1 概述
混凝土是最大宗的建筑材料。目前，在现代混凝土的生产中，混凝土外加剂已经成为了混凝土不可或缺的一大组分。纵观混凝土的发展历史，由传统混凝土到现代混凝土的出现，混凝土外加剂功不可没。实践证明，混凝土外加剂对改善新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要作用，随着对外加剂的研究和探索，混凝土的施工工艺及新品种混凝土取得了长足的发展。
事实上，混凝土外加剂自问世以来，其推广应用并不是一帆风顺的，曾经有许多权威人士从技术的角度否定过混凝土外加剂的应用价值。比如，由于引气剂会降低水泥基材料的强度，原国家建设主管部门曾专门规定，在砂浆、混凝土中不得掺用引气剂。可后来发出现，引气剂可以使混凝土用水量减少，同时使施工后的混凝土泌水沉降率降低，其引入的大量微小的气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细管的连续性，从而使抗渗性得以改善，除此之外，还能显著提高混凝土抗冻性能，并且当混凝土中含有封闭的细小空气泡时，可降低由于碱集料反应引起的膨胀。再比如，曾经被称为“水泥杆菌”的钙矾石，认为它是混凝土因硫酸盐腐蚀而失效的罪魁祸首；可后来发现，钙矾石能够补偿混凝土收缩，于是有了现在的硫铝酸盐膨胀剂。
简单地说，混凝土外加剂也并不是改善混凝土性能的全能剂。它在混凝土中能发挥多大的正面作用，还要取决于我们对它的选择和使用方法。如果选择使用不当，就会造成工程质量事故。曾经，中国工程院孙伟院士在讨论港珠澳大桥的寿命时就称：混凝土外加剂加速了桥梁的损伤裂化。武汉工程大学喻幼卿教授也认为外加剂对混凝土建筑物的使用寿命有影响，一方面是使用的外加剂本身存在缺陷；另一方面是劣质外加剂充斥市场。正是由于存在这样的嫌疑，那么在混凝土外加剂的选择和使用上，就要从外加剂本身的品质性能、外加剂与胶凝材料的适应性、不同品种外加剂复合使用时的相容性及对混凝土性能的影响、混凝土外加剂掺量等方面加强重视。
2 混凝土外加剂分类、性能与应用
混凝土外加剂按其主要功能分为四类：改善混凝土拌合物流变性能的外加剂；调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂；改善混凝土耐久性的外加剂；改善混凝土其他性能的外加剂。
混凝土外加剂按使用效果分为减水剂（普通减水剂、高效减水剂、聚羧酸系高性能减水剂、引气减水剂）；调凝剂（缓凝剂、早强剂、速凝剂）；引气剂、加气剂；防水剂；阻锈剂；防冻剂；泵送剂；膨胀剂等。
2.1 减水剂
减水剂是混凝土外加剂中应用最为广泛的一类，在混凝土中主要起吸附分散、润滑和湿润作用。普通减水剂宜用于日最低气温 5℃ 以上强度等级为 C40 以下的混凝土，不宜单独用于蒸养混凝土。当掺用含有木质素磺酸盐类物质的普通减水剂时应先做水泥适应性试验，合格后方可使用。高效减水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土，并可用于制备高强混凝土，且标准型高效减水剂宜用于日最低气温 0℃ 以上施工的混凝土，也可用于蒸养混凝土。聚羧酸系高性能减水剂宜用于高强混凝土、自密实混凝土、泵送混凝土、清水混凝土、预制构件混凝土和钢管混凝土、具有高体积稳定性及高耐久性或高工作性要求的混凝土。引气减水剂宜用于有抗冻融要求的混凝土、泵送混凝土和易产生泌水的混凝土；可用于抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工砂混凝土和有饰面要求的混凝土，不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。
2.2 调凝剂
概括地讲，调凝剂主要是通过改变水泥水化的进程，来达到混凝土需要的效果。
缓凝剂宜用于延缓凝结时间的混凝土、对坍落度保持能力有要求及静停时间较长或长距离运输的混凝土、自密实混凝土，可用于大体积混凝土，混凝土施工日最低气温 5℃ 以上；不宜用于有早强要求的混凝土；且柠檬酸（钠）及酒石酸（钾钠）等缓凝剂不宜单独用于贫混凝土，含有糖类组分的缓凝剂与减水剂复合使用时，需进行相容性试验，合格后方可使用。
