商品混凝土應用外加劑中的認識誤區！
【摘 要】外加劑的應用促進(jìn)了商品混凝土的的飛躍發(fā)展，取得了十分可觀(guān)的技術(shù)經(jīng)濟及社會(huì )效益。但由于一些混凝土施工技術(shù)人員對外加劑的應用技術(shù)掌握不多，在實(shí)際施工應用中還存在較多的認識誤區，影響了外加劑在商品混凝土施工中的應用效果，因外加劑的使用不當帶來(lái)的工程事故也時(shí)有發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】減水；緩凝；引氣；收縮；膨脹
商品混凝土施工離不開(kāi)混凝土外加劑，目前外加劑已成為混凝土施工中不可缺少的第五種主要組份。據不完全統計，目前商品混凝土中外加劑的年用量已到數百萬(wàn)噸。每年節約水泥達數千萬(wàn)噸。社會(huì )效益更是不可低估。
雖然應用外加劑的技術(shù)經(jīng)濟效益不可低估，但由于一些施工技術(shù)人員對外加劑的應用技術(shù)掌握不夠，并非都能取得較好的技術(shù)效果，在混凝土施工中，因外加劑應用不當造成的工程事故也時(shí)有發(fā)生。本文就商品混凝土施工中對外加劑應用中存在的一些認識誤區作一簡(jiǎn)單分析。
1 關(guān)于減水率的認識誤區
減水劑是一種在混凝土攪拌前或攪拌過(guò)程中加入，能減少或大幅度減少混凝土拌合用水的外加劑?；炷林袚饺霚p水劑后可有效改善混凝土和易性、流動(dòng)性，混凝土結構改善，強度提高，在保持混凝土強度不變時(shí)也可節約大量水泥。因此，減水劑也成為配制商品混凝土不可缺少的外加劑。
看到減水劑能提高強度，并大量節約水泥的重大作用，施工人員誤認為配制商品混凝土使用減水劑時(shí)，減水率越高越好，甚至在配制低標號混凝土時(shí)也要求較高的減水率。通常情況下，隨著(zhù)減水率的提高，混凝土強度也會(huì )越來(lái)越高。對于水膠比較高的混凝土，用水量的減少混凝土的干燥收縮也會(huì )降低，對提高混凝土強度，減少混凝土收縮開(kāi)裂當然十分有利。但目前混凝土施工普遍設計水膠比都比較低，由于自收縮已不容忽視，如果再大幅度減少用水量，會(huì )加大混凝土內部干燥收縮，從而加大了混凝土自收縮，加之商品混凝土配制一般都同摻緩凝劑，由于水化較慢，混凝土較長(cháng)時(shí)間不凝，混凝土表面失水嚴重，更加大了混凝土收縮開(kāi)裂的風(fēng)險。當然，有些人會(huì )說(shuō)，我們可通過(guò)澆水養護來(lái)防止混凝土干燥收縮，但極低的水膠比混凝土都較密實(shí)，所澆水很少能滲透到混凝土內部，也很難達到補充缺水的目的。
筆者曾測試過(guò)三種常用減水劑——糖蜜、木鈣、萘系減水劑的最高減水率，分別為6%、8%、20%。萘系高效減水劑最高，但摻入上述減水劑后混凝土收縮值卻是萘系產(chǎn)品最大。而低減水率的糖蜜卻最低。
通過(guò)減水提高強度來(lái)減少水泥用量這是普遍的習慣。但如果大幅度減少水泥用量，水泥漿過(guò)少，由于水泥漿層太薄，更易產(chǎn)生微裂縫，混凝土極限延伸率減小，混凝土抗拉強度下降，過(guò)量減少膠凝材料用量還會(huì )提高混凝土彈性模量，在相同干縮變形及溫度變形時(shí)，變形應力增大，混凝土易產(chǎn)生開(kāi)裂。
一些高減水率的減水劑品種，保水性較差，如果過(guò)量減水增大這些減水劑的用量，混凝土易產(chǎn)生泌水離析，影響了混凝土勻質(zhì)性，并給混凝土質(zhì)量帶來(lái)不利影響。
筆者調查發(fā)現，目前商品混凝土早期開(kāi)裂較多，其中70%以上都發(fā)生在采用較高減水率外加劑的混凝土中。不難看出，采用高減水大量節約水泥既不科學(xué)，也不經(jīng)濟。過(guò)分強調減水率是對減水劑認識的一大誤區。
