利用外加剂, 提高混凝土质量

摘要：本文谈及外加剂应用的一些经验，论述了减水剂对提高混凝土质量的重要作用，为了进一步提高建筑质量，建议有条件的建筑施工企业尽可能推广使用混凝土外加剂，以利改善混凝土性能，提高混凝土质量，节约水泥，提高经济效益。

关键词：混凝土；减水剂；混凝土质量；混凝土性能

1 前言

　　进入高科技时代，人们更关心混凝土的耐久性。国外已提出，应根据耐久性要求设计混凝土配合比。耐久性优良的混凝土，其强度、密实度、抗渗性、抗裂性、抗冻性、抗碳化及抗腐蚀诸多性能都得到提高。这诸多性能中，提高混凝土密实度至关重要。密实度高，混凝土内部空隙、孔隙、缺陷都大大减少，从而使其他性能得以提高。

　　要提高密实度，就必须减少混凝土单位用水量，但又必须保证混凝土有良好的和易性，以满足施工需要。如果没有减水剂，就难以实现。

　　与发达国家相比，我国掺外加剂混凝土的比例还比较低。随着预拌混凝土的推广，这种比例逐渐在增加。但我国幅员辽阔，不少地方使用的混凝土仍为现场搅拌，并且不少现场搅拌的混凝土未掺外加剂，混凝土质量难以提高。建议从提高施工队伍素质、提高施工水平入手，大力推广使用减水剂、外加剂，提高混凝土质量，以促进建筑质量的进一步提高。

2 木钙仍为现场搅拌混凝土较适用的外加剂

　　笔者89～90 年参加了青岛流亭立交桥建设，负责混凝土技术。青岛流亭立交桥是当时我国公路交通最大的一座三层互通式立交桥，位于济青(济南- 青岛)、烟青(烟台- 青岛)两大公路干线的交汇点，是青岛市陆上的交通咽喉。混凝土总量63000m3。工程开始时，有小部分混凝土没有掺用外加剂，我们立即觉得混凝土质量不理想，不能满足如此大工程、重要工程对混凝土质量的要求。存在的主要问题是，混凝土离析、泌水较严重，和易性不良，混凝土富余强度不易达到要求，强度离散性较大等。通过混凝土质量现场分析会，就必须掺用外加剂。经过多种外加剂的反复试验，我们选择了吉林开山屯生产的木钙减水剂。在此后施工中，有58500m3 混凝土使用了外加剂，占混凝土总量的92.9%。掺用木钙减水剂后，不但混凝土质量大大提高，满足了工程需要，而且取得了良好的经济效益。其好处至少有以下几点：

　　⑴大大提高混凝土拌合物和易性，满足了灌桩和泵送施工的要求。未掺木钙前，混凝土用水量大，180～200mm 坍落度时，离散、泌水严重。灌注混凝土桩，拌合物在下料溜槽出现浆石分离，下料导管经常发生堵塞，灌注很不顺畅，泵送时也常有塞管现象。掺木钙后，减少了用水量，混凝土和易性大大改善，粘聚性、保水性良好，拌合物质量大大提高，完全满足灌注桩和泵送施工对混凝土拌合物和易性的要求。大坍落度情况下，掺木钙混凝土的对比试验结果见表1。

　　⑵提高了混凝土强度，提高了强度保证率。从表1 看出，掺用水泥重量0.25%的木钙，在坍落度相同的情况下，混凝土强度提高了18.9%，水泥用量减少31kg/m3，混凝土各龄期强度皆不降低，28d 强度还提高了5.3%。

　　再分析表2 试验结果。现场搅拌较高等级(C40)混凝土，不掺木钙，28d 强度为44.4MPa。根据配合比设计规程，混凝土配制强度公式：

Fcu,o=Fcu,k+1.645δ

　　以此强度的标准差δ=2.7MPa，达到目前电脑配料搅拌站的生产质量控制水平，这在现场搅拌是难以稳定达到的。换言之，如果采用这个配比，当强度向下波动时，可能会出现较多强度达不到等级设计值的混凝土，强度保证率将难于实现，亦即难于保证混凝土的整体质量。

