商品混凝土應(yīng)用外加劑中的認(rèn)識誤區(qū)！
【摘 要】外加劑的應(yīng)用促進(jìn)了商品混凝土的的飛躍發(fā)展，取得了十分可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及社會效益。但由于一些混凝土施工技術(shù)人員對外加劑的應(yīng)用技術(shù)掌握不多，在實(shí)際施工應(yīng)用中還存在較多的認(rèn)識誤區(qū)，影響了外加劑在商品混凝土施工中的應(yīng)用效果，因外加劑的使用不當(dāng)帶來的工程事故也時有發(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(jù)不完全統(tǒng)計，目前商品混凝土中外加劑的年用量已到數(shù)百萬噸。每年節(jié)約水泥達(dá)數(shù)千萬噸。社會效益更是不可低估。
雖然應(yīng)用外加劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益不可低估，但由于一些施工技術(shù)人員對外加劑的應(yīng)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(yīng)用不當(dāng)造成的工程事故也時有發(fā)生。本文就商品混凝土施工中對外加劑應(yīng)用中存在的一些認(rèn)識誤區(qū)作一簡單分析。
1 關(guān)于減水率的認(rèn)識誤區(qū)
減水劑是一種在混凝土攪拌前或攪拌過程中加入，能減少或大幅度減少混凝土拌合用水的外加劑。混凝土中摻入減水劑后可有效改善混凝土和易性、流動性，混凝土結(jié)構(gòu)改善，強(qiáng)度提高，在保持混凝土強(qiáng)度不變時也可節(jié)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(qiáng)度，并大量節(jié)約水泥的重大作用，施工人員誤認(rèn)為配制商品混凝土使用減水劑時，減水率越高越好，甚至在配制低標(biāo)號混凝土?xí)r也要求較高的減水率。通常情況下，隨著減水率的提高，混凝土強(qiáng)度也會越來越高。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降低，對提高混凝土強(qiáng)度，減少混凝土收縮開裂當(dāng)然十分有利。但目前混凝土施工普遍設(shè)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，會加大混凝土內(nèi)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，混凝土較長時間不凝，混凝土表面失水嚴(yán)重，更加大了混凝土收縮開裂的風(fēng)險。當(dāng)然，有些人會說，我們可通過澆水養(yǎng)護(hù)來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(nèi)部，也很難達(dá)到補(bǔ)充缺水的目的。
筆者曾測試過三種常用減水劑——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。
通過減水提高強(qiáng)度來減少水泥用量這是普遍的習(xí)慣。但如果大幅度減少水泥用量，水泥漿過少，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(qiáng)度下降，過量減少膠凝材料用量還會提高混凝土彈性模量，在相同干縮變形及溫度變形時，變形應(yīng)力增大，混凝土易產(chǎn)生開裂。
一些高減水率的減水劑品種，保水性較差，如果過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)量帶來不利影響。
筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前商品混凝土早期開裂較多，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(jié)約水泥既不科學(xué)，也不經(jīng)濟(jì)。過分強(qiáng)調(diào)減水率是對減水劑認(rèn)識的一大誤區(qū)。
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?dāng)嚢韬螅S著時間的延長，坍落度也會慢慢減小，這是商品混凝土施工中的正常現(xiàn)象，但是對于在短期內(nèi)坍落度迅速損失則會使混凝土無法澆注施工。為解決商品混凝土坍損，通常在外加劑配制過程中都會適量加入緩凝劑，這就給施工人員誤認(rèn)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(dāng)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(xì)度外，水泥中調(diào)凝劑用量，水泥中鋁酸三鈣的含量，施工溫度都會影響水泥的水化速度。摻用緩凝劑當(dāng)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?yún)s會加速水泥水化，加大坍落度損失。摻入硫酸鹽早強(qiáng)劑補(bǔ)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。糖類緩凝劑用于C3A含量高的水泥沒有緩凝保坍效果，用于高堿水泥還會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，一定時間后水泥粒子又會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(xiàn)象增加緩凝劑用量根本無效。而同摻少量引氣劑，細(xì)密的氣泡能有效地隔離水泥粒子，使之無法相互吸附，可以減小坍落度損失。
即便采用了適用的緩凝劑，用量也不宜無限增大。緩凝劑的大量摻用，不但增加了施工成本，更會影響混凝土早期強(qiáng)度并影響施工進(jìn)度。過量摻入緩凝劑，混凝土長時間處于塑性狀態(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使混凝土出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，強(qiáng)度下降。
不難看出，解決商品混凝土坍落度損失問題，應(yīng)找出造成坍落度損失的主要影響因素。采取適當(dāng)?shù)谋Ｌ胧⒎侨我饧哟缶從齽┑膿接昧烤湍芙鉀Q。
