利用外加劑, 提高混凝土質(zhì)量

摘要：本文談及外加劑應(yīng)用的一些經(jīng)驗(yàn)，論述了減水劑對(duì)提高混凝土質(zhì)量的重要作用，為了進(jìn)一步提高建筑質(zhì)量，建議有條件的建筑施工企業(yè)盡可能推廣使用混凝土外加劑，以利改善混凝土性能，提高混凝土質(zhì)量，節(jié)約水泥，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：混凝土；減水劑；混凝土質(zhì)量；混凝土性能

1 前言

　　進(jìn)入高科技時(shí)代，人們更關(guān)心混凝土的耐久性。國(guó)外已提出，應(yīng)根據(jù)耐久性要求設(shè)計(jì)混凝土配合比。耐久性?xún)?yōu)良的混凝土，其強(qiáng)度、密實(shí)度、抗?jié)B性、抗裂性、抗凍性、抗碳化及抗腐蝕諸多性能都得到提高。這諸多性能中，提高混凝土密實(shí)度至關(guān)重要。密實(shí)度高，混凝土內(nèi)部空隙、孔隙、缺陷都大大減少，從而使其他性能得以提高。

　　要提高密實(shí)度，就必須減少混凝土單位用水量，但又必須保證混凝土有良好的和易性，以滿(mǎn)足施工需要。如果沒(méi)有減水劑，就難以實(shí)現(xiàn)。

　　與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)摻外加劑混凝土的比例還比較低。隨著預(yù)拌混凝土的推廣，這種比例逐漸在增加。但我國(guó)幅員遼闊，不少地方使用的混凝土仍為現(xiàn)場(chǎng)攪拌，并且不少現(xiàn)場(chǎng)攪拌的混凝土未摻外加劑，混凝土質(zhì)量難以提高。建議從提高施工隊(duì)伍素質(zhì)、提高施工水平入手，大力推廣使用減水劑、外加劑，提高混凝土質(zhì)量，以促進(jìn)建筑質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

2 木鈣仍為現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土較適用的外加劑

　　筆者89～90 年參加了青島流亭立交橋建設(shè)，負(fù)責(zé)混凝土技術(shù)。青島流亭立交橋是當(dāng)時(shí)我國(guó)公路交通最大的一座三層互通式立交橋，位于濟(jì)青(濟(jì)南- 青島)、煙青(煙臺(tái)- 青島)兩大公路干線(xiàn)的交匯點(diǎn)，是青島市陸上的交通咽喉。混凝土總量63000m3。工程開(kāi)始時(shí)，有小部分混凝土沒(méi)有摻用外加劑，我們立即覺(jué)得混凝土質(zhì)量不理想，不能滿(mǎn)足如此大工程、重要工程對(duì)混凝土質(zhì)量的要求。存在的主要問(wèn)題是，混凝土離析、泌水較嚴(yán)重，和易性不良，混凝土富余強(qiáng)度不易達(dá)到要求，強(qiáng)度離散性較大等。通過(guò)混凝土質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)分析會(huì)，就必須摻用外加劑。經(jīng)過(guò)多種外加劑的反復(fù)試驗(yàn)，我們選擇了吉林開(kāi)山屯生產(chǎn)的木鈣減水劑。在此后施工中，有58500m3 混凝土使用了外加劑，占混凝土總量的92.9%。摻用木鈣減水劑后，不但混凝土質(zhì)量大大提高，滿(mǎn)足了工程需要，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。其好處至少有以下幾點(diǎn)：

　?、糯蟠筇岣呋炷涟韬衔锖鸵仔裕瑵M(mǎn)足了灌樁和泵送施工的要求。未摻木鈣前，混凝土用水量大，180～200mm 坍落度時(shí)，離散、泌水嚴(yán)重。灌注混凝土樁，拌合物在下料溜槽出現(xiàn)漿石分離，下料導(dǎo)管經(jīng)常發(fā)生堵塞，灌注很不順暢，泵送時(shí)也常有塞管現(xiàn)象。摻木鈣后，減少了用水量，混凝土和易性大大改善，粘聚性、保水性良好，拌合物質(zhì)量大大提高，完全滿(mǎn)足灌注樁和泵送施工對(duì)混凝土拌合物和易性的要求。大坍落度情況下，摻木鈣混凝土的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

