蔡黄河彭振斌
（中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083）
【摘要】在混凝土中掺入外加剂可以事半功倍地改善混凝土的某些性能，因此，混凝土外加剂己成为混凝土的重要组成部分,在建筑工程中广泛使用。混凝土材料对环境的影响更牵涉到人类社会的发展，发展外加剂对混凝土进行改良逐渐受到科技人员的重视。参考国内外相关研究，论述了混凝土外加剂所起作用及其需求；分析了混凝土外加剂的功能与不足；阐述了混凝土外加剂发展历史和现状与研究趋势，并提出混凝土外加剂的性能及应用技术的发展展望。
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关键词 混凝土；外加剂；应用与发展
The Development and Prospects of Concrete Admixture and its Application Technology
CAI Huang-hePENG Zhen-bin
(School of Geosciences and Info-Physics，Central South University, Changsha Hunan 410083, China)
【Abstract】Mixing the admixture into concrete can get twice the result with half the effort to improve the performance. Thus, concrete additive has become an important part of the concrete and it is widely used in the construction engineering. The environmental impact of concrete material is more involved in the development of human society. Scientists gradually pay great attention to the development of concrete admixture. This article refers to relevant research at home and abroad to discussing the functions and needs of admixture. And we analyzed the deficiency of existing concrete admixture. Then, we identified the development history and the current situation as well as research tendency. Finally, we made a review of the future development.
【Key words】Concrete; Admixture; Application and Development
1混凝土外加剂及其作用需求
1.1混凝土外加剂定义
混凝土外加剂简称外加剂，是指在拌制混凝土的过程中掺入的用以按照需求改善混凝土的工作性能的物质产品，在一般情况下，混凝土外加剂的掺入量不得大于水泥重量5%。外加剂的选用、添加方法及适应性会极大地影响混凝土的发展，因此产品的质量必须符合国家标准。
1.2混凝土外加剂在混凝土中起的作用
（1）影响新拌混凝土的工作性能
减少混凝土的用水量，或不增加用水量就能增加混凝土的流动度；调整混凝土的凝结时间；减少泌水和离析，改善和易性和抗水淘洗性；减少坍落度损失，增加泵送混凝土的可泵性；延缓混凝土初期水化热，降低大体积混凝土的温升速度，减少裂缝发生；降低混凝土粘度系数等。
（2）影响混凝土强度
减少收缩或补偿收缩；提高混凝土早期强度，防止负温下冻结；增加抗冻性、抗渗性、抗磨性、耐腐蚀性。
（3）影响混凝土耐久性
控制碱—骨料反应，阻止钢筋锈蚀，减少氯离子扩散；提高混凝土密实度，则混凝土的抗渗、抗冻、耐侵蚀等耐久性提高。
（4）其他影响