2 解決商品混凝土坍落度損失的唯一途徑是增加緩凝劑的用量
商品混凝土加水攪拌后，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，坍落度也會(huì )慢慢減小，這是商品混凝土施工中的正?，F象，但是對于在短期內坍落度迅速損失則會(huì )使混凝土無(wú)法澆注施工。為解決商品混凝土坍損，通常在外加劑配制過(guò)程中都會(huì )適量加入緩凝劑，這就給施工人員誤認為，增加緩凝劑用量是解決商品混凝土坍落度損失的唯一途徑。
混凝土坍落度損失是多種因素造成的，最大的影響因素當然是水泥水化加速，但也不可忽視水泥的二次吸附的影響。水泥水化加速除水泥細度外，水泥中調凝劑用量，水泥中鋁酸三鈣的含量，施工溫度都會(huì )影響水泥的水化速度。摻用緩凝劑當然可以抑制水泥水化，但由于水泥品種不同，水泥中礦化成份差別較大，并非只要是緩凝劑都能抑制這些礦化成份的水化。如一些缺硫缺堿水泥，緩凝劑的加入卻會(huì )加速水泥水化，加大坍落度損失。摻入硫酸鹽早強劑補充水泥中三氧化硫不足卻能抑制水化速度，減小坍落度損失。糖類(lèi)緩凝劑用于C3A含量高的水泥沒(méi)有緩凝保坍效果，用于高堿水泥還會(huì )加速水泥水化甚至使混凝土產(chǎn)生速凝。
水泥混凝土摻入減水劑后，由于減水劑的吸附分散作用，水泥粒子是分散的，大量游離水的存在使混凝土流動(dòng)性改善，混凝土具有較大的坍落度。由于水泥活性及其它影響因素，一定時(shí)間后水泥粒子又會(huì )重新吸附在一塊并包裹了大量游離水，促使混凝土坍落度損失加大。解決上述現象增加緩凝劑用量根本無(wú)效。而同摻少量引氣劑，細密的氣泡能有效地隔離水泥粒子，使之無(wú)法相互吸附，可以減小坍落度損失。
即便采用了適用的緩凝劑，用量也不宜無(wú)限增大。緩凝劑的大量摻用，不但增加了施工成本，更會(huì )影響混凝土早期強度并影響施工進(jìn)度。過(guò)量摻入緩凝劑，混凝土長(cháng)時(shí)間處于塑性狀態(tài)，骨料下沉塑性收縮增大，混凝土水份大量蒸發(fā)，在水泥水化前失水太多還會(huì )使混凝土出現粉化現象，強度下降。
不難看出，解決商品混凝土坍落度損失問(wèn)題，應找出造成坍落度損失的主要影響因素。采取適當的保坍措施，而并非任意加大緩凝劑的摻用量就能解決。
3 摻用引氣劑會(huì )降低混凝土強度
商品混凝土摻用引氣劑可以有效地改善混凝土的和易性、流動(dòng)性、可泵性、保水性，更重要的是混凝土中摻入了引氣劑后可以有效地提高混凝土抗凍、抗滲等耐久性能。研究還表明，商品混凝土中摻用引氣劑還可以防止混凝土中水泥粒子的二次吸附，減小坍落度損失。目前日本等國家在混凝土施工中已經(jīng)幾乎沒(méi)有不摻引氣劑的混凝土。而將不摻引氣劑的混凝土稱(chēng)為特殊混凝土。
目前我國許多混凝土施工企業(yè)還未摻用引氣劑，主要是施工人員認為混凝土中摻用引氣劑會(huì )降低強度，這是對引氣劑認識的又一誤區?！盎炷林泻瑲饬吭黾影俜种粫?huì )使強度降低百分之三到五”是他們的理論依據。不錯，混凝土含氣量增加強度當然會(huì )降低，但那只是在水膠比相同的前題下的測試結果。常用引氣劑都有一定的減水功能，在常用摻量時(shí)引氣劑的減水率都在 6% 以上，減水效果也會(huì )使混凝土強度得以提高。試驗表明，用水量減少 1% 也會(huì )使混凝土強度提高 2%～4%，這是完全可以彌補因含氣量增加對強度影響。試驗表明，含氣量對強度的影響還與氣泡結構有關(guān)。較細密均勻的氣泡對強度影響小，甚至沒(méi)有影響，而較大的氣泡才對混凝土強度產(chǎn)生影響。引氣劑對強度的影響還與混凝土設計標號及用水量有關(guān)。在正常情況下，低標號水膠比較高的混凝土含氣量即便增加5%也不會(huì )影響到強度，而高強低水膠比混凝土含氣量控制在3% 左右也不會(huì )影響強度。
