摘要: 高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。在实际工程中，外加剂能使高性能混凝土对下列性能有重点的予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、经济性。特别适用于大体积混凝土、桥梁、高层建筑、道路工程以及暴露在严酷环境中的建筑结构等。
关键词: 混凝土 外加剂 配合比
Abstraction： Recent high-performance concrete technology is the main directions of development, high-performance concrete in preparation on the characteristics of a low water-cement ratio, the choice of high quality rawmaterials, and in addition to cement, water, aggregate, to be mixing a sufficient number of mineral small admixture And efficient admixture. In practical engineering, high-performance concrete admixture can focus on the following properties to be ensured: durability, work, applicability, strength, size stability, economy. Particularly applicable to mass concrete、bridges、high-rise buildings、road engineering and exposed to the harsh environment of the building structure and so on.
Keywords: Concrete Admixtures Mix proportion
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
前言
混凝土是当今世界用量最大、用途最广的工程材料之一。 随着 21 世纪混凝土工程的大型化、多功能化、施工与应用环境的复杂化、应用领域的扩大化以及资源与环境的优化, 人们对传统的混凝土材料提出了更高的要求, 混凝土材料的高性能化和高功能化已经成为21 世纪混凝土材料科学与工程技术研究的重点和方向。
不言而喻, 混凝土实现高性能的最重要技术途径是使用优质的外加剂和矿物掺合料( 亦称矿物外加剂) , 外加剂是混凝土不可或缺的第五组分已成为混凝土工作者的共识。由于我国混凝土外加剂起步较晚，整体发展水平与工业发达国家还存在一定差距。在我国，适用外加剂的混凝土仅占产量的20%~30%，这也说明了混凝土外加剂在我国有着十分广阔的应用前景。
一、混凝土外加剂的概述
（一）外加剂的定义
国际标准化组织 ISO T C71/ Sc3 提出混凝土外加剂的定义如下:“ 在混凝土、砂浆、净浆拌合时或在额外增加的拌合操作中掺合等于或少于水泥质量的 5% , 使混凝土的正常性能得以按要求改善的物质 ”。1987 年我国制定并颁布混凝土外加剂的国家标准, 即 《混凝土外加剂》GB8075- 87 中将混凝土外加剂定义为: “在拌制混凝土过程中掺入, 用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥质量的 5%( 特殊情况除外)” 。
（二）外加剂的分类：
1.减水剂
在混凝土塌落度基本相同的条件下，显著减少了其拌和用水量。在所有混凝土外加剂产品中，减水剂是目前研究和使用最广泛的一种。
2.引气剂
在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡。由于气泡增加了浆体体积和对拌合料的润滑作用以及增加了浆体的粘度和屈服应力，因此引气混凝土的工作性、塑性和内聚性得到显著提高。引气剂可以减少拌和用水量，还可以降低新拌混凝土的塌落度损失。
3.早强剂
加速混凝土早期强度发展。
4.缓凝剂
延长混凝土凝结时间。在混凝土施工中，为了防止在气温较高、运距较长等情况下，混凝土拌和物过早凝结而影响浇筑质量，以及为了延长大体积混凝土放热时间或对分层浇筑的混凝土防止出现施工缝的工程，常需在混凝土中掺入缓凝剂。
5.速凝剂