3 摻用引氣劑會降低混凝土強(qiáng)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?jié)B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)幾乎沒有不摻引氣劑的混凝土。而將不摻引氣劑的混凝土稱為特殊混凝土。
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(rèn)為混凝土中摻用引氣劑會降低強(qiáng)度，這是對引氣劑認(rèn)識的又一誤區(qū)。“混凝土中含氣量增加百分之一會使強(qiáng)度降低百分之三到五”是他們的理論依據(jù)。不錯，混凝土含氣量增加強(qiáng)度當(dāng)然會降低，但那只是在水膠比相同的前題下的測試結(jié)果。常用引氣劑都有一定的減水功能，在常用摻量時引氣劑的減水率都在 6% 以上，減水效果也會使混凝土強(qiáng)度得以提高。試驗(yàn)表明，用水量減少 1% 也會使混凝土強(qiáng)度提高 2%～4%，這是完全可以彌補(bǔ)因含氣量增加對強(qiáng)度影響。試驗(yàn)表明，含氣量對強(qiáng)度的影響還與氣泡結(jié)構(gòu)有關(guān)。較細(xì)密均勻的氣泡對強(qiáng)度影響小，甚至沒有影響，而較大的氣泡才對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生影響。引氣劑對強(qiáng)度的影響還與混凝土設(shè)計標(biāo)號及用水量有關(guān)。在正常情況下，低標(biāo)號水膠比較高的混凝土含氣量即便增加5%也不會影響到強(qiáng)度，而高強(qiáng)低水膠比混凝土含氣量控制在3% 左右也不會影響強(qiáng)度。
也有人認(rèn)為商品混凝土摻用引氣劑會增加施工成本，那更是片面看法。考慮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(yīng)用成本不但不會增加還會有所降低。事實(shí)證明，商品混凝土施工中摻用引氣劑技術(shù)經(jīng)濟(jì)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，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(rèn)為冬季施工時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(jī)理的誤解。
雖然混凝土中水的凍點(diǎn)降低，凍害會減少，但是在負(fù)溫下混凝土中水泥水化停止，水化水雖未結(jié)冰，但混凝土也會長期無法形成一定的強(qiáng)度。不但無法進(jìn)行混凝土連續(xù)施工，一段時期后仍會給混凝土形成凍害。試驗(yàn)表明，提高混凝土臨界強(qiáng)度，大幅度減少容易產(chǎn)生結(jié)冰凍害的用水量并增加能緩解混凝土冰凍膨脹應(yīng)力的組份，即同摻減水劑早強(qiáng)促凝劑及引氣劑，結(jié)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℃施工時摻用量一般為水泥用量的10%以上，當(dāng)混凝土集料中活性集料較多時，它們所帶入的堿金屬離子易與集料中活性成份反應(yīng)，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(fù)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(dá)到防凍目的。給混凝土帶來的堿含量也會大幅度減少，各種負(fù)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(bǔ)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?jié)B性能的外加劑。長期以來筆者所見應(yīng)用于該產(chǎn)品的成功實(shí)例不少。但近期以來，應(yīng)用該產(chǎn)品后出現(xiàn)工程事故卻越來越多，使許多工程人員對膨脹劑的應(yīng)用效果產(chǎn)生懷疑，甚至產(chǎn)生了“混凝土不用膨脹劑不開裂，越用越開裂”的看法。上述觀念還出現(xiàn)在一些專家學(xué)者的論述中。是否在商品混凝土中不能摻用膨脹劑，筆者通過事故分析認(rèn)為，商品混凝土中可無條件使用或完全不能摻用的說法都較為片面。
首先是膨脹劑的應(yīng)用范圍，通過該產(chǎn)品的作用機(jī)理分析，在高強(qiáng)度及其它水膠比較低的混凝土中筆者認(rèn)為不宜摻用。這是因?yàn)榛炷凛^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(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)，由于低水膠比混凝土較為密實(shí)，抗?jié)B性高，只能有少量水被混凝土滲入，仍無法滿足膨脹對水的需求。其次，由于膨脹劑的較高吸水作用，使混凝土內(nèi)的水泥粒子因缺水不能充分水化，影響了混凝土強(qiáng)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(jié)時間較晚而所采用的膨脹劑吸水膨脹時間卻過快，使膨脹劑形成無效膨脹，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(bǔ)充大量的水，加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)是膨脹劑能充分發(fā)揮膨脹的首要條件。根據(jù)有關(guān)規(guī)范，摻膨脹劑的混凝土澆水養(yǎng)護(hù)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時間澆水養(yǎng)護(hù)，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產(chǎn)生自身體積的收縮。如果恢復(fù)到潮濕環(huán)境下，膨脹劑仍會重新恢復(fù)膨脹。而這些收縮也能使混凝土產(chǎn)生部分裂紋，恢復(fù)膨脹裂紋也會重新閉合。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)量無關(guān)，也不會影響混凝土性能。
