面活性物质。这类物质的分子分为亲水端和疏水端两部分。减水剂在混凝土中的减水功效是通过以下四个方面的作用机理： （1） 分散作用

水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%～30%的拌合，水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。 （2） 润滑作用

减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。 （3） 空间位阻作用

减水剂结构中具有亲水性的支链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重

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叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。 （4） 接枝共聚支链的缓释作用

新型的减水剂如聚羧酸减水剂在制备的过程中，在减水剂的分子上接枝上一些支链，该支链不仅可提供空间位阻效应，而且，在水泥水化的高碱度环境中，该支链还可慢慢被切断，从而释放出具有分散作用的多羧酸，这样就可提高水泥粒子的分散效果，并控制坍落度损失。 2.1.2 使用情况及需要注意的问题

减水剂是混凝土外加剂中使用得最多的一种外加剂。普通减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土；高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土，并适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土以及蒸养混凝土。由于减水剂具有减水率高、流动性好、适应性广、增强、保坍等综合性能，能很好地满足混凝土的施工要求，极大地降低了混凝土蜂窝、麻面等缺陷，硬化后的混凝土强度高，饰面效果好。而其生产和使用过程中不污染环境，是环保型外加剂。目前国内高性能减水剂使用越来越普遍，可以用于预拌和预制混凝土，减少混凝土的收缩和提高混凝土的耐久性，节约水泥，减少环境污染，带来可观的经济效益和环保效益。

减水剂在使用中需要注意的问题：

（1） 根据混凝土施工及性能要求选用减水剂的种类，使减水剂适应不同的施工条件和施工工艺要求。

（2） 根据水泥与减水剂的相容性确定减水剂品牌，混凝土减水剂与水泥不相容会影响混凝土的质量及正常生产，因此在初步选用减水剂品牌后，要进行水泥与减水剂相容性试验。

（3） 在混凝土试配、生产、施工中使用减水剂要注意：投料均匀、计量准确、适时调整调配方法、做好坍落度损失补偿措施。

2.2 引气剂

引气剂是在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。目前使用得最多的是天然树脂衍生物。

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2.2.1 作用机理

混凝土引气剂基本上都属于阴离子表面活性剂，其分子结构由憎水基团和亲水基团组成，亲水基团在分子溶于水解离后会因释放出阳离子而带正电荷。概括起来讲，引气剂的作用机理在于：在混凝土搅拌过程中能使其大量包裹微小的气泡，而这些微小的气泡又能稳定地存在于混凝土体内，从而提高混凝土的抗渗性和抗冻性。

引气剂的作用机理包括以下方面： 1) 界面活性作用 2) 起泡作用 3) 稳泡作用

2.2.2 使用情况及需要注意的问题

引气剂的主要作用是提高混凝土的耐久性和抗渗性，改善混凝土混合料的工作性，减少混凝土的泌水和离析。引气剂主要应用于有冻融要求的混凝土、防水混凝土、耐碱混凝土、泵送混凝土、流态混凝土、轻集料混凝土。

引气剂在我国的混凝土工程中使用并不普遍，仅占混凝土总量的百分之几，究其原因，一是担心引气剂会降低混凝土的强度；二是缺少更多性能优异、价格适宜的引气剂；三是引气剂使用不当致效果不显著；四是对提高混凝土的抗渗性、耐久性重视不足。

使用引气剂应注意以下四个问题： （1） 严格控制混凝土的含气量

应该根据有关设计规范和施工规程，在混凝土配合比设计时正确选择混凝土的含气量，并根据各种因素对混凝土含气量的影响情况，通过实验得出引气剂的适宜掺量。还要注意的一点是，为提高混凝土的耐久性，更重要的是保证硬化后混凝土体内的含气量。

（2） 正确选择引气剂品种

引气剂品种有很多，性能有所不同，尤其是引入气泡的大小和分布，以及气泡的稳定性都不同。应选择使用引入的气泡结构合理，稳泡性能好的引气剂品种。

（3） 确定正确的掺加方法并严格控制掺量

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由于引气剂掺量很小，在应用时，最好将引气剂溶于水，配制成具有一定浓度的溶液使用，这样既能增强引气剂的作用效果，又会使得计量比较容易和准确。