能使混凝土迅速凝结而硬化。速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝，1h就产生强度，1d强度提高2~3倍。
6.防冻剂
能使混凝土在零度以下凝结硬化。并在规定的时间内达到足够的防冻强度。在零度以下施工的混凝土工程必须掺入防冻剂。复合防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用。
7.膨胀剂
能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。
8.泵送剂
能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。一般为复合外加剂，主要成分为减水剂、引气剂、缓凝剂等。
（三）外加剂的应用技术
混凝土外加剂在应用过程中必须注意两个原则：1）外加剂品种的选择；2）外加剂产量的控制。如果这两项工作不到位，外加剂都可能对混凝土性能产生负面影响。
1.外加剂品种的选用原则
针对混凝土高性能化, 施工条件的复杂化以及混凝土施工工艺和原材料的多样化, 施工人员在选用外加剂时须慎重, 不 仅要求其性能应符合工程使用要求, 还应具有合理的经济性, 具体可从以下几点参考:
（1）考虑工程设计中的要求: 如混凝土强度等级、弹性模量、抗渗性、抗冻融性等物理力学性能；
（2）须满足施工工艺、施工季节( 夏季或冬季施工) , 混凝土 功能、特征和体积等要求；
（3）对工程中提供的原材料, 须综合考虑其水泥品种、强度 等级, 掺合料品种和技术性能及砂、石技术性能等再行选择。
2.外加剂掺量的确定原则
选好外加剂品种后, 关键环节便是确定外加剂的掺量。在保证混凝土技术要求的基础上, 施工人员可以参考外加剂产品使用说明书给出的掺量范围, 通过实验来确定其最经济的掺量。试验表明, 外加剂掺量控制不当不但达不到预期效果, 反而会带来负面影响。
二、外加剂在高性能混凝土工程中的应用
（一）高性能混凝土的概念
高性能混凝土（High Performance Concrete,以下简称HPC）是利用现代化技术制作，能大幅提高普通混凝土性能，并以耐久性作为设计主要指标的混凝土。在实际工程中，HPC重点保证的性能包括耐久性、工作性、适用性、强度、体积、稳定性、经济性，它是新型复合超塑化剂与混凝土材料科学相结合的成功范例。
（二）配制高性能混凝土的外加剂
在配制 HPC 时, 掺加外加剂是关键环节。为此, 选用优质原材料除水泥、水、集料外, 必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂以期达到 HPC 低水胶比的特点, 而配制HPC 常采用如下几种外加剂:
1.高效减水剂( 又称超塑化剂): 减水率大、塌落度经时损失小的特点能保证 HPC 良好的工作性: 充填性、可泵性和稳定性( 即抗泌性和抗离析性) 等。
2.缓凝剂: 可延长混凝土凝结时间、控制其硬化速度、防止大面积混凝土出现裂缝、减少坍落度经时损失等性质。不过, 缓凝剂掺量增加会导致混凝土的塑性收缩增加、早期强度降 低。另外, 在工程中还需考虑到缓凝剂与高效减水剂的匹配和与水泥的相容性问题, 因此使用前一定要通过试验确定。
3.引气剂: 在HPC中合理的掺入引气剂，可提高混凝土的流动性，改善和易性，减少拌和物的离析和沁水，改善混凝土的耐久性（抗冻性、抗冻融性）。由于引气剂的引入量对混凝土强度影响较大（如图1），因此对只要求有抗渗、抗冻的工程，可优先考虑使用引气剂来提高耐久性。
4.膨胀剂：在HPC中掺入适量膨胀剂，应在有约束条件下膨胀而产生一定自应力，以补偿水泥的干缩和由于低水胶比造成的“自身收缩”，避免裂缝发生，保证高性能混凝土的设计目标――高耐久性，并在限制条件下增长强度。需要注意的是, 掺用膨胀剂后对混凝土的搅拌、养护都有严格的要求。
（三）外加剂在实际工程中的应用
1.外加剂在自密实混凝土中的应用
图 1引气量对混凝土 28d 强度的影响
自密实混凝土( Self Compacting High Performance Concrete , 简称 SCC) 是日本教授提出的概念, 随后便风靡全球。由于在配制过程中采用了高性能外加剂与较大掺量的矿物外掺料, 使得SCC具有下列三个特征: 填充能力、穿越能力和抗离析能力。
在施工过程中, SCC 具有高流动性能, 不仅能大幅度缩短工期, 也降低了施工噪音。为确保混凝土能自密实成型, 施工人员可以利用自制的 U 型容器（如图 2）来测试 SCC 的流变性能。另外较低的水泥用量与低水胶比还保证了硬化后的混凝土具有高耐久性, 因此将其归属于 HPC 范畴, 称其为自密实高性能混凝土。