也有人認為商品混凝土摻用引氣劑會(huì )增加施工成本，那更是片面看法?？紤]到引氣劑的減水作用，每摻用一公斤引氣劑，在保證一定減水率的前題下，可少用減水劑十多公斤，應用成本不但不會(huì )增加還會(huì )有所降低。事實(shí)證明，商品混凝土施工中摻用引氣劑技術(shù)經(jīng)濟效益都十分明顯。
4 商品混凝土冬季施工摻入降低冰點(diǎn)的防凍劑就可以防止混凝土凍害
冬季混凝土施工時(shí)，為保證施工質(zhì)量，防止凍害，一般都須摻入一定量的防凍劑。而防凍劑的主要組份少不了能降低冰點(diǎn)的成份。為此，許多施工者誤認為冬季施工時(shí)只需摻入有一定降低冰點(diǎn)功能成份的化合物即可防止凍害，這是對防凍機理的誤解。
雖然混凝土中水的凍點(diǎn)降低，凍害會(huì )減少，但是在負溫下混凝土中水泥水化停止，水化水雖未結冰，但混凝土也會(huì )長(cháng)期無(wú)法形成一定的強度。不但無(wú)法進(jìn)行混凝土連續施工，一段時(shí)期后仍會(huì )給混凝土形成凍害。試驗表明，提高混凝土臨界強度，大幅度減少容易產(chǎn)生結冰凍害的用水量并增加能緩解混凝土冰凍膨脹應力的組份，即同摻減水劑早強促凝劑及引氣劑，結合降低冰點(diǎn)是最好的防凍措施。而單一依靠降低冰點(diǎn)無(wú)法保證混凝土的凍害防止。
目前國產(chǎn)防凍劑采用的降低冰點(diǎn)的主要成份多為亞硝酸鈉及一些鈉鹽鉀鹽。這些產(chǎn)品在-15℃施工時(shí)摻用量一般為水泥用量的10%以上，當混凝土集料中活性集料較多時(shí)，它們所帶入的堿金屬離子易與集料中活性成份反應，產(chǎn)生體積膨脹，更由于堿含量的增加使混凝土干縮變形增大產(chǎn)生微裂縫風(fēng)險，影響了混凝土的耐久性。
而采用上述復配組份的防凍劑，降低冰點(diǎn)的材料用量可減少40%~50%即可達到防凍目的。給混凝土帶來(lái)的堿含量也會(huì )大幅度減少，各種負作用減少。
5 商品混凝土是否可以摻用膨脹劑
膨脹劑是一種摻入混凝土中能在限制條件下產(chǎn)生體積膨脹從而補償混凝土各種收縮，改善混凝土密實(shí)性，提高混凝土抗裂、抗滲性能的外加劑。長(cháng)期以來(lái)筆者所見(jiàn)應用于該產(chǎn)品的成功實(shí)例不少。但近期以來(lái)，應用該產(chǎn)品后出現工程事故卻越來(lái)越多，使許多工程人員對膨脹劑的應用效果產(chǎn)生懷疑，甚至產(chǎn)生了“混凝土不用膨脹劑不開(kāi)裂，越用越開(kāi)裂”的看法。上述觀(guān)念還出現在一些專(zhuān)家學(xué)者的論述中。是否在商品混凝土中不能摻用膨脹劑，筆者通過(guò)事故分析認為，商品混凝土中可無(wú)條件使用或完全不能摻用的說(shuō)法都較為片面。
首先是膨脹劑的應用范圍，通過(guò)該產(chǎn)品的作用機理分析，在高強度及其它水膠比較低的混凝土中筆者認為不宜摻用。這是因為混凝土較低的用水量不能保證有足夠的水使其有效地產(chǎn)生體積膨脹。即使加強澆水養護，由于低水膠比混凝土較為密實(shí)，抗滲性高，只能有少量水被混凝土滲入，仍無(wú)法滿(mǎn)足膨脹對水的需求。其次，由于膨脹劑的較高吸水作用，使混凝土內的水泥粒子因缺水不能充分水化，影響了混凝土強度。
我國膨脹劑品種較多，這些產(chǎn)品的吸水膨脹期差別較大，摻入混凝土中如水泥凝結時(shí)間較晚而所采用的膨脹劑吸水膨脹時(shí)間卻過(guò)快，使膨脹劑形成無(wú)效膨脹，這些膨脹劑對混凝土只起到摻合料的作用。膨脹劑的水化吸水膨脹需要補充大量的水，加強澆水養護是膨脹劑能充分發(fā)揮膨脹的首要條件。根據有關(guān)規范，摻膨脹劑的混凝土澆水養護期需要14天以上，而實(shí)際施工中80%以上的混凝土施工都不能保證這么長(cháng)時(shí)間澆水養護，影響了使用效果。
