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(四)混凝土外加剂 $lesson$
1. 外加剂的定义与分类
混凝土外加剂是在拌制混凝土时掺入的、掺量一般不大于水泥质量的5%(特殊情况除外)，用以改善混凝土性能的化学物质。外加剂掺量虽少，但能显著地改善混凝土某方面的性能，在现代混凝土工程中的应用越来越普遍，已经成为混凝土的重要组成材料之一。按照外加剂的主要功能，可将混凝土外加剂分为以下四大类。
(1)改善混凝土拌合物和易性的外加剂，主要有减水剂、高效减水剂、引气剂、泵送剂等。
(2)调节混凝土凝结时间和硬化速度的外加剂，主要有缓凝剂、早强剂、速凝剂等。
(3)改善混凝土耐久性的外加剂，主要有引气剂、防水剂、阻锈剂等。
(4)改善混凝土其他性能的外加剂，例如膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂等。
2. 减水剂
在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能显著减少拌合用水量的外加剂称为减水剂，又叫塑化剂。根据减水能力大小分为普通减水剂和高效减水剂。相对于普通减水剂，高效减水剂的减水能力更强，引气量低，也叫做超塑化剂或流化剂。减水剂的主要技术性质包括减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差和各龄期的抗压强度比等。工程中使用时要根据所用类型和品种，按照标准要求进行有关性能的试验。使用减水剂可以实现如下的技术经济效果。
(1)提高混凝土拌合物的流动性。在拌合水量不变的条件下，掺入减水剂可使混凝土的坍落度提高100～200mm。
(2)减少用水量，降低水灰比，提高混凝土强度。在保持拌合物坍落度不变的条件下，能减少用水量10%～15%。如果水泥用量不变，减少用水量即降低水灰比，因此能提高混凝土强度15%～20%。
(3)节省水泥，降低成本。若保持混凝土强度不变，即保持水灰比不变，可在减水的同时减少水泥用量，节约水泥10%～15%，降低混凝土的成本。
(4)减慢水化放热速度，推迟放热峰的出现。缓凝型减水剂具有延缓水泥水化的作用，其机理是减水剂分子定向吸附在水泥颗粒表面，起抑制和延缓水泥水化的作用，同时，在满足相同强度、相同耐久性要求的条件下，使用减水剂可减少水泥用量，降低总的水化热量。这两点有利于克服大体积混凝土由于温度应力所产生的裂缝。
(5)有利于提高耐久性。掺入减水剂后使拌合物流动性提高，易于浇筑密实，且减少混凝土用水量，可减少混凝土的泌水，使混凝土内部毛细孔孔隙减少，有利于提高混凝土的抗冻性和抗渗性。
3. 早强剂
能加速混凝土早期强度发展、明显提高混凝土早期强度的外加剂称为早强剂。早强剂常用于道路抢修、冬季施工等要求早期强度较高的混凝土工程。主要有无机、有机和复合型三大类。其中以无机早强剂应用最为普遍。无机早强剂的主要品种有氯化物系和硫酸盐类;有机早强剂主要有三乙醇胺、三异丙醇胺、甲醇、乙酸钠、甲酸钙、尿素等品种。早强剂最主要的技术性能指标是1d和28d抗压强度比。按照国家标准规定，掺入早强剂的混凝土与基准混凝土1d抗压强度之比不能低于125%，28d抗压强度比不低于95%。
4. 引气剂
在搅拌混凝土过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡(直径20～1000um)，从而改善混凝土和易性与耐久性的外加剂叫做引气剂。兼有引气和减水功能的外加剂叫做引气减水剂。引气剂将对混凝土性能产生如下影响。
(1)改善混凝土拌合物的和易性。由于在混凝土拌合物中引入了大量球状的、微小且独立的气泡，如同滚珠一样减小骨料之间的摩擦，增强润滑作用，使拌合物的流动性得到提高，随着含气量增加，混凝土的坍落度值增大，大致上含气量每增加l%，坍落度值提高10mm;如果保持坍落度不变，可减少拌合用水量大约6%～10%。同时由于气泡的存在，使整个拌合物体系的表面积增大，能提高拌合物的粘聚性，使泌水和沉降、分层和离析现象减少。因此，引气剂能明显改善混凝土的和易性。
(2)提高抗冻性和抗渗性。混凝土的抗冻融性能与本身的强度和变形性能密切相关。混凝土中封闭气泡的引入，可缓冲冻结时的膨胀压力，增加混凝土的变形能力，所以抗冻性得到提高。但是，含气量增加会明显降低混凝土的强度，所以引气量要控制在适当水平。实验表明，当混凝土的含气量超过6%时，抗冻融性不再提高，反而有下降的趋势。对于抗冻性来讲，砂浆的最佳含气量为9%，混凝土的最佳含气量为3%～6%。
此外引气剂的掺入能减少混凝土泌水现象，提高和易性，使混凝土内部的毛细孔数量减少，微观结构更加完善密实，因此能够提高混凝土的抗渗性。
(3)使混凝土的强度和弹性模量降低。混凝土内部大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受压面积，因此，掺入引气剂使混凝土的强度和弹性模量有所下降。一般混凝土的含气量每增加1%，其抗压强度将降低4%～6%，抗折强度下降2%～3%。为了使混凝土的强度不致明显降低，要严格控制引气剂的掺量;可根据需要减少拌合用水量5%左右，以补偿由于引气造成的强度损失;同时要使用优质的引气剂，使气泡微小分布均匀;施工时尽量密实成型。
引气剂主要应用于混凝土道路、大坝、港工、桥梁等工程中，可大大延长它们的使用寿命。但不宜用于蒸汽养护的混凝土及预应力混凝土。引气剂的主要性能指标是掺引气剂混凝土的含气量，要大于3.0%，由于引气将造成强度下降，因此要检验掺引气剂的混凝土3d、7d、28d的抗压强度比必须满足规定的指标。