　　⑵提高了混凝土強(qiáng)度，提高了強(qiáng)度保證率。從表1 看出，摻用水泥重量0.25%的木鈣，在坍落度相同的情況下，混凝土強(qiáng)度提高了18.9%，水泥用量減少31kg/m3，混凝土各齡期強(qiáng)度皆不降低，28d 強(qiáng)度還提高了5.3%。

　　再分析表2 試驗(yàn)結(jié)果。現(xiàn)場(chǎng)攪拌較高等級(jí)(C40)混凝土，不摻木鈣，28d 強(qiáng)度為44.4MPa。根據(jù)配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，混凝土配制強(qiáng)度公式：

Fcu,o=Fcu,k+1.645δ

　　以此強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差δ=2.7MPa，達(dá)到目前電腦配料攪拌站的生產(chǎn)質(zhì)量控制水平，這在現(xiàn)場(chǎng)攪拌是難以穩(wěn)定達(dá)到的。換言之，如果采用這個(gè)配比，當(dāng)強(qiáng)度向下波動(dòng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)較多強(qiáng)度達(dá)不到等級(jí)設(shè)計(jì)值的混凝土，強(qiáng)度保證率將難于實(shí)現(xiàn)，亦即難于保證混凝土的整體質(zhì)量。

　　一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土，其生產(chǎn)條件不及攪拌站，強(qiáng)度波動(dòng)比攪拌站大，故強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差取值宜大些。對(duì)C40 混凝土的配制強(qiáng)度為49.9MPa。從表2 看出，同一配合比，摻木鈣后，維持坍落度不變，每立方米混凝土

　　用水量減少了25kg，混凝土28d 強(qiáng)度提高至49.8MPa，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)攪拌對(duì)配制強(qiáng)度的要求。

　　后來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐也證明，這種分析結(jié)果及采取的措施是對(duì)的。工程竣工后的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表明，各級(jí)別混凝土的強(qiáng)度保證率都大于95%，強(qiáng)度合格率全部為100%。由于采用了外加劑，有力地保證了混凝土質(zhì)量。

　?、翘岣吡私?jīng)濟(jì)效益。由于摻用了木鈣，工程累計(jì)節(jié)約水泥1813 噸，平均每1 噸木鈣節(jié)約用水泥35 噸，如果用現(xiàn)在的材料價(jià)格計(jì)算，扣除木鈣的成本后，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)34 萬(wàn)元。

　?、忍岣吡嘶炷翉?qiáng)度，提高了強(qiáng)度保證率。摻用木鈣后，混凝土用水量減少了8.2%～11.2%,每立方米混凝土重量增加35-48kg，混凝土的密實(shí)度提高1.5%～2.1%。木鈣略有引氣性。摻木鈣混凝土的含氣量為3%～4%，比普通混凝土高2%～3%。密實(shí)度和含氣量的增加，使混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗碳化等多種性能都得到明顯提高，從而提高了混凝土的耐久性。

　　摻用木鈣后，混凝土凝結(jié)時(shí)間延緩2～4 小時(shí)，水泥水化熱峰值降低，峰值出現(xiàn)時(shí)間延遲2～7 小時(shí)。這些特性，都十分有利于大體積混凝土的施工，有利于硬化混凝土質(zhì)量的提高。

　　使用木鈣，要嚴(yán)格控制摻量。一般情況下，摻量不宜超過(guò)膠結(jié)材料重量的0.25%。摻量過(guò)高，緩凝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，強(qiáng)度降低。另外，當(dāng)水泥自身緩凝成分為硬石膏或化工石膏時(shí)，不宜摻用木鈣，以免發(fā)生速凝現(xiàn)象。