早强剂宜用于蒸养（有机胺类早强剂除外）、常温、低温和最低温度不低于 -5℃ 环境中施工的有早强要求的混凝土工程；不宜用于大体积混凝土、炎热条件和环境温度低于 -5℃ 时施工的混凝土。另外，处于水位变化的结构，露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构，相对湿度大于 80% 环境中使用的结构，直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构，有装饰要求的混凝土不宜使用无机盐类早强剂。
速凝剂可用于喷射法施工的砂浆或混凝土，或有速凝要求的其他混凝土。粉状速凝剂宜用于干法施工，液体速凝剂宜用于湿法施工。当施工对碱含量有特殊要求的喷射混凝土工程，宜选用碱含量小于 1% 的低碱速凝剂。
2.3 引气剂和加气剂
引气剂是使混凝土拌合物在拌合过程中引入空气而形成大量微小、封闭而稳定气泡的外加剂。绝大部分引气剂的成分为松香衍生物以及各种磺酸盐，如烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠，在混凝土中主要起界面活化和起泡作用。主要宜用于有抗冻融要求的混凝土、泵送混凝土和易产生泌水的混凝土；可用于抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工砂混凝土和有饰面要求的混凝土；不宜用于蒸养混凝土以及预应力混凝土。
加气剂是指加在普通混凝土或砂浆中，以产生大量微小气泡而使成为加气混凝土的物质。用松脂酸钠、环烷酸皂等作加气剂时，可提高混凝土浇筑时的流动性，硬化后的抗水性、抗冻性和耐久性。主要用于修筑路面、海港工程等。
2.4 防水剂
防水剂包括无机质防水剂、有机质防水剂和复合防水剂。无机质防水剂有铁盐、水玻璃、硅灰粉末等。铁盐、水玻璃与水泥水化产物氢氧化钙反应，分别形成氢氧化铁胶体和不溶性硅酸钙，填充砂浆或混凝土中的孔隙，使抗渗性提高。硅灰粉末主要通过与水泥水化生成物反应，反应产物堵塞孔隙，使混凝土抗渗性提高。有机质防水剂，主要是具有憎水作用的表面活性剂或化合物，通过憎水作用使混凝土防水。防水剂可用于有防水抗渗要求的混凝土工程，对有抗冻要求的混凝土工程宜选用复合引气组分的防水剂。
2.5 阻锈剂
阻锈剂按其主要成分可分为有机和无机两大类。对混凝土拌合物，大多数无机阻锈剂对其和易性有所改善，对水泥水化过程的影响与早强剂相似；有机防锈剂对混凝土拌合物有延缓放热的作用。对硬化混凝土，若掺入 Ca(NO2)2 阻锈剂，混凝土的早期和后期强度均有显著提高；若掺入 NaNO2 阻锈剂，各龄期抗压强度均有所降低。宜用于容易引起钢筋锈蚀的侵蚀环境中钢筋混凝土、预应力混凝土和钢纤维混凝土、预应力孔道灌浆，以及新建混凝土工程和修复工程。
2.6 泵送剂
泵送剂能够使混凝土黏聚性增大、泌水性降低，并减小混凝土坍落度经时损失，从而改善混凝土可泵性。分为一般泵送剂和防冻泵送剂。宜用于泵送施工的混凝土，日平均气温 5℃ 以上的施工环境；可用于工业与民用建筑结构工程混凝土、桥梁混凝土、水下灌注桩混凝土、大坝混凝土、清水混凝土、防辐射混凝土和纤维增强混凝土等；不宜用于蒸养混凝土及蒸养预制混凝土。当使用含糖类或木质素磺酸盐的泵送剂时，需要进行外加剂相容性试验。
2.7 膨胀剂
水泥凝结硬化过程中，能使混凝土产生可控膨胀、减少收缩的一种功能性外加剂称为膨胀剂。主要种类包括硫铝酸钙类、硫铝酸钙—氧化钙类、氧化钙类混凝土膨胀剂。其主要功能是补偿混凝土硬化过程中的干缩和冷缩。目前膨胀剂主要是掺入硅酸盐类水泥中使用，用于配制补偿收缩混凝土或自应力混凝土；使用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土宜用于混凝土结构自防水、工程接缝、填充灌浆，采用连续施工的超长混凝土结构，大体积混凝土工程等；用膨胀剂配制的自应力混凝土宜用于自应力混凝土输水管、灌注桩等。含硫铝酸钙类、硫铝酸钙—氧化钙类膨胀剂配制的混凝土不得用于长期环境温度为 80℃ 以上的工程。
2.8 防冻剂
防冻剂是能使混凝土拌合物在负温下保持足够的液相，以利于水泥水化反应的继续进行，待转入正温后，混凝土强度能得到进一步增长的外加剂；其防冻组分分为有机化合物类（某些醇类、尿素）和无机盐类（亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯盐）。目前，大部分防冻剂是复合型的，如采用防冻组分与早强、引气和减水组分复合而成的防冻剂。主要用于冬期施工的混凝土。
3 混凝土外加剂的选择、掺量与掺加技术
3.1 混凝土外加剂的选择