在掺加引气剂时，计量一定要准确，掺量少时，不能达到设计的含气量，而当发生超掺情况时，会使混凝土含气量增加，强度将会严重下降，必然会导致惨重的工程质量事故。 （4）保证正确的施工方法

要求配制的引气混凝土在原材料性质、配合比以及搅拌、装卸、浇注密实等各方面的控制指标都尽可能保持一致，这样才能使混凝土的含气量的波动范围最小。

施工时应该采用一般频率的振捣器，如果工地现场没有条件而必须采用高频振捣器进行捣实时，应该在保持不同部位的振捣方法和振捣时间一致。

2.3 防冻剂

防冻剂是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。防冻剂一般由防冻组分、减水剂、引气剂等几种功能组分复配成的，各组分的百分含量随使用地区的冬季气温变化特点而不同，按其成分可分为氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类；按负温养护温度可分为－5℃、－10℃、－15℃三类防冻剂；按掺量及塑化效果可分为高效防冻剂和普通防冻剂。 2.3.1 作用机理

混凝土防冻剂是结合冬施气温条件，可以加速混凝土负温条件下的凝结和硬

化，强度增长明显并且不影响后期强度的发展，无氯盐避免了钢筋锈蚀，提高了混凝土的耐久性。

防冻剂根据混凝土冻害机理，结合抗冻临界强度，最优成冰率，冰晶形态转化等理论，并总结长期冬季施工实践研制的，一般由四种组分组成，其作用如下： （1） 减水组分

主要作用是减少拌合水，从而减少游离水总量，从根本上减少可冻冰的含量，消除冻胀内因；并通过减水成分的分散作用，释放包裹水，消除劣质水泡，使粗大冰晶转化为细小冰晶，优化水泥水化环境，减轻胀冻压力。

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（2） 引气组分

主要作用是在混凝土内引入微米级的细小气泡，起到切割、封闭混凝土内的连通孔到，减轻冻胀是的裂纹扩展；并引入的大量气泡起到膨胀“缓冲器”的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。 （3） 早强组分

主要作用是加速混凝土的凝结硬化，使之尽快达到抗冻临界强度；在达到临界强度以后，能加快混凝土硬化速度，克服负温，低温造成的强度增长缓慢现象。

（4） 防冻组分

防冻组分是指一种是混凝土拌合物在负温环境下不受冻害的化学物质，其作用方式可以分为三类：一类是与水有很低的共熔温度，具有能降低水的冰点而使混凝土在负温下仍在进行水化作用，如亚硝酸钠、氯化钠；二类是既能降低水的冰点，也能使含该类物质的冰的晶格构造严重变形，因而无法形成冻胀应力二破坏水化矿物质使混凝土强度受损，如尿素、甲醇；三类是虽然水溶液有很低的共熔温度，但不能使混凝土中水的冰点明显降低，它的作用在于直接与水泥发生水化反应而加速混凝土凝结硬化，有利于混凝土强度发展，如氯化钠、碳酸钾。 防冻剂的防冻机理是综合性的，是多种效果的综合体现。“防冻”只是最终的效果，它是通过减水，引气，早强，防冻等因素共同作用而实现。 2.3.2 使用情况及需要注意的问题

混凝土防冻剂是结合冬施气温条件，可以加速混凝土负温条件下的凝结和硬

化，强度增长明显并且不影响后期强度的发展，无氯盐避免了钢筋锈蚀，提高了混凝土的耐久性。混凝土防冻剂为复合产品，在提高早期强度的基础上能明显改善混凝土和易性，掺量为总胶量2 ～ 5%。使用时可通过调整掺量，即可适应-5 ～ -20℃的冬季施工要求。含氯盐的防冻剂只适用于不含钢筋的素混凝土、砌筑砂浆。含足够量阻锈剂可用于一般钢筋混凝土但不适用于预应力钢筋混凝土。不含氯盐的防剂适用于各种冬季施工的混凝土，不论是普通钢筋混凝土还是预应力混凝土。 使用混凝土防冻剂过程中要注意以下几个问题：