　　木鈣貨源廣、價(jià)格低、摻量少，現(xiàn)場(chǎng)摻用方便，混凝土綜合性能提高明顯，經(jīng)濟(jì)效益好。雖然多種外加劑都適合現(xiàn)場(chǎng)攪拌使用，但如果混凝土強(qiáng)度級(jí)別不是很高，從上述多方面綜合考慮，我們認(rèn)為木鈣仍是現(xiàn)場(chǎng)攪拌較適合的外加劑。

3 混凝土質(zhì)量隨外加劑質(zhì)量提高而提高

　　外加劑的作用是提高混凝土質(zhì)量。自然地，混凝土質(zhì)量隨外加劑質(zhì)量的提高而提高，從而滿(mǎn)足各種工程對(duì)混凝土質(zhì)量的不同要求。

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地紛紛建立了攪拌站。由于設(shè)備先進(jìn)，生產(chǎn)能力強(qiáng)，攪拌站面對(duì)的一般是當(dāng)?shù)氐闹匾こ毯痛笮凸こ?，?duì)混凝土質(zhì)量要求高，強(qiáng)度級(jí)別高。攪拌站與施工現(xiàn)場(chǎng)有一定距離，從攪拌機(jī)卸料至搗制完畢，有一段運(yùn)輸(有時(shí)還遇到塞車(chē)或處理機(jī)械故障等)時(shí)間間隔，因此，混凝土拌合物必須有較好的坍落度保留值，在1～3 小時(shí)內(nèi)保持可泵性，以滿(mǎn)足工程實(shí)際的需要。木鈣屬普通減水劑，減水率10%左右，不能滿(mǎn)足上述要求。緩凝高效減水劑則能較好地解決了這些問(wèn)題(表3、表4)。它一般由多組分組成，木鈣為其中的緩凝成分。按高效減水主要成分劃分，目前主要有荼系減水劑和密胺類(lèi)減水劑。在我國(guó)，荼系減水劑應(yīng)用最多。緩凝高效減水劑的減水率一般為12%～25%，下限適合中低強(qiáng)度的混凝土，上限適合配制高強(qiáng)度混凝土(表3、表4、表5)。

　　與普通減水劑相比，采用緩凝高效減水劑后，混凝土拌合物和硬化混凝土的性能都得到進(jìn)一步提高，具體表現(xiàn)在：

　?、呕炷翜p水率比普通減水劑可提高5%～15%，混凝土密實(shí)度可提高1.0%～2.5%。

　　⑵在用水量相同的情況下，可獲得比普通減水劑高得多的坍落度，并有較好的坍落度保留值，從而在一定時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足了泵送施工對(duì)混凝土和易性的要求(表3、表4)。

　?、怯休^高的早期強(qiáng)度。在粉煤灰摻量較大的情況下，緩凝型普通減水劑(如木鈣、糖鈣、亞硫酸鹽紙漿廢

液等)對(duì)混凝土早期強(qiáng)度有較大影響，而調(diào)配適當(dāng)?shù)木從咝蜏p水劑則能保持較高的早期強(qiáng)度。這對(duì)提高施工速度，縮短工期，降低工程造價(jià)，無(wú)疑是重要的。同時(shí)，在材料相同的情況下，較高的早期強(qiáng)度有利于提高混凝土早期的抗裂性能。

　　⑷在配合比適當(dāng)，混凝土生產(chǎn)、施工、保養(yǎng)等一系列環(huán)節(jié)得到較好協(xié)調(diào)的情況下，混凝土抗?jié)B透能力大大增強(qiáng)，一般可達(dá)S20 以上。密實(shí)度和抗?jié)B透性能的提高，同時(shí)也提高了混凝土的抗裂、抗碳化和抗腐蝕等綜合性能，提高了混凝土的耐久性。