混凝土外加剂种类很多、功能各异，使用效果易受多种因素影响，因此，使用时，外加剂种类应根据工程设计和施工条件、施工工艺选择，通过采用工程实际使用的原材料，经过试验验证，达到满足混凝土工作性、力学性能、长期性能、耐久性能、安全性及节能环保等设计和施工要求。另外，还可以根据供应商生产技术水平与便捷性、经济性试用外加剂品牌。初步选好要使用的外加剂后，还要进行水泥与外加剂适应性试验，甚至还应进行不同供方、不同品种的外加剂共同使用时的相容性或发生化学反应的验证，确保满足混凝土设计和施工要求方可使用。因为，许多实际施工状况，即使是完全符合质量标准的水泥和外加剂，在作为原材料进行配制也会出现不相容，主要表现为混凝土坍落度有大有小、坍落度损失或快或慢、凝结时间时长时短，有时还出现泌水现象。
具体到工程实践，对混凝土外加剂的选择可以归纳为几个方面：改善混凝土工作性、提高强度等宜选用普通减水剂、高效减水剂、聚羧酸系高性能减水剂；改善混凝土工作性、提高抗冻融性，宜选用引气剂及引气减水剂；提高混凝土早期强度宜选用早强剂；延长混凝土凝结时间，宜选用缓凝剂；改善混凝土泵送性、提高工作性，宜选用泵送剂；提高混凝抗冻性和抗冻融性，宜选用防冻剂；对于喷射混凝土或有速凝要求的混凝土，宜选用速凝剂；配制补偿收缩混凝土与自应力混凝土，宜选用膨胀剂；提高混凝土抗渗性，宜选用防水剂；防止混凝土中钢筋锈蚀，宜选用阻锈剂。
3.2 混凝土外加剂掺量的确定
混凝土外加剂的掺量是以外加剂质量占混凝土中胶凝材料总质量的百分数表示。有些特殊外加剂如膨胀剂属于内掺，与外掺的外加剂掺量表示方法不同。
混凝土外加剂功能主要由其品质和掺量所决定。当品质一定时，主要由掺量决定，但混凝土外加剂对混凝土的改性功能，并不是随着掺量的增大而增大，而是混凝土外加剂掺量应适当。若掺量过小，使用效果就不显著；若掺量过大，不但使造价提高，而且还可能造成混凝土质量事故，尤其在使用具有引气、缓凝作用的外加剂时，应切忌超量。因此，混凝土外加剂的使用存在一个临界掺量，即在一定原材料、配合比和环境条件下，掺加某种外加剂的数量，使混凝土或其拌合物的一种或多种性能达到最大效果，再掺加则效果不增加，甚至使某些性能变坏。
通常，工程实际使用的外加剂掺量宜按供方的推荐掺量确定，但是还需从决定外加剂掺量的因素去考虑。其中影响外加剂掺量的因素有水泥品种、矿物掺合料品种、混凝土原材料质量状况、混凝土配合比、混凝土强度等级、施工环境温度、商品混凝土运输距离以及外加剂掺加方式。因此，外加剂的最佳掺量的确定应在供方推荐掺量范围内，并且不能超过外加剂的临界掺量，然后根据其影响因素，经过试验来确定或用优选法、数值分析法进行优化。
3.3 混凝土外加剂掺加技术
外加剂的掺加技术包括先掺法、同掺法、后掺法。
（1）先掺法是外加剂干粉先与水泥混合，然后再与砂、石、水一起搅拌。
（2）后掺法是在搅拌混凝土时将外加剂溶液（粉剂应预先溶解）与水一起掺加到混凝土中，是最为常见的一种掺加方法。后掺法是在混凝土拌好后再将外加剂一次或分数次加入到混凝土中（须经二次或多次搅拌），又分为滞水法和分批添加法。
（3）滞水法是在搅拌混凝土过程中，外加剂滞后于水 1～3min 加入，当以溶液掺入时称为溶液滞水法，当以粉剂掺入时称为干粉滞水法；分批添加法，是经时分批掺入外加剂，补偿和回复坍落度值。
例如，在混凝土配合比及流动性相同的情况下，采用后掺法的减水剂用量仅为在搅拌时与水一起加入时的 60% 左右；在混凝土的流动性和强度相同时，后掺法的水泥用量及用水量比同掺法约减少 10%，后掺法混凝土的含气量有所减少，强度有所增加。在某些水泥中，高效减水剂滞后于水几分钟加入时，新拌混凝土的流动性显著高，可节省减水剂用量 1/3 左右，但保水性下降。试验和工程实践证明，后掺法具有许多优点。
4 混凝土外加剂的质量控制
确保混凝土外加剂能够被科学使用。外加剂进场时，首先，供方提供给需方的质量证明文件应齐全，应包括形式检验报告、出厂检验报告与合格证和产品使用说明书等质量证明文件查验和收存。其次，在外加剂进场时应严把检验关，不合格的外加剂产品不能进场。其三，外加剂进场后，不同品种的外加剂应分别存放，并应标识清楚，避免因不同品种外加剂搞混、搞错而导致工程质量事故。其四，外加剂在实际使用中，应精准计量。最后，对外加剂的运输、存放及使用须按有关化学品的管理规定采取相应的安全防护措施。例如，亚硝酸钠运输或存放过程中接触易燃物，易发生燃烧爆炸，且燃烧时产生大量氧气，难以扑灭。
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