(一)混凝土外加剂的定义

国家标准对外加剂的定义为：混凝土外加剂也称为外掺剂或附加剂。它是指除组成混凝土的各种原材料或混合材料之外,另行加入的材料,即在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土各种性能的化学物质。混凝土外加剂原料构成以化工原料为主,属于化工产品,技术含量高,可谓混凝土组成中的“味精”。如以普通混凝土为例,除在拌制混凝土时使用的胶结材料水泥、石子、砂子和水或混合材料(粉煤灰、硅粉等)之外,另行加入的其他化学物质,称为混凝土外加剂。

使用适当的外加剂,不仅能改善混凝土拌和物及其硬化过程中的性能,还能改善混凝土的各项物理力学性能,同时还能取得好的经济效益和社会效益。如掺入适量的外加剂后,在混凝土的强度等级不变的前提下,可节约10%～20%的水泥；在配制高强或超高强的混凝土时,1天龄期的混凝土强度可提高100%～200%；对要求蒸汽养护的混凝土,可减免蒸汽养护；可提高混凝土的耐久性,延长使用寿命,减少维修费用等。

采用外加剂是混凝土生产工艺的一大发展,目前国外对外加剂使用已占非常可观的比重,有些国家已将外国剂看成是混凝土中除水泥、砂、石和水之外的第五种材料,如日本及北欧各国已在全部混凝土中掺加外剂,俄罗斯、美国及澳大利亚的外加剂混凝土占全部混凝土总量的60%。我国研究和使用外加剂已有50年的历史,近10年外加剂的种类和使用量都有显著的提高,目前,外加剂混凝土占混凝土总量为30%左右,尤其在水工、铁道、港口、工业与民用建筑中正广泛推广,并取得良好的效果。

(二)混凝土外加剂的分类

1.按功能分类

(1)改善混凝土拌和物流变性能的外加剂,包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。

(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂,包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。

(3)改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。

(4)改善混凝土其他性能的外加剂,包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、粘结剂和碱骨料反应抑制剂等。

2.按化学成分分类

(1)减水剂。它具有增大混凝土流动性,改善和易性等特点。如木质素磺酸钙、糖蜜等普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝型减水剂、引气型减水剂等。

(2)早强剂。提高混凝土的早期强度,降低水泥用量,缩短养护时间。如氯化钙、氯化钠等普通早强剂。

(3)抗冻剂。可降低混凝土的冻结温度,促进混凝土在零摄氏度以下强度的增长。如氯化钠、尿素、碳酸钾、氨水等。

(4)速凝剂。加速水泥的水化反应,促使混凝土迅速凝结和硬化。如：铝氧熟料、水玻璃溶液及铝酸钠等。

(5)引气剂。在混凝土中引入大量均匀封闭的微小气泡,改善混凝土的和易性,提高混凝土的抗冻性及耐久性。如松香酸钠、烷基磺酸钠、脂肪醇等。

(6)防水剂。可增加混凝土密实性,提高抗渗性,对水泥有一定的促凝作用且提高强度。如氟硅酸盐、粉煤灰、硅藻土、沥青乳液、松香。

(7)密实剂。可在混凝土中形成胶状的悬浮颗粒,堵塞混凝土内毛细通道,提高混凝土密实性。如：三乙醇胺等。(www.daowen.com)

(三)外加剂的使用

由于喷混凝土工艺要求的限制,在喷混凝土中外加剂的使用与常规混凝土并不完全相同。外加剂在工作面上使用之前应先进行现场试验,以保证能达到工程所要求的性能。在喷混凝土中使用的化学外加剂应当遵照《混凝土外加剂应用技术规程》(GB50119—2003)、《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T5100—1999)规定的要求,结合工程条件适当选用。当前,喷射混凝土外加剂的类型和品种不断增加,还经常将几种外加剂复合使用。为取得使用外加剂的最佳效果,防止某些副作用的发生,使用前应进行必要的试验。