4 高效外加劑使混凝土性能進(jìn)一步得到提高

　　環(huán)境污染問(wèn)題，如得不到治理，必將危及人類(lèi)生存。水泥生產(chǎn)不但是耗能大戶(hù)，也是環(huán)境污染大戶(hù)。吳中偉院士倡導(dǎo)的高性能綠色混凝土，為減輕水泥行業(yè)污染，實(shí)現(xiàn)水泥和混凝土的可持續(xù)發(fā)展，指明了前進(jìn)的方向。盡可能地少用水泥熟料，盡可能多用以工業(yè)廢渣為主的細(xì)摻合物，是吳中偉院士高性能綠色混凝土的主要思路。

　　在水泥用量低，摻合材料用量高的情況下，必須盡可能地減少混凝土用水量，才能保證混凝土的強(qiáng)度。用水量的再度降低，意味著混凝土質(zhì)量的再度提高。根據(jù)清華大學(xué)覃維祖教授的試驗(yàn)，水泥用量50kg，粉煤灰200kg，水膠比0.30～0.38，所配制的混凝土抗壓強(qiáng)度3d 為30MPa，28d 為50MPa，1 年為80MPa。這種混凝土的單位用水量為105～133kg。如此低的用水量，而又要滿(mǎn)足施工必要的和易性，特別是要維持一定時(shí)間內(nèi)的坍落度，沒(méi)有高效減水劑是辦不到的。

　　筆者認(rèn)為，這種高效能減水劑應(yīng)具備三個(gè)條件：

　?、鸥邷p水率，其減水率應(yīng)≥30%

　?、朴辛己玫谋ＷC坍落度在一定時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足施工要求的能力；

　　⑶價(jià)格不是太高，用戶(hù)能普遍接受。

　　現(xiàn)在已有減水率為25%～35%的高效減水劑。相對(duì)于己普遍使用的高效減水劑而言，其質(zhì)量無(wú)疑又上了一個(gè)臺(tái)階。但只有同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)條件，吳中偉院士倡導(dǎo)的高性能綠色混凝土才能在工程中得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)論

　?、艙接脺p水劑可大大減少混凝土用水量，大幅度提高混凝土拌合物和硬化混凝土質(zhì)量，從而使整個(gè)建筑質(zhì)量都得到提高。因此，建議建筑施工企業(yè)盡可能推廣使用混凝土外加劑，以改善混凝土性能，提高混凝土質(zhì)量，節(jié)約水泥，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　?、颇锯}貨源廣，價(jià)格低，摻用方便，經(jīng)濟(jì)效益好，仍是現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土較適用的外加劑。對(duì)攪拌站而言，則宜采用高效減水劑。

　?、峭饧觿┦够炷良夹g(shù)出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，混凝土質(zhì)量隨外加劑質(zhì)量的提高而提高。外加劑技術(shù)與混凝土技術(shù)是相輔相成、相互促進(jìn)、共同發(fā)展的。隨著新一代高效減水劑的出現(xiàn)，混凝土技術(shù)性能將全面得到提高。

　?、仁褂猛饧觿┮鶕?jù)具體條件和要求使用。外加劑種類(lèi)和摻量的選擇是一個(gè)綜合的過(guò)程。任何一種外加劑都有其局限性，選用外加劑時(shí)，必須依據(jù)技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)效果、施工條件和施工工藝綜合考慮。使用不當(dāng)，不但影響效果，還會(huì)造成工程質(zhì)量缺陷，特別是在現(xiàn)場(chǎng)使用，要特別注意嚴(yán)格控制最佳摻量(摻量過(guò)多會(huì)影響砼早期凝結(jié)時(shí)間,摻量少達(dá)不到效果)。必須要堅(jiān)持科學(xué)態(tài)度，做到先試驗(yàn)后使用，才能保證工程質(zhì)量，保證效益。

【參考文獻(xiàn)】

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