浅谈各种外加剂对混凝土耐久性的影响研究

文 俊

（湖南工业大学土木工程学院，湖南 株洲 412007）

0 引言

混凝土也被称之为砼，是建筑工程的主要使用原料。砼的性能与质量水平已成为人们比较重视的问题，尤其是混凝土的耐久性的强弱。只有通过提高砼抵抗外界作用的能力，减少其内部因素的影响，才能提高混凝土的耐久性[1]。而将外加剂掺入混凝土中，通过改善砼在混合搅拌中的水化反应产物组成，从各个方面降低外界因素的影响，以此来提升砼的持久性能。因此，建筑施工中施工质量的高低与砼中外加剂的种类关系密切。

1 混凝土的耐久性

由于混凝土具有价格便宜、养护简单、可塑性强的特征，混凝土成为施工工程中普遍使用的原料。而混凝土单纯拥有这些特点是远远不够的，还需要有良好的质量与功能性质，而耐久性就成为衡量混凝土质量的重要参数。砼的耐久性不仅受外界环境制约，还与施工工艺与流程息息相关，比如材料配比、矿料添加量以及外加剂等。其中,通过在砼中添加外加剂，可以使砼内部结构发生改变，以此来提升砼的耐久性，进而更好的应用于建筑施工当中，使建筑工程质量得到保证[2]。

2 几种常见的外加剂

2.1 减水剂[3-4]

减水剂是一种常用的外加剂，根据其主要组成原料可将其大致划分为木质素系减水剂、萘系高效减水剂、树脂系系高效减水剂类等。减水剂的作用是以砼坍落度基本不变为前提，通过降低水分含量，提升混凝土的强度;同时,减水剂还具有润滑与空间位阻作用，通过调整材料与外加剂的配比，在保持坍落度不变的同时，进一步增强混凝土流动性。

2.2 引气剂[5-6]

引气剂又叫做加气剂，它的种类有松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类等。将引气剂溶于水并加入砼中，在搅拌过程中就会产生许多气泡，使水泥微粒之间的缝隙增大，从而增强流动性与保水性，减少洋灰的使用量。引气剂的使用还可以增强混凝土的抗冻性与渗透性，并且当前多用于水坝、热电站冷却塔等抗冻性要求高的建筑结构中。

2.3 高效活性矿物[7-8]

由于混凝土化学反应之后，其化学性质尚不稳定，所以可以通过加入活性矿物的方法，改变混凝土中水化产物的成分。高效活性矿物包括煤电厂粉煤灰、硅灰等，其化学组成为SiO2和Al2O3等。通过高效活性矿物在砼中的发生化学反应，将杂质替换为稳定性更强的低碱度水化硅酸钙，改善水泥水化后的产物构成，减少水分，增强混凝土强度与耐久性。

2.4 早强剂[9]

早强剂也是一种常见的混凝土外加剂，能够增加早期工程中混凝土的强度的外加剂，常见的有硫化钙等。多用于冬季施工建设中缩短工期，防止混凝土结构受冻，减少施工材料与资金的浪费。

2.5 膨胀剂[10]

在混凝土浇筑成型时，混凝土容易受外界与自身结构影响发生自身收缩。膨胀剂就是应对砼收缩的一种添加剂，降低混凝土收缩强度。常见的膨胀剂有石膏、铁粉等。

3 对各种外加剂对混凝土性能影响的探究

混凝土受自身质量与结构的限制，就会造成混凝土内部缺陷。此外，如果外界环境也有可能对混凝土造成一定的影响，尤其是混凝土稳定性与耐久性。基于此，可以通过适当的添加外加剂，研究其对砼的各种功能特性的影响，对不同外加剂对砼性能的作用效果进行分析，进而研制出更适合的材料配比来保证混凝土质量。