润扬长江公路大桥北锚碇工程成功运用了自密实混凝土, 拆模后的混凝土表面平整、光滑, 没有蜂窝麻面, 证明自密实混凝土施工质量良好。该工程最关键的一个
图 2测试 SCC 间隙透过性 h 的试验装置
技术就是使用优质的混凝土外加剂 NVC 自流平外加剂( No-Vibrating Concrete, 简称N VC) , 它由高效减水剂、流化剂、增强剂、特种保塑剂复合而成, 具有高减水、高流化、低收缩、保塑好等特点。主要性能为: （1）高流化性使混凝土坍落度由40 - 50mm 提高到 200- 250mm, 扩展度由 500x500mm2 到 600x600mm2 , 2h 坍落度经时损失率约为10%-15% ；（2）同条件下,减水率不小于20%，可节约水泥10%-15%（3）匀质性、抗分离性良好, 凝结前不发生分层离析和泌水等现象；（4）混凝土含气量为1.5%-3.0%，抗冻耐久性好；（5）可延缓凝结时间，降低早期水化热的作用
2.外加剂在高层建筑中的应用
HPC首先用于30层以上高层建筑的钢筋混凝土结构，因为这种建筑下部三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。处节省材料费用外，加快施工速度也是采用HPC的重要特点。
迄今混凝土标号最高为C80的建筑――辽宁物产大厦，还有将C40混凝土一次性泵送到382.5m的88层高楼――上海金茂大厦都使用了高效减水剂来应用于泵送混凝土，同时也保证了高耐久性。
吉林电建电业高层建筑高度为67.7m, 砼总量约 11000m3 , 剪力墙及梁板为 C50 砼, 要求砼水化热低、收缩小、无裂缝, 并具有良好的施工性能。最后,工程采用了吉林省环洋化工建材有限公司生产的 HY 牌 702 型复合砼外加剂具有高效减水、超早强、延缓初凝时间、提高浇筑性能功能: (1)砼中水泥浆体的流动性好并能保持长久；（2）U EA 自身的微膨胀补偿收缩性能弥补了 HPC 胶凝材料的收缩, 焦点是控制和防止了有害裂缝的产生；（3） 减少了对外加剂的吸附, 增加流化效果，降低塌落度损失，满足可泵性要求。
3.外加剂在桥梁工程中的应用
桥梁工程在施工过程中需要考虑到施工条件的艰苦及海水对结构的腐蚀作用，故在HPC的配制时应掺入改善混凝土工作性、增强抗渗和抗腐蚀等性能的外加剂。
集美大桥是连接厦门本岛与岛外集美区的跨海特大桥基于高性能混凝土的特殊要求, 施工过程中选用聚羧酸高效减水剂。由于其具有低掺量、高减水增强率、水泥适应性好、高温下混凝土坍落度损失小等特性, 不仅大大提高了高强混凝土的力学性能和耐久性, 而且还为工程施工提供了简便易行的施工工艺。
4.外加剂在道路工程中的应用
随着对交通运输要求的日益提高, 采用高性能道面混凝土, 提高混凝土的抗折强度与耐久性是当前道面混凝土的发展趋势, 对混凝土道路表面的致密性、抗渗性及抗冻性等也有很高要求。
青藏铁路( 格拉段) 新建线全长 1111 km, 其中 550km 位于多年冻土区, 是目前全球最长的一条穿越高原多年冻土区的铁路。在混凝土中掺入低温、早强、耐久外加剂如硅粉、引气剂等, 提高混凝土的密实度和抗冻融性能, 保证了在300次冻融循环作用下梁体混凝土强度及弹性模量不小于设计值的80% , 大大提高了混凝土耐久性。
5.外加剂在其他结构体系中的应用
湛江港铁矿石码头工程充分利用活性矿物掺合料和高效减水剂的复合效应来配制高性能混凝土；广州地铁二号线( 越 - 广区间) 越秀公园站工程施工中采用粉煤灰- 矿渣粉双掺和金刚牌 AP 缓凝高效减水剂来配制高性能混凝土； 广州奥林匹克体育场为满足工程对高性能混凝土的要求, 同样采取了高效减水剂和超细掺合料的双掺技术等等。
四、结束语
尽管现在建筑材料推陈出新, 但混凝土仍然是主要建筑材料之一。而随着科技的飞速发展, 传统的混凝土将普遍被高性能混凝土所替代, 在混凝土这一质的变化过程中, 外加剂无疑将扮演着重要角色。
外加剂的研究生产基本上满足了我国当前经济建设和混凝土施工新技术的需要, 但统计资料表明, 我国外加剂生产和应用中也存在一些问题, 主要表现在以下几个方面: 企业规模大的少, 小的多；产品性能低；产品性能较单一；复合型外加剂产品配方一成不变。
为了缩小和赶超发达国家的水平, 今后我国外加剂的研究生产应朝以下方面发展:
（一）提高高校减水剂的质量；
（二）研究开发新型高效减水剂；
（三）加强引气剂的开发研究和应用；
（四）加强复合型外加剂的开发研究；
（五）积极开发矿物外加剂。
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【作者简介】
刘琦 ：女 毕业于天津城市建设学院，所学专业土木工程，工作单位：天津冶金规划设计院，目前职称为助理工程师。