外加劑在水工混凝土中的應(yīng)用技術(shù)
2009-09-21 00:00
外加劑也稱為外摻劑或附加劑, 它是指在混凝土、砂漿和凈漿的制備過(guò)程中, 摻入少量的( 不超水泥用量的5%) 能對(duì)混凝土、砂漿或凈漿改變性能的一種產(chǎn)品。隨著技術(shù)的進(jìn)步, 外加劑已成為除水泥、粗細(xì)骨料、摻合料和水以外的第5 種必備材料, 摻外加劑是混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高混凝土耐久性的一項(xiàng)重要措施。因此新修訂的《水工混凝土施工規(guī)范》( DL/T5144- 2001) 強(qiáng)調(diào), 水工混凝土中必須摻加適量的外加劑。
1 常用種類
水工混凝土常用的外加劑種類主要有減水劑、緩凝劑、引氣劑以及各種復(fù)合性的外加劑, 如緩凝減水劑或緩凝高效減水劑、早強(qiáng)減水劑、引氣減水劑。根據(jù)特殊需要, 也摻用其它種類的外加劑, 如泵送劑、防水劑、防凍劑等等。GB8076-1997《混凝土外加劑》、DL/T5100- 1999《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些外加劑的性能指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程都有嚴(yán)格要求, 可根據(jù)混凝土的不同需要進(jìn)行選用。
1) 減水劑又稱塑化劑或分散劑。拌和混凝土?xí)r加入適量的減水劑, 可使水泥顆粒分散均勻, 同時(shí)將水泥顆粒包裹的水分釋放出來(lái), 從而能明顯減少混凝土用水量。以往水工混凝土使用的減水劑一般是紙漿廢液、木鈣、糖蜜一類的普通減水劑, 減水率不高, 一般為5%～10%。隨著對(duì)水工混凝土質(zhì)量要求的提高, 對(duì)減水劑的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。二灘、三峽等大型水電工程大量應(yīng)用的萘系高效減水劑, 減水率高達(dá)20%～30%, 主要用來(lái)配制高強(qiáng)度和高流態(tài)混凝土或是需大幅度減少用水量的混凝土。高效減水劑對(duì)提高水泥使用效率具有明顯效果, 可節(jié)省水泥用量20%左右。三峽工程花崗巖人工骨料混凝土使用普通減水劑時(shí), 用水量高達(dá)110 kg/m3 左右, 采用了優(yōu)選的ZB- 1A 高效減水劑, 并和DH9 引氣劑、Ⅰ級(jí)粉煤灰聯(lián)摻后, 用水量降至85 kg/m3 左右, 達(dá)到了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。三峽工程還使用了減水率更高的丙烯酸類高效減水劑X404, 減水率在30%以上, 但這類減水劑的價(jià)格昂貴, 主要用在高強(qiáng)度混凝土部位。
2) 緩凝劑能延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)硬化時(shí)間, 是對(duì)后期強(qiáng)度發(fā)展無(wú)不利影響的外加劑。
一般緩凝劑可使混凝土的初凝時(shí)間延長(zhǎng)1 h～4 h, 但這對(duì)高溫情況下大倉(cāng)面混凝土施工是不夠的。為了滿足高溫地區(qū)和高溫季節(jié)大體積混凝土施工需要, 國(guó)家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目研究出了高溫緩凝劑, 這種緩凝劑能使氣溫為( 35+2) ℃、相對(duì)濕度為( 60+5) %的條件下混凝土的初凝時(shí)間成為6 h～8 h。目前在三峽等工程中大量使用的緩凝高效減水劑,通過(guò)適當(dāng)增加摻量, 都可使混凝土初凝時(shí)間達(dá)到6 h～8 h 以上, 滿足了35℃左右高溫季節(jié)大倉(cāng)面混凝土施工需要。