3.1 外加剂与氯离子渗透性能

混凝土的耐久性就包含混凝土的防腐蚀性，氯离子渗透性正是检验这一特质的重要数据参数。缪昌文小组[11]通过试验数据中通电量就可以间接性地显示出添加外加剂后混凝土的防腐蚀性能，实验表明：在含气量基本相同时，PCA（聚羧酸外加剂）的混凝土比掺有FDN（萘系减水剂）的混凝土相比，各个阶段的通电量相对较少；在有引气剂的情况下，掺有PCA 的砼各时段通电量也相对少一些，这就说明使用聚羧酸类外加剂对砼的内部结构有所影响，能够增强砼的抗腐蚀性或氯离子渗透性。李涛小组[12]考察了改性磷酸钾镁水泥基材料（MKPC）抗氯离子的渗透性能。结果表明：加入矿物掺合料可改善MKPC 浆体抗氯离子渗透性能，其中，以双掺硅灰和石灰石粉等矿物掺合料的MKPC 基材料浆体抗氯离子的性能为最佳，而且MKPC 基材料浆体养护龄期越短抗氯离子渗透性能越好。钟俊飞小组[13]研究了PVA 纤维对水泥基复合材料抗氯离子渗透性能的影响，实验表明，PVA 纤维增强水泥基复合材料具有明显优于普通水泥基复合材料的抗氯离子渗透性能。张立群小组[14]研究了掺入不同比例的改性橡胶骨料对混凝土抗氯离子的渗透性能，结果表明：橡胶颗粒掺量小于12%时，对混凝土的抗氯离子渗透性能有效地改善，且电通量随着橡胶颗粒掺量的增多反而降低，橡胶骨料混凝土的抗氯离子渗透性能逐渐提高。

3.2 外加剂与抗碳化性能

外加剂在改善混凝土抗碳化的原理是通过不同的水化反应，改变水泥水化的产物成分，改变混凝土内部结构，增强抗压水平，就会减少二氧化碳的渗入，就会引起碳化深度的减小。刘峰小组[15]对8 种不同品种的外加剂（如改性木钙系减水剂、萘系减水剂、膨胀剂以及早强剂等）来进行实验，结果表明：聚羧酸减水剂（PCA）与萘系减水剂（FDN）相比，加入PCA 使得混凝土碳化速度大大延缓。张燕梅小组[16]分析了单掺和复掺外加剂对混凝土碳化性能的影响，结果表明单掺脂肪族高效减水剂的混凝土试样抗碳化性能最好,复合使用木钙及糖钙两种缓凝剂能够使试样的抗碳化性能提高,其中高效减水剂与木钙复合使用比与糖钙复合使用更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

3.3 外加剂与混凝土开裂

减水剂通过电性作用，实现水泥微粒之间相互排斥，就会减少水的用量，增强砼内部结构的密集度，从而减少混凝土开裂引起的质量问题。许荣水小组[17]研究表明聚羧酸减水剂能够有效减缓混凝土开裂情况，并随着添加量的增加能够使开裂期逐渐缩短，其抗襞性能也随之降低，收缩量也有所增加。马琳小组[18]研究表明30%～40%的粉煤灰和矿粉的复掺可有效降低混凝土的开裂面积，同时硅灰与粉煤灰和矿粉在二元或三元复合下可有效降低砂浆自收缩和干燥收缩，且混凝土强度不会降低。

3.4 外加剂与混凝土水化热

混凝土水化热是指混凝土与水搅拌发生化学反应时释放的热量，这一现象常出现在混凝土浇筑后，水泥发生水化反应产生热量，这使得其内部温度激增，混凝土内外温度差异过大，结构应力过大，最终导致了混凝土开裂。为缓解混凝土出现急速温度变化现象，可以混凝土中加入矿渣、粉煤灰等矿物外加剂，减少或者取消水泥的用量，使其升温缓慢，减少混凝土裂缝的产生概率[19]。同样有实验表明，以掺入水泥的混凝土为对照，另取加入聚羧酸外加剂（PCA）与萘系减水剂（FDN）的水泥混合物，通过控制相同变量，应用不同自变量进行对比的方法，研究不同类型的外加剂对混凝土混合过程中产生热量的影响。通过试验结果得出，外加剂对混凝土早期的水化热有很大影响，加有聚羧酸外加剂（PCA）的混合物在试验前期水化热减退幅度更大[11]。

