不同类型水泥外加剂对混凝土性能的影响分析

不同类型水泥外加剂对混凝土性能的影响分析

周翠霞

石河子新旺水利电力建筑材料检验有限公司 832000

摘要：水泥外加剂是改善混凝土性能的重要材料。本文针对减水剂、速凝剂、缓凝剂和引气剂四种常见外加剂，分析其对混凝土和易性、凝结时间、强度发展和抗裂性能的影响。减水剂可有效降低混凝土用水量，提高混凝土强度；速凝剂可加快混凝土早期强度发展，缩短工期；缓凝剂则延缓凝结，避免混凝土冷凝等。不同外加剂可复配使用，综合改善混凝土性能，但需注意外加剂的掺量和相容性，以发挥最佳效用。

关键词：水泥外加剂；混凝土性能；减水剂；影响

引言：混凝土是现代建筑工程中最重要的结构材料之一，其性能直接影响建筑的安全性、耐久性和适用性。近年来，我国城镇化和基础设施建设快速发展，对混凝土性能提出了更高要求。2020年住房和城乡建设部发布的《工程结构性能检测与评估标准》和《混凝土外加剂应用技术标准》，对混凝土结构的耐久性、抗裂性等性能及外加剂的使用提出明确要求。为提高混凝土性能以满足新标准和工程需求，亟需系统研究外加剂的作用机理及其合理利用。

一、减水剂对混凝土性能的影响

减水剂是一类通过分散水泥颗粒并释放游离水，在不降低混凝土工作度的前提下减少单位用水量的外加剂。按照减水效果和机理，减水剂可分为普通减水剂和高效减水剂两大类。普通减水剂主要包括木质素磺酸钙、羟羧酸盐等，其减水率一般在5%～12%；高效减水剂如聚羧酸类和萘系高分子减水剂，减水率可达15%～25%，甚至更高。

大量研究表明，科学掺加减水剂可显著改善混凝土性能。通过减水剂的分散作用，混凝土中的水泥颗粒分散均匀，水化更充分，从而提高强度。试验数据显示，掺加减水剂可使混凝土28d抗压强度提高20%～40%。与此同时，减水剂还可改善混凝土的和易性，提高流动度和粘聚性，降低坍落度经时损失，延长运输时间，有利于泵送施工。

但需注意的是，减水剂掺量并非越高越好。超过优化掺量，减水剂不仅无法进一步提高强度，反而可能引起混凝土泌水、析离、过度保坍等问题，影响混凝土性能和耐久性。因此，减水剂的掺量一般控制在胶凝材料用量的1%～2%为宜。国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》中也对减水剂的技术要求和试验方法做出了规定。在实际应用中，应结合混凝土配合比、施工条件、强度等级等因素，通过试验优化减水剂用量，以充分发挥其改善混凝土性能的效用。

二、速凝剂对混凝土性能的影响

速凝剂是一类通过加快水泥水化进程，使混凝土快速凝结硬化，在短时间内获得较高强度的外加剂。常用的速凝剂主要包括无机盐类如氯化钙、硫酸钠等，以及有机物如三乙醇胺、碳酸钠等。它们通过提高水泥水化热、促进水化产物形成等机理，显著缩短混凝土凝结时间并提高早期强度。

以氯化钙为例，研究发现，掺加2%～4%的氯化钙（相对于水泥质量），混凝土的初凝时间可缩短1/3左右，终凝时间可缩短1/2左右，1d抗压强度可提高50%以上。这使得速凝剂在许多特殊工程中得到广泛应用。在抢修工程中，速凝剂可快速修复混凝土构件，尽快恢复结构承载能力[1]；在冬期施工中，速凝剂可抵消低温对水泥水化的不利影响，保证强度发展；在海水工程中，速凝剂可加快混凝土凝结硬化，防止海水冲刷造成骨料和水泥流失。

然而，速凝剂在带来益处的同时，也可能引起一些负面影响。氯盐类速凝剂会加剧钢筋锈蚀，威胁钢筋混凝土结构的耐久性。速凝剂加快水泥水化放热，可能导致混凝土内外温差增大，引发温度裂缝。此外，速凝剂虽然能提高早期强度，但对28d乃至更长期龄期强度往往有不利影响。因此，在速凝剂的使用过程中需要谨慎控制掺量，通常不宜超过5%。对于钢筋混凝土和质量要求高的混凝土，速凝剂的使用需更加慎重。