3) 引氣劑是一種表面活性物質(zhì), 發(fā)揮起泡、分散、濕潤(rùn)等表面活性作用, 它能使混凝土在攪拌過(guò)程中從大氣中引入大量均勻封閉的小氣泡, 使混凝土中含有一定量的空氣, 是常用的外加劑之一。
好的引氣劑能引入混凝土中的氣泡達(dá)10 億個(gè)之多, 孔徑多為0.05 mm～0.2 mm, 一般為不連續(xù)的封閉球形, 分布均勻, 穩(wěn)定性好, 特別是在人工骨料或天然砂顆粒較粗、級(jí)配較差以及在貧水泥混凝土中使用效果更好。引氣劑的摻量一般在水泥重量的萬(wàn)分之0.3～2 的范圍內(nèi), 由于摻量小, 因此要稱量準(zhǔn)確, 拌和均勻。另外, 影響引氣量的因素很多, 如水灰比、水泥用量、砂率、集料、振搗方式、攪拌時(shí)間、坍塌度、成型溫度等, 都需嚴(yán)格規(guī)范操作, 否則就達(dá)不到應(yīng)有效果。
4) 復(fù)合外加劑是具有兩種以上主要功能的外加劑, 如緩凝減水劑同時(shí)具有緩凝和減水功能, 引氣減水劑同時(shí)具有引氣和減水功能。 [Page]
許多水電工程, 特別是三峽工程, 將兩種外加劑復(fù)合使用, 如緩凝高效減水劑和引氣劑復(fù)合, 同時(shí)具有高效減水、引氣、緩凝作用, 取得了很好的效果, 既滿足了大倉(cāng)面澆筑混凝土緩凝的要求, 又達(dá)到了減水和提高耐久性的目的。
2 基本作用
2.1 改善物理力學(xué)性能
減水劑的摻入會(huì)使混凝土更為均勻密實(shí), 改善一系列物理化學(xué)性能, 如抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性等, 提高了耐久性。
2.2 調(diào)節(jié)凝結(jié)、硬化時(shí)間
緩凝劑能延緩凝結(jié)硬化時(shí)間, 便于施工; 能使混凝土漿體水化速度減慢, 延長(zhǎng)水化放熱過(guò)程, 有利于大體積混凝土溫度控制。緩凝劑會(huì)對(duì)混凝土1d～3d 早期強(qiáng)度有所降低,但對(duì)后期強(qiáng)度的正常發(fā)展并無(wú)影響。
2.3 提高或改善工程質(zhì)量
許多外加劑可以提高混凝土的強(qiáng)度, 增加耐久性, 增強(qiáng)抗凍性、抗?jié)B性, 改善干燥收縮及流變性能。摻加高效減水劑可配制泵送混凝土, 利用機(jī)械化施工, 對(duì)保證及提高工程質(zhì)量有積極的作用。
2.4 增強(qiáng)適應(yīng)環(huán)境的能力
在混凝土攪拌過(guò)程中引氣劑能引入大量分布均勻的微小氣泡, 可減少拌合物的泌水和離析, 改善和易性; 減少滲透性, 提高抗侵蝕能力, 對(duì)經(jīng)?；蛑芷谛允墉h(huán)境水作用的水工建筑物, 增強(qiáng)其適應(yīng)環(huán)境的能力。
2.5 節(jié)約水泥、降低成本
減水劑在保持混凝土配合比不變的情況下, 改善其工作性; 或在保持工作性不變的情況下減少用水量, 提高混凝土強(qiáng)度; 或在保持強(qiáng)度不變時(shí)減少水泥用量, 節(jié)約水泥, 降低成本。
2.6 滿足特種技術(shù)需要
混凝土中摻加防凍劑, 能使混凝土在負(fù)溫下硬化, 并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠防凍強(qiáng)度, 提高早期強(qiáng)度, 防止受凍破壞; 混凝土中摻加防水劑, 能降低混凝土的靜水壓力的透水性, 提高混凝土的密實(shí)性、防滲性。
3 注意事項(xiàng)
1) 根據(jù)工程設(shè)計(jì)、施工條件和施工工藝等工程特點(diǎn)選用合適的外加劑。