（1）混凝土拌合物中冰点的降低与防冻剂的液相浓度有关，因此气温越低，防冻剂的掺量适当增大。

（2）不同的防冻剂使用温度不同，多为0-15摄氏度。

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（3）在混凝土中掺加防冻剂时，要注意原材料的选择及养护措施。

（4）在日最低气温-5t时，混凝土采用一层塑料薄膜和两层草袋或其他替代产品覆盖养护时，可采用早强剂或早期减水剂代替防冻剂。

（5）在粉剂直接加入的防冻剂，如有受潮结块，应磨碎通过0.63mm的筛孔后方

可使用。

2.4 早强剂

混凝土早强剂是指能提高混凝土早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂按照化学成分可分为无机盐类、有机物类、有机类和无机物复合的复合早强剂三类,其中无机早强剂包括氯盐早强剂、硫酸盐早强剂、硝酸盐早强剂和亚硝酸盐早强剂；有机早强剂最常用的为三乙醇胺；复合早强剂则主要是通过对各种早强剂组分之间的复合，以及早强剂组分与减水剂组分之间的复合，收到比单一早强剂更好的改性效果。 2.4.1 作用机理

早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展，早强剂种类不同，其作用机理也不完全相同。

（1）氯盐类早强剂

氯盐早强剂在促进混凝土硬化和早强的机理在于：一是增加水泥颗粒的分散度。加入氯盐后，能使水泥在水中充分分解，增加水泥颗粒对水的吸附能力，促使水泥的水化和硬化速度的加快。二是与水泥熟料矿物发生化学反应。氯盐首先与硅酸三钙水解析出的氢氧化钙作用，形成氧氯化钙，并与水泥组分中的铝酸三钙作用生产氯铝酸钙，导致水泥水化液相中石灰浓度的降低和硅酸三钙水解的加速，胶体膨胀，水泥石孔隙减少，密实度增大，从而提高了混凝土的早期强度。

（2）硫酸盐早强剂

硫酸盐早强剂易溶于水，能与水泥水化时析出的氢氧化钙反应，生成高分散度的石膏，其活性比生产水泥时加入的石膏要高，因而它与水泥熟料中的铝酸三钙反应生成硫铝酸钙的速度要快得多。而反应生成的氢氧化钠是一种活化剂，能够提高水泥熟料中铝酸三钙和石膏的溶解度，加速了铝酸钙的形成，使水泥石中硫铝酸钙数量增加，促进了水泥凝结硬化的加快和早期强度的提高。

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（3）有机胺类早强剂

以三乙醇胺为例，它是一种较好的络合剂。在水泥水化的碱性溶液中加入微量的三乙醇胺，能与铁离子、铝离子等离子形成比较稳定的络离子，这种络离子与水泥的水化物作用生成溶解度很小的络盐。因此，三乙醇胺对水泥水化有较好的催化作用，同时随着体系中固相析出量的增加，水泥混凝土的早期强度相应提高。

2.4.2 使用情况及需要注意的问题

早强剂在改善混凝土性能，提高施工效率和节约投资成本方面发挥了重要作用。据统计，目前我国每年使用的旱强剂和早强减水剂总量逾20万吨。广泛用于工业、民用建筑、公路、桥梁、水利等混凝土工程。

早强剂在使用中需要注意的问题：

（1）搅拌混凝土时要严格控制早强剂用量，不得超量，否则就会使混凝土来不及施工就已经凝固。

（2）氯盐类早强剂只准在不配筋的素混凝土中掺加，对于钢筋混凝土，要慎重使用早强剂，甚至要禁止使用。掺硫酸盐早强剂的混凝土要注意泛碱和白华现象，硫酸盐的掺量应通过试验确定，以免引起碱集料反应或硫酸盐过量产生的侵蚀破坏。