三、缓凝剂对混凝土性能的影响

缓凝剂是一类通过阻滞水泥水化进程、延缓混凝土凝结的外加剂。其作用机理主要包括与水泥矿物表面的钙离子络合、阻碍水化产物结晶等。常用的缓凝剂可分为无机物和有机物两大类，前者以磷酸盐为代表，如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠等；后者则包括各类糖类化合物，如葡萄糖、蔗糖等。

缓凝剂的延缓效果与环境温度密切相关。研究表明，在常温（20℃）条件下，掺加0.2%的三聚磷酸钠可将混凝土初凝时间延迟0.5～1h，终凝时间延迟1～2h；当环境温度升高到30℃时，相同掺量的三聚磷酸钠可使初凝延迟1～2h，终凝延迟3～4h。这种延缓凝结的特性使缓凝剂在多种工程中发挥重要作用[2]。在高温天气施工中，缓凝剂可有效延长混凝土初凝时间，避免因凝结过快导致的冷缝、露筋等问题；在大体积混凝土浇筑中，缓凝剂可控制水泥水化放热速率，减小内外温差，从而改善温升裂缝。

然而，缓凝剂在延缓凝结的同时，也会影响混凝土强度发展。通常来说，掺加缓凝剂会使混凝土1d和3d强度有所降低，7d强度基本恢复到未掺加水平，28d强度则因掺加剂种类和用量不同而略有差异。需要特别注意的是，缓凝剂用量过大时，不仅会大幅降低早期强度，还可能持续影响后期强度发展，导致混凝土强度达不到设计要求。因此，在实际应用中，缓凝剂掺量一般不宜超过0.5%。对于对早期强度有较高要求的工程，如交通工程中的快速修补等，缓凝剂的使用需更加谨慎，必要时可考虑与早强剂、速凝剂复配使用，以平衡延缓凝结和强度发展的需求。

四、引气剂对混凝土性能的影响

引气剂是一类在混凝土中引入大量微小且均匀分布的独立气泡，以明显提高混凝土抗冻融性能的外加剂。引气剂可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三类，常见品种包括树脂类、烷基磺酸盐、脂肪族碳酸盐等。它们通过降低混凝土的表面张力，在搅拌过程中引入大量微小气泡，形成尺寸在10~100μm的蜂窝状气泡结构。

掺加引气剂的混凝土，其含气量通常控制在4%～6%，气泡间距系数则应小于0.2mm。气泡的引入虽然会在一定程度上降低混凝土强度，但对于提高抗冻融性能而言是非常有效且必要的。大量研究表明，相比于普通混凝土，含气量4%～6%的掺引气混凝土在抗冻融循环方面的性能可提高数倍至数十倍。这是因为气泡可以作为混凝土内部水分冻结时的“压力释放阀”，有效缓解冻胀应力，从而避免因反复冻融导致的胀裂、剥落等耐久性问题[3]。

但是，引气剂在改善混凝土抗冻融性能的同时，也会对强度产生负面影响。一般来说，混凝土强度随含气量的增加而线性降低，每1%的含气量会导致28d强度下降4%～6%。因此，在对强度有较高要求的工程中，如大体积混凝土基础、高强混凝土构件等，引气时需要特别谨慎，避免过量引气造成强度不足。

为了在抗冻融性能和强度之间求得平衡，可采取以下措施：首先，严格控制引气剂掺量，通过试验优化确定合理的掺量范围；其次，选用高效减水剂等与引气剂复配，在保证含气量的前提下尽量降低用水量、提高强度；再次，合理设计混凝土配合比，提高水泥用量、降低水灰比，必要时掺加硅灰、粉煤灰等矿物掺合料，通过多种手段提高混凝土强度，以抵消引气带来的强度损失。

结语：

综上所述，减水剂、速凝剂、缓凝剂和引气剂对改善混凝土性能有重要作用，可根据工程需要合理选用。在实际应用中，应注意外加剂的有效掺量，避免过量引起负面影响。复配不同类型外加剂，如减水剂配速凝剂、减水剂配引气剂，可综合改善混凝土性能。同时外加剂与水泥、矿物掺合料等还需进行相容性检验，以发挥最佳效用。随着混凝土外加剂新品种、新技术的不断发展，人们将可更加灵活地调控混凝土性能，以适应不同工程的要求。

参考文献：

[1]高文荣.泡沫混凝土性能受纤维和外加剂的影响研究[J].上海公路,2024(01):115-118+191-192.

[2]杨健,郝春来,卢杨,等.外加剂对硫氧镁水泥泡沫混凝土性能影响[J].中国测试,2024,50(03):75-83.

[3]王昌祥.混凝土外加剂对混凝土性能的影响及应用研究[J].散装水泥,2024(01):219-221.