　　一般来说，现场搅拌混凝土，其生产条件不及搅拌站，强度波动比搅拌站大，故强度标准偏差取值宜大些。对C40 混凝土的配制强度为49.9MPa。从表2 看出，同一配合比，掺木钙后，维持坍落度不变，每立方米混凝土

　　用水量减少了25kg，混凝土28d 强度提高至49.8MPa，满足了现场搅拌对配制强度的要求。

　　后来的生产实践也证明，这种分析结果及采取的措施是对的。工程竣工后的强度统计表明，各级别混凝土的强度保证率都大于95%，强度合格率全部为100%。由于采用了外加剂，有力地保证了混凝土质量。

　　⑶提高了经济效益。由于掺用了木钙，工程累计节约水泥1813 吨，平均每1 吨木钙节约用水泥35 吨，如果用现在的材料价格计算，扣除木钙的成本后，直接经济效益达34 万元。

　　⑷提高了混凝土强度，提高了强度保证率。掺用木钙后，混凝土用水量减少了8.2%～11.2%,每立方米混凝土重量增加35-48kg，混凝土的密实度提高1.5%～2.1%。木钙略有引气性。掺木钙混凝土的含气量为3%～4%，比普通混凝土高2%～3%。密实度和含气量的增加，使混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化等多种性能都得到明显提高，从而提高了混凝土的耐久性。

　　掺用木钙后，混凝土凝结时间延缓2～4 小时，水泥水化热峰值降低，峰值出现时间延迟2～7 小时。这些特性，都十分有利于大体积混凝土的施工，有利于硬化混凝土质量的提高。

　　使用木钙，要严格控制掺量。一般情况下，掺量不宜超过胶结材料重量的0.25%。掺量过高，缓凝时间过长，强度降低。另外，当水泥自身缓凝成分为硬石膏或化工石膏时，不宜掺用木钙，以免发生速凝现象。

　　木钙货源广、价格低、掺量少，现场掺用方便，混凝土综合性能提高明显，经济效益好。虽然多种外加剂都适合现场搅拌使用，但如果混凝土强度级别不是很高，从上述多方面综合考虑，我们认为木钙仍是现场搅拌较适合的外加剂。

3 混凝土质量随外加剂质量提高而提高

　　外加剂的作用是提高混凝土质量。自然地，混凝土质量随外加剂质量的提高而提高，从而满足各种工程对混凝土质量的不同要求。

　　随着经济的发展，各地纷纷建立了搅拌站。由于设备先进，生产能力强，搅拌站面对的一般是当地的重要工程和大型工程，对混凝土质量要求高，强度级别高。搅拌站与施工现场有一定距离，从搅拌机卸料至捣制完毕，有一段运输(有时还遇到塞车或处理机械故障等)时间间隔，因此，混凝土拌合物必须有较好的坍落度保留值，在1～3 小时内保持可泵性，以满足工程实际的需要。木钙属普通减水剂，减水率10%左右，不能满足上述要求。缓凝高效减水剂则能较好地解决了这些问题(表3、表4)。它一般由多组分组成，木钙为其中的缓凝成分。按高效减水主要成分划分，目前主要有荼系减水剂和密胺类减水剂。在我国，荼系减水剂应用最多。缓凝高效减水剂的减水率一般为12%～25%，下限适合中低强度的混凝土，上限适合配制高强度混凝土(表3、表4、表5)。