利用外加剂可制成其他特殊性能的混凝土，如：轻混凝土，抗渗混凝土，高强混凝土，抗冻混凝土，耐酸混凝土，流态混凝土，大体积混凝土等。
1.3混凝土外加剂的需求探讨
混凝土是最大宗的建筑材料，各种外加剂的问世使混凝土技术得到了飞速发展，新的施工工艺和工法不断出现，极大扩展了混凝土的使用范围。现代混凝土的生产、应用离不开混凝土外加剂。正是由于有了混凝土外加剂的研究和应用技术，混凝土施工技术和新品种混凝土才得到了长足的发展，并由此发展出了高性能混凝土。
近年来，我国建筑业规模高速发展，混凝土外加剂工业也随之发生日新月异的变化，我国外加剂行业整体水平处于空前的上升阶段。在我国大规模进行基础建设的背景下，对混凝土外加剂的使用需求越来越大，对混凝土外加剂的性能需求越来越高。我国是世界混凝土生产和应用最多的国家，混凝土材料不仅是资源和能源的消耗大户，同时也是环境污染源之一，所以混凝土材料科学和技术直接影响着人类的可持续发展。研究混凝土外加剂用以降低混凝土对能源的消耗，减少混凝土对环境的污染，更是在建设资源节约型、环境友好型社会的进程中不得不去面对的问题。
因此，混凝土外加剂特别是新型高性能混凝土外加剂受到人们广泛的关注，在人类社会发展中，混凝土外加剂必将因其独特的作用而占有举足轻重的地位。
2常见的混凝土外加剂种类
2.1混凝土外加剂的分类
混凝土外加剂可按其作用分为四类：①改善混凝土拌合物流变性能(如和易性等)的外加剂；②调节混凝土初、终凝时间，调节和改善混凝土硬化性能（强度、弹性模量等）的外加剂；③改善混凝土耐久性能(如抗渗性、抗冻融性等)的外加剂；④改善混凝土其它性能的外加剂，包括膨胀剂、减缩剂、着色剂等。
此外，还可按其化学成分分为以下三类：
（1）无机物外加剂：包括各种无机盐类、一些金属单质和少量氢氧化物等。如早强剂中的氯化钙和硫酸钠、加气剂中的铝粉、防水剂中的氢氧化钠等。
（2）有机物外加剂：这类外加剂占混凝土外加剂的绝大部分，种类极多，其中大部分属于表面活性剂的范畴，有阴离子型、阳离子型和非离子型表面活性剂等，如减水剂中的木质素磺酸盐、磺酸盐甲醛缩合物等。
（3）复合外加剂：适当的无机物与有机物复合制成的外加剂，往往具有多种功能或使某项性能得到显著改善，利用“协同效应”是外加剂的发展方向之一。
2.2常用混凝土外加剂的作用与不足
混凝土外加剂在混凝土技术中的作用不可忽视，但现有外加剂仍存在不足之处，只有充分认识到外加剂的作用及不足，才能更好地指导生产。
（1）减水剂：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。存在含气量高和增加凝结时间的缺点。
（2）早强剂：早强剂按其功能可分为早强剂、早强减水剂及早强高效减水剂。早强剂主要能提高混凝土早期强度，不具有减水功能，对后期强度影响不大；早强减水剂，具有提高混凝土早期强度和减水的功能，对后期强度和耐久性有所提高；早强高效减水剂，能显著提高混凝土的早期强度与耐久性。缺点是有些早强剂的成分会加速碱—骨料反应，导致混凝土破坏。
（3）引气剂和引气减水剂：引气剂在搅拌过程中能在砂浆和混凝土中引入大量均匀分布封闭的微气泡；引气减水剂具有引气和减水功能的外加剂。然而，引入的气泡使混凝土截面减小，必将导致混凝土强度下降。
（4）膨胀剂：能使混凝土在水泥凝结硬化过程中产生可控膨胀、减少收缩的外加剂称为膨胀剂。可以防止混凝土开裂，并提高混凝土的密实性和防水性能。不足之处是掺入膨胀剂的混凝土，坍落度损失较大。
（5）防水剂：可以改善砂浆及混凝土的耐久性，降低其在静水压力下的透水性的一种外加剂。但是防水剂受环境温度制约较大，对环境温度要求较高。
（6）防锈剂：混凝土中钢筋的锈蚀是影响建筑混凝土耐久性的重要因素之一，防锈剂可增强混凝土自身保护能力。有些防锈剂可能会引起碱—骨料反应、影响坍落度。
（7）防冻剂：防冻剂可使混凝土在负温下保持足够的液相，保证水化反应，转入正温后，混凝土强度能进一步增长。现有防冻剂受不同温度影响，其掺量变化较大，使用不方便。
（8）泵送剂：泵送剂可以改善工作条件，节约劳动力，提高施工的质量和效率。泵送剂存在水泥适应性问题，对集料的含泥量较为敏感。
（9）速凝剂：速凝剂可使混凝土在较短时间（3min~5min)内急速凝结、硬化，一般在喷射混凝土工程和井下、基坑喷锚支护等工程中采用。有碱速凝剂易造成碱骨料分离，影响混凝土的耐久性，而无碱速凝剂掺量需求高，且价格偏贵。