2) 詳細(xì)閱讀外加劑的技術(shù)資料和應(yīng)用說(shuō)明, 了解其實(shí)際性能, 注意外加劑的質(zhì)量。
3) 在原材料中, 水泥對(duì)外加劑的減水效果影響最大, 選擇合理的水泥品種。 [Page]
4) 為了確保工程質(zhì)量, 根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn), 進(jìn)行嚴(yán)格的適應(yīng)性確定, 使用前進(jìn)行試驗(yàn)。
5) 同一種外加劑都有適宜的摻量, 不同的用途有不同的摻量, 嚴(yán)格掌握外加劑的摻量。
6) 在攪拌過(guò)程中, 外加劑的摻加方法對(duì)外加劑的使用效果影響較大, 注意采用適宜的摻加方法。
7) 一般情況下, 外加劑對(duì)配合比可按普通方法進(jìn)行設(shè)計(jì), 在減水或節(jié)約水泥的情況下, 應(yīng)對(duì)砂率、水泥用量、水灰比等作適當(dāng)調(diào)整, 注意調(diào)整配合比。
8) 外加劑的摻加方法、摻量及攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)施工特點(diǎn)確定。
9) 在攪拌時(shí), 對(duì)于不同的摻加方法要有不同的注意事項(xiàng);在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)注意保持勻質(zhì)性, 避免分層; 在成型時(shí), 要振搗除氣, 以免欠振、漏振影響效果。注意攪拌、運(yùn)輸和成型操作。
4 發(fā)展趨勢(shì)
4.1 復(fù)合多功能型
復(fù)合多功能型外加劑, 在性能上可以取長(zhǎng)補(bǔ)短, 趨于完善, 并且要求價(jià)格便宜, 使用面廣, 性能良好。如減水劑與其他外加劑復(fù)合使用有普通減水劑、緩凝減水劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、早強(qiáng)減水劑、引氣減水劑。
4.2 品種系列化、多樣化
如系列化產(chǎn)品有高強(qiáng)混凝土、超高強(qiáng)混凝土、緩凝高強(qiáng)混凝土等。不斷研制開(kāi)發(fā)新品種, 使品種系列化、多樣化, 以滿足各種特殊工程的需要, 并方便工程使用和質(zhì)量控制。滿足混凝土特殊性能要求而發(fā)展起來(lái)的泵送劑、防水劑、防凍劑等品種日益增加, 目前國(guó)外總的外加劑品種在500 種左右。
4.3 發(fā)展高強(qiáng)化外加劑
近年來(lái), 各國(guó)使用的混凝土的平均強(qiáng)度和最高強(qiáng)度都在不斷提高, 發(fā)展高強(qiáng)化所需用的高效能外加劑, 為制備高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土提供條件, 利用高效減水劑的減水作用, 制備大流動(dòng)性混凝土, 使施工省力, 造價(jià)降低, 工效提高。 [Page]
4.4 發(fā)展新型高性能外加劑
目前國(guó)內(nèi)對(duì)高性能外加劑的研究方興未艾, 高性能的外加劑呼之欲出。如超緩凝劑、低堿有機(jī)鹽型防凍劑, 這些都在研究試制中。
4.5 降低生產(chǎn)成本
充分利用各種工業(yè)廢料, 如: 紙漿廢液、蘆葦漿廢液、制糖工業(yè)廢蜜及工業(yè)廢渣生產(chǎn)外加劑, 采用先進(jìn)的測(cè)試手段,研制外加劑的作用機(jī)理, 改革外加劑的配方和生產(chǎn)工藝, 生產(chǎn)高效、廉價(jià)的外加劑產(chǎn)品, 為廣泛推廣應(yīng)用外加劑提高競(jìng)爭(zhēng)能力。
5 結(jié)語(yǔ)