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(rèn)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(dāng)摻量，更要加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)，完全可以達(dá)到一定的技術(shù)效果。
6 配制高強(qiáng)高性能商品混凝土只有采用聚羧酸高性能減水劑
隨著建筑混凝土技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)高性能混凝土用量越來越大，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(qiáng)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(zhí)較多的問題。
聚羧酸高性能減水劑最初被稱為“丙烯酸類高效減水劑”，因?yàn)樗幕瘜W(xué)組成中大量使用了丙烯酸或有相似的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)因該產(chǎn)品的主導(dǎo)官能團(tuán)含有羧基（雖然也含有磺酸基）根據(jù)化合物命名只選擇一種主導(dǎo)官能團(tuán)作為系列名稱的原則，故定名為聚羧酸高性能減水劑。
該產(chǎn)品的合成設(shè)計性強(qiáng)，可根據(jù)功能要求及原料情況進(jìn)行合成工藝調(diào)整，因此目前產(chǎn)品的合成工藝較多，目前筆者見過十多種聚羧酸產(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，很難通過復(fù)配其它外加劑來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(yīng)性問題。該產(chǎn)品用于低標(biāo)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(qiáng)低水膠比混凝土?xí)r才能充分發(fā)揮其功能。而我國較低標(biāo)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(yīng)用。
為達(dá)到混凝土高性能的目的，是否一定要采用聚羧酸類高性能減水劑，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(dāng)引氣劑、緩凝劑、減縮劑進(jìn)行復(fù)配，所復(fù)配產(chǎn)品同樣可以達(dá)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(yīng)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(yīng)用成本也不高，用于低標(biāo)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(yīng)用中的其它副作用在采用該產(chǎn)品時也能明顯降低。據(jù)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(yīng)用中的其它誤區(qū)
在商品混凝土施工中還存在一些其它認(rèn)識誤區(qū)。
（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(qū)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。廈門某港口工程在高標(biāo)號混凝土中摻用萘系減水劑時發(fā)現(xiàn)，在高強(qiáng)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問題，認(rèn)為不適合在商品混凝土中使用。這主要指脂肪族類高效減水劑，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，混凝土表面會出現(xiàn)一層黃色水液，這更不存在問題，一次澆水養(yǎng)護(hù)后，就會沒有黃色水液滲出，不會影響到混凝土的外觀。
（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始投入市場的高效減水劑產(chǎn)品。它由蒽油或粗蒽經(jīng)磺化縮合而成。該產(chǎn)品因其價格低廉，減水效果與萘系產(chǎn)品相近而在國內(nèi)廣泛使用。但進(jìn)入本世紀(jì)后，應(yīng)用單位卻越來越減少，是否該產(chǎn)品的性能已不能滿足市場需求或是產(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(qiáng)效果也高于萘系高效減水劑。但近十年來由于我國水泥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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性。經(jīng)測試，水泥凈漿流動度與萘系高效減水劑差別更大。所以混凝土減水率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)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(qiáng)度等級混凝土?xí)r發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)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(rèn)為，在低標(biāo)號高水膠比混凝土中，蒽系完全可以替代萘系產(chǎn)品，更會改善低標(biāo)號混凝土的保水性，早強(qiáng)性能也可能更好。同濟(jì)大學(xué)曾經(jīng)試驗(yàn)將蒽系產(chǎn)品用于高堿缺硫水泥中，應(yīng)用效果還優(yōu)于多種高效減水劑。
上述在商品混凝土應(yīng)用中存在的誤區(qū)，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)作時發(fā)現(xiàn)，資料可能不太完善。混凝土外加劑的應(yīng)用技術(shù)極為復(fù)雜，只有通過大量試驗(yàn)及施工實(shí)踐才能正確掌握，使商品混凝土施工達(dá)到最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