必須指出的是摻膨脹劑的混凝土與普通混凝土一樣，在干燥的條件下都會(huì )產(chǎn)生自身體積的收縮。如果恢復到潮濕環(huán)境下，膨脹劑仍會(huì )重新恢復膨脹。而這些收縮也能使混凝土產(chǎn)生部分裂紋，恢復膨脹裂紋也會(huì )重新閉合。這就是該產(chǎn)品的自愈作用。因此，對于摻入膨脹劑后進(jìn)入干燥期產(chǎn)生少量裂紋完全與產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)關(guān)，也不會(huì )影響混凝土性能。
在商品混凝土中，C40或C40以下普通混凝土、防水混凝土、水工大體積混凝土中完全適用膨脹劑，而C40以上混凝土筆者認為不宜摻用膨脹劑。在商品混凝土中摻用膨脹劑必須充分了解產(chǎn)品性能，采用適當摻量，更要加強澆水養護，完全可以達到一定的技術(shù)效果。
6 配制高強高性能商品混凝土只有采用聚羧酸高性能減水劑
隨著(zhù)建筑混凝土技術(shù)的發(fā)展，高強高性能混凝土用量越來(lái)越大，而配制高性能商品混凝土必須采用高性能混凝土外加劑。此類(lèi)外加劑的特點(diǎn)是高減水率，高耐久性，低收縮，高保坍功能。目前我國使用最多的是聚羧酸高性能減水劑。
是否配制高強高性能混凝土只能采用聚羧酸高效減水劑？這是施工施工人員爭執較多的問(wèn)題。
聚羧酸高性能減水劑最初被稱(chēng)為“丙烯酸類(lèi)高效減水劑”，因為它的化學(xué)組成中大量使用了丙烯酸或有相似的結構，現因該產(chǎn)品的主導官能團含有羧基（雖然也含有磺酸基）根據化合物命名只選擇一種主導官能團作為系列名稱(chēng)的原則，故定名為聚羧酸高性能減水劑。
該產(chǎn)品的合成設計性強，可根據功能要求及原料情況進(jìn)行合成工藝調整，因此目前產(chǎn)品的合成工藝較多，目前筆者見(jiàn)過(guò)十多種聚羧酸產(chǎn)品的合成工藝。這些產(chǎn)品性能差別較大，工程施工難以掌握。聚羧酸產(chǎn)品對水膠比的敏感性較大，極低的用水差距就可使混凝土產(chǎn)生泌水或流動(dòng)性降低，對混凝土骨料中的含泥率也很敏感。較高的含泥量就需大量增加外加劑摻用量。該產(chǎn)品與其它外加劑的相容性不好，很難通過(guò)復配其它外加劑來(lái)改善混凝土某一性能，對水泥也與其它外加劑一樣，同樣存在適應性問(wèn)題。該產(chǎn)品用于低標號商品混凝土的技術(shù)效果甚至不如其它高效減水劑，只有用于高強低水膠比混凝土時(shí)才能充分發(fā)揮其功能。而我國較低標號混凝土占商品混凝土量的70%以上，這大大影響了該產(chǎn)品的廣泛應用。
為達到混凝土高性能的目的，是否一定要采用聚羧酸類(lèi)高性能減水劑，筆者及許多施工實(shí)踐證明是否定的。
我們曾用氨基磺鹽高效減水劑與適當引氣劑、緩凝劑、減縮劑進(jìn)行復配，所復配產(chǎn)品同樣可以達到高性能減水劑所要求的高減水高耐久性高保坍性的要求。其中對水泥的適應性及收縮率還好于聚羧酸高性能減水劑，與其它外加劑的相容性也好，應用成本也不高，用于低標號混凝土中成本還低于聚羧酸產(chǎn)品。而上述聚羧酸產(chǎn)品應用中的其它副作用在采用該產(chǎn)品時(shí)也能明顯降低。據了解，上海北京廣東許多外加劑生產(chǎn)企業(yè)，都在研制替代聚羧酸高性能減水劑的新品種。
7 減水劑應用中的其它誤區
在商品混凝土施工中還存在一些其它認識誤區。