3.5 外加剂与混凝土抗冻性

混凝土的抗冻性，指的是混凝土性能能够满足国家有关标准，在外界冷冻因素干扰下的抵抗能力。混凝土中减水剂与引气剂的使用有着良好的效果，其可以减少不同成分之间的空腔，使得混凝土颗粒密实度得到强化，就会增强冰晶抗压力。蔡斌小组[20]通过改变水灰比、添加引气剂、减水剂等、掺加粉煤灰等措施，考察对混凝土抗冻性的影响。试验数据结果表明，水胶比越大，冻融作用造成的破坏越大，粉煤灰和减水剂的掺入有利于提高混凝土的抗冻性。马强小组[21]通过对复合外加剂对混凝土抗冻性能的影响进行研究，试验结果表明，FZ 型复合外加剂组分（包括硅灰、粉煤灰，亚硝酸钙与硫酸钠的复合体系，松香热聚物引气剂，高效萘系减水剂，柠檬酸等）对混凝土抗冻性能有明显地改善。

4 外加剂使用策略

在实验研究中发现，不同的类型的外加剂对于混凝土的强度有着不同的影响，其耐久性也会受到一定的干扰。因此，要应用合理的外加剂使用策略，以规范外加剂的使用[22]。

4.1 保证外加剂的质量

施工建筑的质量成为人们广为关注的重点，外加剂作为混凝土中常使用的添加剂材料，更要保证其质量[23]。首先要从源头抓质量，可以建立添加剂采购监督小组，在外加剂采购、运送、入库时进行质量检查，选取符合施工质量标准的材料，减少安全问题的出现。

4.2 精确添加剂的使用配比

在确保添加剂质量的同时，也要对添加剂的使用种类与数量进行规范。相关科研部门可以在施工项目筹备时，根据对施工现场情况的勘察，对各种外加剂对混凝土的影响进行数据调研，对于不同施工部位的施工材料，其中的添加剂种类与用量要严格配比。在施工中要成立监督小组，在领取添加剂时进行实名登记，在使用时要严格监督，保证合理恰当的材料配比，确保混凝土性能在需求范围内得到改善。

4.3 规范外加剂使用流程

不同的外加剂有不同的功能，在建筑施工中也有不同的操作流程，根据水泥、外加剂以及其他材料的先后顺序不同分为先掺法、后掺法、同掺法。针对不同功能的外加剂有不同的掺加顺序，比如在掺加萘系减水剂时，后掺法的效果更好一些。在外加剂使用时，若因不可避免的因素影响了施工进程，导致外加剂还有剩余，施工人员要将没有掺加杂物的添加剂送至添加剂保管处并进行登记。由于外加剂种类复杂且化学性质不稳定，所以要对剩余的已经掺杂其他物质的添加剂进行妥善处理，以避免其他人员误碰误用，减少不必要的麻烦。因此，在施工中要规范掺加流程，确保施工工艺的准确性，减少混凝土质量问题，改善砼的耐久性。

5 结束语

随着我国建筑领域的不断发展，建筑水平也日益提高，人们对居住条件的要求也不断提高。混凝土是建筑物之中使用的基本原料之一，因此混凝土的质量与性能也就成为人们比较重视的问题。通过对外加剂对混凝土功能的影响的研究发现，不同类型的外加剂会对混凝土的耐久性有着不同的影响。利用适量的外加剂能够改善混凝土内部微粒结构与孔径，减少水的用量，还能提高混凝土防冻、防潮、防热、防侵蚀以及防风化的特性，对混凝土耐久性的提高有重要意义。所以更需要对外加剂的质量、使用方法以及材料配比严格把控，强化对于外加剂的检测水平，加大对技术施工人员的培训力度，进而确保混凝土耐久性，推动建筑领域的发展。