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5075 水工混凝土

  为了改善混凝土性能、减少混凝土用水量、节约水泥、降低成本、加快施工进度,随着技术的进步,外加剂已成为除水泥、粗细骨料、掺合料和水以外的第 5 种必备材料。掺外加剂是混凝土配合比优化设计和提高混凝土耐久性的—项重要措施。因此,新修订的《水工混凝土施工规范》强调,水工混凝土中必须掺加适量的外加剂。

1 外加剂的分类
1) 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括普通减水剂、高效减水剂、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。包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。
   水工混凝土常用的外加剂种类主要有减水剂、缓凝剂、引气剂以及各种复合性外加剂,如缓凝减水剂、缓凝高效减水剂、早强减水剂或引气减水剂。根据特殊需要,也掺用其他种类的外加剂,如泵送剂、防水剂、防冻剂等。 GB8076-1997 混凝土外加剂、 DL/T'5100 — 1999 水工混凝土外加剂技术规程等国家和行业标准对这些外加剂的性能指标和技术规程都有严格要求,可根据混凝土的不同需要选用。

2 外加剂的介绍
1) 减水剂。又称塑化剂或分散剂。拌和混凝土时加人适量的减水剂,可使水泥颗粒分散均匀,同时将水泥颗粒包裹的水分释放出来,从而能明显减少混凝土用水量。减水剂的作用是在保持混凝土配合比不变的情况下,改善其工作性能,或在保持其工作性能不变的情况下减少用水量,提高混凝土强度,或在保持强度不变时减少水泥用量,节约水泥,降低成本。同时,加入减水剂后混凝土更为均匀密实,提高了混凝土的耐久性。以往水工混凝土使用的减水剂—般是纸浆废液、木钙—类的普通减水剂,减水率不高,一般为 5 %一 10 %。随着对水工混凝土质量要求的提高,对减水剂的质量要求也越来越高,高效减水剂对提高水泥使用效率具有明显效果,可节省水泥用量 20 %左右。
2) 缓凝剂。能延缓混凝土凝结硬化时间,能使混凝土浆体水化速度减慢,延长水化放热过程,有利于大体积混凝土强度降低,但对后期强度的正常发展并无影响。一般缓凝剂可使混凝土的初凝时间延长 1 h ~ 4h ,但这对高温情况下大仓面混凝土施工是不够的。
3) 引气剂。是一种表面活性物质,是混凝土常用的外加剂之一,它能使混凝土在搅拌过程中从大气中引人大量均匀封闭的小气泡,使混凝土中含有一定量的空气。好的引气剂引入混凝土中的气泡达 10 亿个之多,孔径多为 0.0 5 ㎜~ 0. 2 ㎜ ,一般为不连续的封闭球形,分布均匀、稳定性好,能显著提高混凝土的抗冻性、耐久性 ( 三峡工程内部混凝土抗冻融循环次数达 150 次以上 , 外部混凝土达 300 次以上 ) ,同时还能改善混凝土的和易性,特别是在人工骨料或天然砂颗粒较粗、级配较差以及在贫水混凝土中使用效果更好,能改善混凝土的泌水和离析,减少混凝土渗透性,提高混凝土抗侵蚀能力。
4) 复合外加剂。是具有两种以上主要功能的外加剂,如缓凝减水剂同时具有缓凝和减水功能,引气减水剂同时具有引气和减水功能。许多水电工程,将两种外加剂复合使用,如缓凝高效减水剂和引气剂复合,同时具有高效减水、引气、缓凝作用,取得了很好的效果,既满足了大仓面浇筑混凝土缓凝的要求,又达到了减水和提高耐久性的目的。

3 外加剂在水工混凝土中的作用
1) 改善物理力学性能。减水剂的掺入会使混凝土更为均匀密实,还能改善一系列物理化学性能,如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等,提高了耐久性。
2) 调节凝结、硬化时间。缓凝剂能延缓凝结硬化时间,便于施工;能使混凝土浆体水化速度减慢,延长水化放热过程,有利于大体积混凝土温度控制。缓凝剂会对混凝土 1 d — 3d 早期强度有所降低,但对后期强度的正常发展并无影响。
3) 提高或改善工程质量。许多外加剂可以提高混凝土的强度,增加耐久性,增强抗冻性、抗渗性,改善于燥收缩及流变性能。掺加高效减水剂可配制泵送混凝土,利用机械化施工,对保证及提高工程质量有积极的作用。
4) 增强适应环境的能力。在混凝土搅拌过程中,引气剂能引入大量分布均匀的微小气泡,可减少拌合物的泌水和离析,改善和易性,减小渗透性,提高抗侵蚀能力,对经常或周期性受环境水作用的水工建筑物,增强其适应环境的能力。
5) 节约水泥、降低成本。减水剂在保持混凝土配合比不变的情况下,改善其工作性,或在保持工作性不变的情况下减少用水量,提高混凝土强度,或在保持强度不变时减少水泥用量,节约水泥,降低成本。
6) 满足特种技术需要。混凝土中掺加防冻剂,能使混凝土在负温下硬化,并在规定时间内达到足够防冻强度,提高早期强度,防止受冻破坏;混凝土中掺加防水剂,能降低混凝土的静水压力的透水性,提高混凝土的密实性、防渗性。

4 发展趋势
4. 1 复合多功能型
   复合多功能型外加剂,在性能上可以取长补短、趋于完善,并且价格便宜、使用面广、性能良好。如减水剂与其他外加剂复合使用有:普通减水剂、缓凝减水剂、高效减水剂、缓凝高效减水剂、早强减水剂、引气减水剂。

4. 2 品种系列化、多样化
   如系列化产品有高强混凝土、超高强混凝土、缓凝高强混凝土等。不断研制开发新品种,使品种系列化、多样化,以满足各种特殊工程的需要,并方便工程使用和质量控制。满足混凝土特殊性能要求而发展起来的泵送剂、防水剂、防冻剂等品种日益增加,目前国外总的外加剂品种有 500 种左右。

4. 3 发展高强化外加剂
   近年来,各国使用的混凝土的平均强度和最高强度都在不断提高,发展高强化所需用的高效能外加剂,能为制备高强、超高强混凝土提供条件,利用高效减水剂的减水作用,制备大流动性混凝土,使施工省力、造价降低、工效提高。

4. 4 发展新型高性能外加剂
   目前国内对高性能外加剂的研究方兴未艾,高性能的外加剂呼之欲出。如超缓凝剂、低碱有机盐型防冻剂,这些都在研究试制中。

4. 5 降低生产成本
   充分利用各种工业废料,如:纸浆废液、芦苇浆废液、制糖工业废蜜及工业废渣生产外加剂,采用先进的测试手段,研制外加剂的作用机理,改革外加剂的配方和生产工艺,生产高效、廉价的外加剂产品,为广泛推广应用外加剂提高竞争能力。

5 结语
  
外加剂是现代混凝土不可缺少的重要组分之一,是继钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土之后混凝土技术的第三次突破,从综合因素考虑有广阔的发展前景。随着外加剂品种的不断开发增加,质量逐步提高,外加剂应用会日益广泛,研究会更加深入,定会在水利水电工程建设中起到积极的作用。

 



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