（10）缓凝剂：缓凝剂能延缓混凝土凝结硬化时间，延长水化放热过程，有利于大体积混凝土温度控制，并且不影响后期强度发展。缓凝剂品种的选择和掺量对其作用效果影响很大。
（11）絮凝剂：絮凝剂能够提高混凝土的粘聚性和保水性，确保混凝土在水冲刷下，水泥和集料不分散离析，适用于水下施工。一些有机絮凝剂具有腐蚀性大的缺点，而无极絮凝剂的成本比较高。
（12）养护剂：涂覆在混凝土表面，形成一层致密的保护薄膜隔绝空气，阻止了水分的蒸发，使混凝土最大限度利用自身水分完成水化。目前养护剂的市场价格较高，在低温天气下作用效果并不理想。
（13）脱模剂：混凝土脱模剂能使拆模时混凝土与模板顺利脱离，并保持混凝土形状完好及模板无损，因此又称混凝土隔离剂。脱模剂对贮存条件和使用环境有敏感的要求，不可在阳光直射下贮存，不能在雨天涂刷。
3混凝土外加剂的发展及展望
3.1混凝土外加剂的发展概况
前苏联是外加剂研究和使用较早的国家，从20世纪30年代起开始在混凝土中应用表面活性剂的实验。20世纪40～50年代国外混凝土外加剂技术迅速地发展，日本对普通减水剂加以改进和发展，使得减水剂得到了广泛应用。20世纪60年代以后是混凝土外加剂发展最具历史意义的时期。日本、德国纷纷研究出高效而性能优良的新型减水剂。为满足混凝土多种性能的要求，国外还大力发展兼有多种性能的复合多功能外加剂以及特殊性能的外加剂。
我国大规模研制、开发和使用外加剂始于解放后，混凝土外加剂的发展工作是建立于国外已有技术的基础上的，已有50多年历史。经过起步、发展、标准化三个阶段后，目前正朝着高科技领域进军。
3.2混凝土外加剂的研究展望
（1）从需求方面来说，虽然目前国内的外加剂品种齐全，各品种外加剂质量抽检中优等品和合格品比例提高，但我国掺用外加剂的混凝土只占混凝土总量的40%~45%左右，与先进国家掺用率达50%~80%相比，差距较大，混凝土外加剂还有较大的需求量，随着施工单位对混凝土外加剂优良作用认识的提高，外加剂生产将仍有较大的潜在市场和广阔的发展前景。
（2）从混凝土外加剂对混凝土性能的影响方面来谈，随着混凝土制品品种的日益增多和建筑结构的日益复杂化、大型化，混凝土的技术要求越来越高，相应的对混凝土外加剂的要求也越来越高。建筑工程技术不断发展，一些特殊性能的混凝土的应用越来越广泛，这必将促使混凝土外加剂有新的、更大的发展。建筑范围从陆地到江河湖海，当代社会发展讲究效率就是生命，发展适于在恶劣天气状态下、在特殊环境中使用的混凝土外加剂正是解决这一问题的关键所在。
（3）从混凝土外加剂自身功能而言，应对不同工程建设需要，应对社会发展的要求，今后，混凝土外加剂的发展首先是不断克服自身缺点不足：应对现有外加剂不足的有效措施是发展复合型外加剂，一方面是无机材料和有机材料的复合使用，另一方面是不同种类的外加剂的复合运用；此外，还要进一步研究各种外加剂的作用机理，逐步摈除其中的不利因素；最终还要在使用环节不断摸索、积累经验，使外加剂能最大限度地发挥作用。可以说混凝土外加剂技术是一项理论和实践互相作用的技术，外加剂的理论研究指导实际使用过程，而外加剂的具体应用又能进一步发展理论研究。
总体来说，混凝土外加剂有五点发展趋势：①复合多功能型；②品种系列化、多样化；③发展高强化、抗老化所需用的外加剂；④降低外加剂的生产成本；⑤朝着高效、节能、环保、可持续的方向发展。
4结语
随着混凝土外加剂在混凝土中的广泛应用，人们逐渐认识到，外加剂是混凝土中除水泥、砂、石和水之外的不可或缺的第五种材料。外加剂与应用技术和措施配套，才能保障混凝土的整体性能符合工程实际的需要。
大力研究和推广应用混凝土外加剂是建筑业科学进步的重要途径。混凝土外加剂的研究将不断深入，其品种将不断增加，质量将逐步提高，应用会日益广泛，在今后建筑业的发展过程中外加剂一定会发挥巨大的作用和良好的效益。
从我国目前混凝土中掺用外加剂的比例现状来看，外加剂还处在一个走向发展高潮的阶段。因此，为满足不同工程的需要，研制新型环保、高效多功能的混凝土外加剂具有重大的现实意义和广阔的发展前景。
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［责任编辑：汤静］