（3）掺液态早强剂的混凝土，搅拌时间宜适当延长。粉剂早强剂应先与水泥、集料干拌均匀后，再加水，加水后的搅拌时间应延长30s。

（4）使用早强剂的混凝土应加强早期保温、保湿养护，终凝后立即浇水养护。

2.5 复合类外加剂

复合型外加剂是根据工程需要，以上述的各种组成为主，再加入其它组分复合而成。这些复合型的外加剂生产设备较为简单、投资少、效益较好。复合类外加剂在我国混凝土的浇筑过程中得到了广泛应用，如葛洲坝工程使用的缓凝减水剂同时具有高效减水、引气和缓凝的作用，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。

混凝土外加剂除了上面介绍的几种之外，常用的还有缓凝剂、速凝剂、加气剂、絮凝剂、减缩剂、养护剂、阻锈剂、泵送剂、脱模剂等。

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3 外加剂的选择和使用

3.1 外加剂品种的选择

混凝土外加剂被行业俗称为“混凝土第五组分”。外加剂的使用可提高混凝土密实性、强度、抗冻性、抗渗性、耐久性，降低收缩值、徐变度，改善流变性,使混凝土自身性能的改善和提高，减少了养护时间，改善施工条件，降低劳动强度，更有利于机械化施工，使施工速度大为提高。同时降低了水泥用量，提高了混凝土的性价比，降低工程成本。尤其是高性能外加剂的使用更是克服了常规外加剂的诸多缺点，使超高强度和高耐久性的高性能混凝土工程建设项目成为现实。 外加剂的准确效能主要取决于水泥种类、掺合料的种类与其性能、粗细集料的性能及其所含的杂质、混凝土配合比和混凝土拌合物的搅拌形式、搅拌时间、混凝土温度以及环境条件等多个因素。我国水泥生产厂家众多，其生产工艺、原材料来源等千差万别；砂石料来源多样，质量波动大；掺和料品种杂，质量不稳定。这些都对外加剂的使用和混凝土质量控制造成很大困难。因此，正确选择外加剂对混凝土的生产和质量控制有深远的影响。

3.1.1 基本性能要求

所选用的外加剂要能改善混凝土的一种或几种性能，并且不产生副作用，或者副作用很小；要具有良好的匀质性和稳定性；对混凝土中钢筋或预埋金属件没有侵蚀作用；使用安全，没有环境污染。

3.1.2 选择依据和原则

外加剂的品种很多,功效各异,应该合理选择。外加剂的选择是根据设计、施工等环节对混凝土性能的要求而定，应根据混凝土的强度等级、耐久性指标及拌制混凝土工作性能要求，在全面了解混凝土外加剂作用原理基础上,综合考虑原材料状况，如水泥品种、砂石情况等因素。然后采用实际使用的原材料进行试验，并宜采用不同厂家的同一类型或同一品种的外加剂进行对比试验，根据试验结果有针对性选用技术、经济效果最合适的外加剂。

选择外加剂的原则一是性能满足使用要求，二是经济合理。选用外加剂时，

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必须根据工程需要、施工条件和施工工艺等因素进行选择。如一般混凝土主要采用普通减水剂；早强、高强混凝土采用高效减水剂；气温高时，掺用引气性大的减水剂或缓凝减水剂；气温低时，一般不用单一引气型减水剂，多用复合早强减水剂；为了提高混凝土的和易性，采用引气减水剂；高层建筑采用泵送混凝土时应使用泵送剂等，为了发挥各种外加剂的特点，不宜互为代用。如将高效减水剂作普通减水剂用，普通减水剂当早强减水剂用都是不合适的。要注意外加剂对不同品种水泥的适应性问题。比如有些减水剂对掺硬石膏的水泥不发挥作用等，这些因素在选择外加剂时要充分考虑。另外，严禁选用对人体产生危害、对环境产生污染的外加剂。