外加劑在三峽水利樞紐工程、二灘水電站、南水北調(diào)工程中應(yīng)用效果良好, 從綜合因素考慮有廣闊地發(fā)展前景。隨著外加劑品種的不斷開(kāi)發(fā)增加, 質(zhì)量逐步提高, 應(yīng)用會(huì)日益廣泛, 研究會(huì)更加深入, 定會(huì)在水利水電工程建設(shè)中起到積極的影響作用。
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
1 常用種類
水工混凝土常用的外加劑種類主要有減水劑、緩凝劑、引氣劑以及各種復(fù)合性的外加劑, 如緩凝減水劑或緩凝高效減水劑、早強(qiáng)減水劑、引氣減水劑。根據(jù)特殊需要, 也摻用其它種類的外加劑, 如泵送劑、防水劑、防凍劑等等。GB8076-1997《混凝土外加劑》、DL/T5100- 1999《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些外加劑的性能指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程都有嚴(yán)格要求, 可根據(jù)混凝土的不同需要進(jìn)行選用。
1) 減水劑又稱塑化劑或分散劑。拌和混凝土?xí)r加入適量的減水劑, 可使水泥顆粒分散均勻, 同時(shí)將水泥顆粒包裹的水分釋放出來(lái), 從而能明顯減少混凝土用水量。以往水工混凝土使用的減水劑一般是紙漿廢液、木鈣、糖蜜一類的普通減水劑, 減水率不高, 一般為5%～10%。隨著對(duì)水工混凝土質(zhì)量要求的提高, 對(duì)減水劑的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。二灘、三峽等大型水電工程大量應(yīng)用的萘系高效減水劑, 減水率高達(dá)20%～30%, 主要用來(lái)配制高強(qiáng)度和高流態(tài)混凝土或是需大幅度減少用水量的混凝土。高效減水劑對(duì)提高水泥使用效率具有明顯效果, 可節(jié)省水泥用量20%左右。三峽工程花崗巖人工骨料混凝土使用普通減水劑時(shí), 用水量高達(dá)110 kg/m3 左右, 采用了優(yōu)選的ZB- 1A 高效減水劑, 并和DH9 引氣劑、Ⅰ級(jí)粉煤灰聯(lián)摻后, 用水量降至85 kg/m3 左右, 達(dá)到了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。三峽工程還使用了減水率更高的丙烯酸類高效減水劑X404, 減水率在30%以上, 但這類減水劑的價(jià)格昂貴, 主要用在高強(qiáng)度混凝土部位。
2) 緩凝劑能延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)硬化時(shí)間, 是對(duì)后期強(qiáng)度發(fā)展無(wú)不利影響的外加劑。
一般緩凝劑可使混凝土的初凝時(shí)間延長(zhǎng)1 h～4 h, 但這對(duì)高溫情況下大倉(cāng)面混凝土施工是不夠的。為了滿足高溫地區(qū)和高溫季節(jié)大體積混凝土施工需要, 國(guó)家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目研究出了高溫緩凝劑, 這種緩凝劑能使氣溫為( 35+2) ℃、相對(duì)濕度為( 60+5) %的條件下混凝土的初凝時(shí)間成為6 h～8 h。目前在三峽等工程中大量使用的緩凝高效減水劑,通過(guò)適當(dāng)增加摻量, 都可使混凝土初凝時(shí)間達(dá)到6 h～8 h 以上, 滿足了35℃左右高溫季節(jié)大倉(cāng)面混凝土施工需要。
3) 引氣劑是一種表面活性物質(zhì), 發(fā)揮起泡、分散、濕潤(rùn)等表面活性作用, 它能使混凝土在攪拌過(guò)程中從大氣中引入大量均勻封閉的小氣泡, 使混凝土中含有一定量的空氣, 是常用的外加劑之一。