（1）萘系減水劑高濃性產(chǎn)品好于低濃性產(chǎn)品，這是很不正確的。兩種產(chǎn)品的區別只是產(chǎn)品中硫酸鈉含量，一般高濃產(chǎn)品硫酸鈉含量為3%～5%，而低濃型產(chǎn)品硫酸鈉含量為18%～20%，表面看，高濃產(chǎn)品，萘磺酸甲醛縮合物有效含量高于低濃產(chǎn)品，但是由于水泥中C3A對減水劑的吸附量較大，高濃產(chǎn)品中被C3A吸附量也大，余下部份才能對水泥中含量最大礦化成份C3S等起分散作用，而低濃產(chǎn)品中的硫酸鹽會(huì )被C3A優(yōu)先大量吸附，余下的有效成份對水泥中其它礦化成份的分散作用仍可與高濃產(chǎn)品相近。廈門(mén)某港口工程在高標號混凝土中摻用萘系減水劑時(shí)發(fā)現，在高強混凝土中摻用萘系高效減水劑的綜合技術(shù)效果，低濃產(chǎn)品高于高濃產(chǎn)品。
（2）一些高效減水劑存在泌水或色觀(guān)問(wèn)題，認為不適合在商品混凝土中使用。這主要指脂肪族類(lèi)高效減水劑，由于該產(chǎn)品減水率高且缺少保水成份，可能影響混凝土的保水性，使混凝土產(chǎn)生泌水離析，但通過(guò)同摻一定的引氣劑或一些具有保水功能的成份完全可以避免。該產(chǎn)品由于在堿性條件下合成，產(chǎn)品多顯紅色或深紅色，加入混凝土中如產(chǎn)生泌水，混凝土表面會(huì )出現一層黃色水液，這更不存在問(wèn)題，一次澆水養護后，就會(huì )沒(méi)有黃色水液滲出，不會(huì )影響到混凝土的外觀(guān)。
（3）蒽系減水劑減水率低，不宜作為高效減水劑在商品混凝土中使用。蒽系高效減水劑是三十年前開(kāi)始投入市場(chǎng)的高效減水劑產(chǎn)品。它由蒽油或粗蒽經(jīng)磺化縮合而成。該產(chǎn)品因其價(jià)格低廉，減水效果與萘系產(chǎn)品相近而在國內廣泛使用。但進(jìn)入本世紀后，應用單位卻越來(lái)越減少，是否該產(chǎn)品的性能已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求或是產(chǎn)品性能下降了？回答是否定的。
蒽系高效減水劑最大的特點(diǎn)是保水增稠性好，早強效果也高于萘系高效減水劑。但近十年來(lái)由于我國水泥產(chǎn)品標準的改變，比表面積普遍較大，配制的混凝土較粘稠，而蒽系產(chǎn)品也有較高的增稠作用，加之目前我國生產(chǎn)的商品混凝土普遍水膠比較低，影響了混凝土的流動(dòng)性。經(jīng)測試，水泥凈漿流動(dòng)度與萘系高效減水劑差別更大。所以混凝土減水率也遠遠低于萘系產(chǎn)品。筆者有一份二十多年前的檢測資料，對比了兩者產(chǎn)品的最高減水率（產(chǎn)品同為江都減水劑廠(chǎng)合成），萘系低濃高效減水劑減水率為18%～20%，而蒽系產(chǎn)品減水率也能達到17%～18%（摻量同為水泥用量的0.7%），相差只有 2% 左右，而近期筆者仍用江都廠(chǎng)產(chǎn)品同摻量作對比，萘系產(chǎn)品減水率平均為18%，而蒽系只有 13%～14%，兩者相差 4%。
有趣的是，我們在配制 C30 低強度等級混凝土時(shí)發(fā)現，由于設計配合比中水灰比較高，蒽系產(chǎn)品與萘系產(chǎn)品的減水效果相近，差別也不足2%。筆者認為，在低標號高水膠比混凝土中，蒽系完全可以替代萘系產(chǎn)品，更會(huì )改善低標號混凝土的保水性，早強性能也可能更好。同濟大學(xué)曾經(jīng)試驗將蒽系產(chǎn)品用于高堿缺硫水泥中，應用效果還優(yōu)于多種高效減水劑。
上述在商品混凝土應用中存在的誤區，是筆者在與一些外加劑生產(chǎn)企業(yè)、施工單位及商品混凝土攪拌站技術(shù)協(xié)作時(shí)發(fā)現，資料可能不太完善?；炷镣饧觿┑膽眉夹g(shù)極為復雜，只有通過(guò)大量試驗及施工實(shí)踐才能正確掌握，使商品混凝土施工達到最佳技術(shù)經(jīng)濟效益。