3.2 外加剂掺量的确定

每种外加剂都有适宜的掺量，即使同一种外加剂，不同的用途有不同的适宜的掺量。应严格按照经试配后的最佳掺量和用水量进行计量，并要求计量设备和计量精度准确和灵敏，保证掺量准确，避免出现掺量过大或过小。过大，不仅在经济上不合理，而且可能造成质量事故。如对有引气、缓凝作用的聚羧酸系减水剂掺量过大（＞1.5%），则会由于泌水而影响质量。而掺量过小，会失去应有作用。掺配时对集料所含水分,要准确测量,并从总用水量中扣除。为了确定掺量，对液态外加剂应测定溶液密度；对粉状外加剂应测定固体物含量。在粉剂产品中，有些由于烘干不彻底或包装不符合要求，致使产品中的固体含量大都在75%～80%左右，因此在这种情况下切勿将标定总量用作计算掺量的依据。外加剂的掺量控制十分重要，应做到准确无误，避免掺量不准出现达不到使用效果及或者使混凝土产生离析、泌水、板结或含气量过大等不良现象。

3.3 外加剂掺入方法的确定

在混凝土搅拌过程中，外加剂的掺加方法对外加剂的使用效果影响较大。如减水剂掺加方法大体分为先掺法、同掺法、滞掺法、后掺法。不同的掺加方法将会带来不同的使用效果。不同品种的外加剂，由于作用机理不同，其掺加方法也不一样。如对于萘系高效减水剂，为了避开水泥中的C3A成分的选择性吸附，以后掺法为好，又如木钙类减水剂，由于其作用机理是大分子保护作用，故不同的掺加方法影响不显著。影响外加剂掺加方法的因素主要有水泥品种、减水剂品种、

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减水剂掺量、掺加时间及复合的其它外加剂等。选择哪种方法均宜通过试拌确定。

使用前应进行试拌，以确定最佳掺入方法。混凝土外加剂的掺入方法有以下几种：

（1）先掺法

粉剂外加剂与水泥混合，再加集料与水搅拌称作先掺法。该法有利于外加剂的分散，减少集料对外加剂的吸附量，但实际工程使用不方便，一般是试验室用做试配。

（2）后掺法

也叫滞水法，是在混凝土加水搅拌一段时间后（水泥水化反应进行一段时间后），再加入外加剂进一步搅拌，它保持了混凝土液相中的外加剂浓度不会很快降低。

（3）同掺法

水剂粉剂外加剂与混凝土原材料一起倒入搅拌机中搅拌，或者是液体外加剂与水混合，然后与其它材料一起拌合。此方法混凝土在一开始水化时就有外加剂介入，立即被水泥颗粒表面吸附，从而迅速降低了液相中的浓度。

（4）分次加入法

混凝土搅拌过程中或运输过程中分次将外加剂加入混凝土中，使混凝土液相中外加剂的浓度保持在一定水平。

3.4 混凝土外加剂存在的问题

3.4.1 存在的问题

虽然几十年来，混凝土外加剂在我国的应用有了很大进展，但是同时也暴露出很多与现今大规模建设基础设施工程不适应的问题，不仅从经济上直接造成巨大浪费，而且间接地给混凝土结构物的使用性能，主要存在以下问题：

（1）性能指标低。

比如萘系合成高效减水剂的减水率为18～22%，普通型减水剂为 8～10%。而日本聚丙烯酸系高效减水剂减水率高35%，普通型达15%。

（2）浓度低

外加剂中有效成份低。比如萘系高效减水剂中硫酸钠比重高达18～25%，膨胀剂掺量为12～15%。

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（3）生产技术水平低

现有粉状复合型外加剂大多采用改装的混凝土搅拌机或饲料混合机生产，设备落后，个别企业甚至用手工配制。生产工人多数为雇用农民工，无科研能力和技术服务能力。许多企业所采用配方不是科学方法研制而是取来直接用于生产，严重影响混凝土质量。

（4）氯离子含量和碱当量高，对混凝土的耐久性危害极大。

3.4.2 对策

（1）认真做好外加剂的对比选定工作在选择外加剂品种时，应以混凝土技术性能、施工工艺条件、施工的季节、使用的目的，并通过技术经济比较来确定，不能盲目使用。

（2）加强外加剂对水泥适应性的鉴定工作。在外加剂使用之前，首先鉴定外加剂对所用水泥的适应性，避免因外加剂加入而使混凝土产生速凝现象，造成质量事故。

（3）在施工中保证掺量准确。对于非搅拌站，当采用干粉法时，根据每盘搅拌数量，外加剂掺量大小，用一个固定容器来掺加，从而保证每盘混凝土中掺外加剂的准确性，避免量不准确而产生副作用。