好的引氣劑能引入混凝土中的氣泡達(dá)10 億個(gè)之多, 孔徑多為0.05 mm～0.2 mm, 一般為不連續(xù)的封閉球形, 分布均勻, 穩(wěn)定性好, 特別是在人工骨料或天然砂顆粒較粗、級(jí)配較差以及在貧水泥混凝土中使用效果更好。引氣劑的摻量一般在水泥重量的萬(wàn)分之0.3～2 的范圍內(nèi), 由于摻量小, 因此要稱量準(zhǔn)確, 拌和均勻。另外, 影響引氣量的因素很多, 如水灰比、水泥用量、砂率、集料、振搗方式、攪拌時(shí)間、坍塌度、成型溫度等, 都需嚴(yán)格規(guī)范操作, 否則就達(dá)不到應(yīng)有效果。
4) 復(fù)合外加劑是具有兩種以上主要功能的外加劑, 如緩凝減水劑同時(shí)具有緩凝和減水功能, 引氣減水劑同時(shí)具有引氣和減水功能。 [Page]
許多水電工程, 特別是三峽工程, 將兩種外加劑復(fù)合使用, 如緩凝高效減水劑和引氣劑復(fù)合, 同時(shí)具有高效減水、引氣、緩凝作用, 取得了很好的效果, 既滿足了大倉(cāng)面澆筑混凝土緩凝的要求, 又達(dá)到了減水和提高耐久性的目的。
2 基本作用
2.1 改善物理力學(xué)性能
減水劑的摻入會(huì)使混凝土更為均勻密實(shí), 改善一系列物理化學(xué)性能, 如抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性等, 提高了耐久性。
2.2 調(diào)節(jié)凝結(jié)、硬化時(shí)間
緩凝劑能延緩凝結(jié)硬化時(shí)間, 便于施工; 能使混凝土漿體水化速度減慢, 延長(zhǎng)水化放熱過(guò)程, 有利于大體積混凝土溫度控制。緩凝劑會(huì)對(duì)混凝土1d～3d 早期強(qiáng)度有所降低,但對(duì)后期強(qiáng)度的正常發(fā)展并無(wú)影響。
2.3 提高或改善工程質(zhì)量
許多外加劑可以提高混凝土的強(qiáng)度, 增加耐久性, 增強(qiáng)抗凍性、抗?jié)B性, 改善干燥收縮及流變性能。摻加高效減水劑可配制泵送混凝土, 利用機(jī)械化施工, 對(duì)保證及提高工程質(zhì)量有積極的作用。
2.4 增強(qiáng)適應(yīng)環(huán)境的能力
在混凝土攪拌過(guò)程中引氣劑能引入大量分布均勻的微小氣泡, 可減少拌合物的泌水和離析, 改善和易性; 減少滲透性, 提高抗侵蝕能力, 對(duì)經(jīng)?；蛑芷谛允墉h(huán)境水作用的水工建筑物, 增強(qiáng)其適應(yīng)環(huán)境的能力。
2.5 節(jié)約水泥、降低成本
減水劑在保持混凝土配合比不變的情況下, 改善其工作性; 或在保持工作性不變的情況下減少用水量, 提高混凝土強(qiáng)度; 或在保持強(qiáng)度不變時(shí)減少水泥用量, 節(jié)約水泥, 降低成本。
2.6 滿足特種技術(shù)需要
混凝土中摻加防凍劑, 能使混凝土在負(fù)溫下硬化, 并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠防凍強(qiáng)度, 提高早期強(qiáng)度, 防止受凍破壞; 混凝土中摻加防水劑, 能降低混凝土的靜水壓力的透水性, 提高混凝土的密實(shí)性、防滲性。
3 注意事項(xiàng)
1) 根據(jù)工程設(shè)計(jì)、施工條件和施工工藝等工程特點(diǎn)選用合適的外加劑。
2) 詳細(xì)閱讀外加劑的技術(shù)資料和應(yīng)用說(shuō)明, 了解其實(shí)際性能, 注意外加劑的質(zhì)量。
3) 在原材料中, 水泥對(duì)外加劑的減水效果影響最大, 選擇合理的水泥品種。 [Page]
4) 為了確保工程質(zhì)量, 根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn), 進(jìn)行嚴(yán)格的適應(yīng)性確定, 使用前進(jìn)行試驗(yàn)。