1.加气剂

在喷混凝土中,加气剂实际上只用于湿喷混凝土中。由于湿喷混凝土在喷射过程中加气剂有损耗,所以配料时加气剂的数量应这样确定：在泵送之前在塑性混合物中测得的掺气浓度应当是所要求的凝固了的喷混凝土掺气浓度的2倍。要求拌和过程中要形成气泡,而这一点在干喷时是做不到的,因此所使用的加气剂就不能产生适度的气隙结构。喷混凝土掺加气剂还可使骨料回弹的数量有所减少。

2.减水剂和缓凝剂

按照《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T5100—1999)和《水电水利工程锚喷支护施工规范》(DL/T5181—2003)中的要求,减水剂比较适用于湿喷混凝土,而不能用于干喷混凝土。这是因为干喷时,水是在喷头处加入的,这时加减水剂不起作用。缓凝剂在喷混凝土中很少使用,除非在接近水平的施工面处,对喷混凝土表面有进一步整修要求时才使用。

3.速凝剂

(1)为了加速喷射混凝土的凝结、硬化,提高其早期强度,减少喷射混凝土施工时的回弹率和因重力而引起的混凝土脱落,一般在喷射混凝土中加入速凝剂。同一种速凝剂对于不同品种的水泥作用效果不同,因此,在使用前应做速凝剂与水泥的相容性试验。

(2)速凝剂在一些喷混凝土的应用中有着很重要的作用,例如在隧洞支护中,要求快速形成支护断面和快速达到一定强度。早期的速凝剂是由可溶性铝酸盐、碳酸盐和硅酸盐等组成的粉末状物质。现在的速凝剂既有粉末状的也有液体的,按其化学成分可分为许多种。根据化学成分及性质、水泥的成分及速凝剂配方的不同,它们的作用也不同。某些商用的速凝剂还含有氯化钙。许多速凝剂是有腐蚀性的,特别是粉末状的,当然这种腐蚀性已经不像过去的速凝剂那样大。对于湿喷混凝土推荐采用无碱型速凝剂。

(3)对于大型工程拟选用某些特定的速凝剂要进行试验,以便找到它与工程所用水泥之间的相应关系,确定速凝剂的用量。掺速凝剂的喷射混凝土初凝时间不应大于5min,终凝时间不应大于10min。根据速凝剂与水泥之间的这种相应关系可知,有许多种速凝剂可使28天龄期的混凝土强度比不掺速凝剂降低25%～40%。当采用碱活性骨料时,加入的速凝剂的碱含量不能超过水泥总量的0.6%。

(4)有一些速凝剂使喷混凝土的抗冻性能降低。有一些速凝剂还有很强的腐蚀性,因而不利于安全。由于这些原因,而且速凝剂价格比较贵,所以只有在确有必要的情况下才使用速凝剂,而且用量要越少越好,只要能达到所希望的速凝效果就可以了。

(5)除了在需要“快速凝固”堵漏的地方,一般情况下氯化钙这种速凝剂的用量绝不能超过水泥用量的2%。氯化钙既不能用于硫酸盐曝露的表面,也不能用于与不同金属(例如铝和钢)相互接触的喷混凝土表层。在与预应力钢筋接触的喷混凝土中,应当使用不含氯化钙的速凝剂。

(6)液体速凝剂无论是对于干喷还是湿喷混凝土一般都是在喷头处加入。粉末状的速凝剂仅用于干喷的混凝土,在混凝土干配料时掺入。速凝剂用于湿喷的混凝土时,使混凝土很快就能凝固变硬达到初凝。但是发生终凝的时间通常要比干喷的混凝土晚得多。有一些速凝剂还可用于“快速凝固”的特殊用途。

4.聚合物

在常规的硅酸盐水泥喷混凝土中加一些乳胶可以同时增加抗拉和抗弯强度,改善粘结性,并降低渗透性。这种材料一般用于海上混凝土结构物的修理,以及那些有化学侵蚀结构物的修理。施工时应选用性能优良的乳胶。

表4-2列出了各种常用外加剂的种类。

表4-2　常用外加剂种类