（4）保证掺加均匀。当采用干粉法时，首先尽可能地撒在拌和料上，而不要将其集中在某一个部位。第二，适当延长搅拌时间，一般延长30s，但总搅拌时间不超过3min。对于易溶入水的外加剂，将其配制成一定浓度的溶液，然后通过搅拌机自动计量与水一起加入搅拌机，这样无需延长搅拌时间，外加剂就能很均匀地分散到拌合物中。

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4 混凝土外加剂的发展趋势展望

各种混凝土外加剂的应用改善了新拌和硬化混凝土的性能，促进了混凝土新技术的发展，促进了工业副产品在胶凝材料系统中更多的应用，有助于节约资源和环境保护，已经逐步成为优质混凝土必不可少的材料。随着社会经济的不断发展，建筑施工建设力度逐渐加大，混凝土外加剂的生产将进入一个高速发展阶段，今后混凝土外加剂将朝着节能、高效、环保、可持续性方向发展，未来的发展趋势如下：

（1）市场潜力巨大

混凝土外加剂未来的市场需求依然旺盛，其发展走向受到原料供应和价格、 国家建设对混凝土的需求、国家政策和技术标准等诸多因素的影响。我国在未来仍然将在基础设施建设、民生工程、生态环境和灾后重建等方面投入大量资金，其中主要投向高速铁路、西部公路、民航机场、城市轨道交通和新能源领域，这些领域都是未来几年混凝土外加剂主要的潜在市场。

（2）高性能化

混凝土耐久性和使用寿命的提高，对外加剂产品提出了更新、更高的要求。外加剂的种类繁多，一次复合使用多种外加剂会给施工带来很多麻烦。而研究各功能性外加剂的协同作用机理、结构与性能关系和相互优化配置等;研究如何将外加剂复合并用之于混凝土材料，提高混凝土材料的强度、工作性能和耐久性，其意义重大。

（3）多样化

不断研制开发系列化、多样化的新品种的混凝土外加剂，以满足各种特殊工程的需要。充分利用各种工业废料生产外加剂，并改进外加剂的配方和生产工艺。生产物美价廉高效的外加剂产品，为广泛推广应用混凝土外加剂做准备。

（4）绿色化

绿色高性能混凝土是混凝土未来发展的方向。发展绿色高性能混凝土可大量节约熟料，降低料耗能耗和CO2排放，充分发挥绿色高性能混凝土的性能优势可减少混凝土结构断面，减少水泥和集料的消耗，从根本上降低能耗、料耗、降低环境污染代价。为适应绿色高性能混凝土发展的需要，混凝土外加剂也应向绿色化方向努力。今后应研究降低外加剂产品中游离有机物质的合成技术，尤其要控制游离甲醛、游离苯酚含量和氨释放量在安全界限内;研究如何利用工、农业副产

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品生产混凝土外加剂。

综上所述，混凝土外加剂是显示一个国家混凝土技术水平的标志性产品，在保证我国混凝土工程顺利施工、控制质量方面功效巨大，是我国优质工程建设中必不可少的新型建筑材料。混凝土外加剂行业潜在市场巨大，发展前景良好。但是由于外加剂生产企业入行门槛较低，企业规模普遍较小，使得行业整体技术力量和研发力量较弱，对节能环保和清洁生产重视不够。从保证工程质量、满足建设需求的角度看，需要混凝土外加剂企业加大在研发人员、检验设备等方面的投入，不断提高产品质量和服务水平；从国家节能减排政策要求看，外加剂企业应该加快企业清洁生产和安全生产的步伐，努力实现经济、社会、环境效益共赢，向经营规模化和资源利用综合化方向发展，实现外加剂行业结构的战略性调整，为国家建设提供优质新材料。通过各种新型外加剂研发的深入，可以更好地满足复杂工程以及特殊工程对混凝土性能的要求，定会在建筑业中发挥巨大的作用并产生良好的效益。

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参考文献

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