　　与普通减水剂相比，采用缓凝高效减水剂后，混凝土拌合物和硬化混凝土的性能都得到进一步提高，具体表现在：

　　⑴混凝土减水率比普通减水剂可提高5%～15%，混凝土密实度可提高1.0%～2.5%。

　　⑵在用水量相同的情况下，可获得比普通减水剂高得多的坍落度，并有较好的坍落度保留值，从而在一定时间内满足了泵送施工对混凝土和易性的要求(表3、表4)。

　　⑶有较高的早期强度。在粉煤灰掺量较大的情况下，缓凝型普通减水剂(如木钙、糖钙、亚硫酸盐纸浆废

液等)对混凝土早期强度有较大影响，而调配适当的缓凝高效送减水剂则能保持较高的早期强度。这对提高施工速度，缩短工期，降低工程造价，无疑是重要的。同时，在材料相同的情况下，较高的早期强度有利于提高混凝土早期的抗裂性能。

　　⑷在配合比适当，混凝土生产、施工、保养等一系列环节得到较好协调的情况下，混凝土抗渗透能力大大增强，一般可达S20 以上。密实度和抗渗透性能的提高，同时也提高了混凝土的抗裂、抗碳化和抗腐蚀等综合性能，提高了混凝土的耐久性。

4 高效外加剂使混凝土性能进一步得到提高

　　环境污染问题，如得不到治理，必将危及人类生存。水泥生产不但是耗能大户，也是环境污染大户。吴中伟院士倡导的高性能绿色混凝土，为减轻水泥行业污染，实现水泥和混凝土的可持续发展，指明了前进的方向。尽可能地少用水泥熟料，尽可能多用以工业废渣为主的细掺合物，是吴中伟院士高性能绿色混凝土的主要思路。

　　在水泥用量低，掺合材料用量高的情况下，必须尽可能地减少混凝土用水量，才能保证混凝土的强度。用水量的再度降低，意味着混凝土质量的再度提高。根据清华大学覃维祖教授的试验，水泥用量50kg，粉煤灰200kg，水胶比0.30～0.38，所配制的混凝土抗压强度3d 为30MPa，28d 为50MPa，1 年为80MPa。这种混凝土的单位用水量为105～133kg。如此低的用水量，而又要满足施工必要的和易性，特别是要维持一定时间内的坍落度，没有高效减水剂是办不到的。

　　笔者认为，这种高效能减水剂应具备三个条件：

　　⑴高减水率，其减水率应≥30%

　　⑵有良好的保证坍落度在一定时间内满足施工要求的能力；

　　⑶价格不是太高，用户能普遍接受。

　　现在已有减水率为25%～35%的高效减水剂。相对于己普遍使用的高效减水剂而言，其质量无疑又上了一个台阶。但只有同时实现上述三个条件，吴中伟院士倡导的高性能绿色混凝土才能在工程中得到广泛应用。

5 结论

　　⑴掺用减水剂可大大减少混凝土用水量，大幅度提高混凝土拌合物和硬化混凝土质量，从而使整个建筑质量都得到提高。因此，建议建筑施工企业尽可能推广使用混凝土外加剂，以改善混凝土性能，提高混凝土质量，节约水泥，提高经济效益。

　　⑵木钙货源广，价格低，掺用方便，经济效益好，仍是现场搅拌混凝土较适用的外加剂。对搅拌站而言，则宜采用高效减水剂。

　　⑶外加剂使混凝土技术出现了质的飞跃，混凝土质量随外加剂质量的提高而提高。外加剂技术与混凝土技术是相辅相成、相互促进、共同发展的。随着新一代高效减水剂的出现，混凝土技术性能将全面得到提高。

　　⑷使用外加剂要根据具体条件和要求使用。外加剂种类和掺量的选择是一个综合的过程。任何一种外加剂都有其局限性，选用外加剂时，必须依据技术性能、经济效果、施工条件和施工工艺综合考虑。使用不当，不但影响效果，还会造成工程质量缺陷，特别是在现场使用，要特别注意严格控制最佳掺量(掺量过多会影响砼早期凝结时间,掺量少达不到效果)。必须要坚持科学态度，做到先试验后使用，才能保证工程质量，保证效益。

【参考文献】

　　⑴吴中伟：高效能混凝土-- 绿色混凝土，混凝土与水泥制品，2000,No.1

　　⑵覃维祖：粉煤灰在混凝土中的应用，粉煤灰综合利用， 2000,No.3