5) 同一種外加劑都有適宜的摻量, 不同的用途有不同的摻量, 嚴(yán)格掌握外加劑的摻量。
6) 在攪拌過(guò)程中, 外加劑的摻加方法對(duì)外加劑的使用效果影響較大, 注意采用適宜的摻加方法。
7) 一般情況下, 外加劑對(duì)配合比可按普通方法進(jìn)行設(shè)計(jì), 在減水或節(jié)約水泥的情況下, 應(yīng)對(duì)砂率、水泥用量、水灰比等作適當(dāng)調(diào)整, 注意調(diào)整配合比。
8) 外加劑的摻加方法、摻量及攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)施工特點(diǎn)確定。
9) 在攪拌時(shí), 對(duì)于不同的摻加方法要有不同的注意事項(xiàng);在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)注意保持勻質(zhì)性, 避免分層; 在成型時(shí), 要振搗除氣, 以免欠振、漏振影響效果。注意攪拌、運(yùn)輸和成型操作。
4 發(fā)展趨勢(shì)
4.1 復(fù)合多功能型
復(fù)合多功能型外加劑, 在性能上可以取長(zhǎng)補(bǔ)短, 趨于完善, 并且要求價(jià)格便宜, 使用面廣, 性能良好。如減水劑與其他外加劑復(fù)合使用有普通減水劑、緩凝減水劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、早強(qiáng)減水劑、引氣減水劑。
4.2 品種系列化、多樣化
如系列化產(chǎn)品有高強(qiáng)混凝土、超高強(qiáng)混凝土、緩凝高強(qiáng)混凝土等。不斷研制開(kāi)發(fā)新品種, 使品種系列化、多樣化, 以滿足各種特殊工程的需要, 并方便工程使用和質(zhì)量控制。滿足混凝土特殊性能要求而發(fā)展起來(lái)的泵送劑、防水劑、防凍劑等品種日益增加, 目前國(guó)外總的外加劑品種在500 種左右。
4.3 發(fā)展高強(qiáng)化外加劑
近年來(lái), 各國(guó)使用的混凝土的平均強(qiáng)度和最高強(qiáng)度都在不斷提高, 發(fā)展高強(qiáng)化所需用的高效能外加劑, 為制備高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土提供條件, 利用高效減水劑的減水作用, 制備大流動(dòng)性混凝土, 使施工省力, 造價(jià)降低, 工效提高。 [Page]
4.4 發(fā)展新型高性能外加劑
目前國(guó)內(nèi)對(duì)高性能外加劑的研究方興未艾, 高性能的外加劑呼之欲出。如超緩凝劑、低堿有機(jī)鹽型防凍劑, 這些都在研究試制中。
4.5 降低生產(chǎn)成本
充分利用各種工業(yè)廢料, 如: 紙漿廢液、蘆葦漿廢液、制糖工業(yè)廢蜜及工業(yè)廢渣生產(chǎn)外加劑, 采用先進(jìn)的測(cè)試手段,研制外加劑的作用機(jī)理, 改革外加劑的配方和生產(chǎn)工藝, 生產(chǎn)高效、廉價(jià)的外加劑產(chǎn)品, 為廣泛推廣應(yīng)用外加劑提高競(jìng)爭(zhēng)能力。
5 結(jié)語(yǔ)
外加劑在三峽水利樞紐工程、二灘水電站、南水北調(diào)工程中應(yīng)用效果良好, 從綜合因素考慮有廣闊地發(fā)展前景。隨著外加劑品種的不斷開(kāi)發(fā)增加, 質(zhì)量逐步提高, 應(yīng)用會(huì)日益廣泛, 研究會(huì)更加深入, 定會(huì)在水利水電工程建設(shè)中起到積極的影響作用。
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