外加剂在混凝土中的作用原理及其应用分析

　　近年来，中国建筑业蓬勃发展，相关建筑材料行业也随之兴起。为了在激烈的市场竞争中赢得一席之地，建筑材料行业的制造商增加了科研投入，越来越多的新型建筑材料涌现出来并受到青睐。作为建筑工程中最为常用的原材料之一，混凝土外加剂对建筑结构的质量具有重大影响。基于此，分析外加剂在混凝土中的作用原理及其应用，对整个建筑工程项目而言具有重要的经济效益和社会效益。

　　混凝土外加剂的类型

　　根据其化学成分和作用不同，混凝土外加剂可分为如下类型：

　　减水剂。主要包括高效减水剂、早强减水剂、普通减水剂等，可增加混凝土流动性，提高混凝土和易性。

　　早强剂。可提高混凝土的早期强度，缩短养护时间，减少水泥用量。

　　防冻剂。尿素、氯化钠等均属于防冻剂，主要作用是降低混凝土的冻结温度，促进零度以下混凝土的强度增长。

　　速凝剂。如水玻璃溶液、铝酸钠等，可加速水泥的水化反应，促进混凝土的快速凝结和硬化。

　　缓凝剂。可降低水化热，将混凝土的凝结时间延长，如酒石酸、石膏等。

　　引气剂。可提高混凝土的抗冻性和耐久性，在混凝土中引入大量均匀闭合的微气泡，可以提高混凝土的和易性，如脂肪醇等。

　　消泡剂。主要包括磷酸树脂、有机硅等，功能主要体现在抑制或消除混凝土中过多的有害气泡上。

　　膨胀剂。在混凝土硬化过程中，体积膨胀可以用来补偿混凝土的适当收缩，如氧化镁、石膏等。

　　防水剂。可增加混凝土的密实度和抗渗性，促进水泥凝结，提高强度，如沥青乳液、松香等。

　　混凝土外加剂的作用

　　各种类型的外加剂都有其特殊的功能，这决定了其在混凝土施工中所发挥的作用也不尽相同，具体分析如下。

　　1.对新拌混凝土工作性能的作用。目前，国内外对掺加外加剂的水泥浆体和新拌混凝土流变性的研究大多集中在流动性和坍落度及其随时间的损失上。浆液凝结后，性能良好的增塑剂和外加剂通过搅拌(加水后2～3h内)几乎可以保持初始流动性或坍落度。这种现象也属于触变性，一些浆料可以在很长一段时间内从凝聚态转变为胶体态。

　　2.对混凝土强度的作用。不同的外加剂对混凝土的强度和后期强度有不同的影响。速凝剂类外加剂可以使混凝土立即凝结硬化，产生一定的强度。在强激发剂作用下，所产生的水泥水化产物与正常条件下的水化产物有显著差异。后期水泥浆的强度很少增加，甚至出现收缩现象。无机盐对混凝土强度的影响，就像其对水泥水化的影响一样，相应的水化产物使硬化后的水泥浆体达到更高的早期强度，而后期强度仍随着水化过程而增加。

　　3.对水泥混凝土耐久性的作用。外加剂成分不同对混凝土耐久性的影响也不同。减水剂可以提高混凝土的密实性、抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性，但同时也降低了混凝土的耐久性。引气剂引入了大量细小均匀的气泡，隔离了混凝土中的连接孔隙，增加了混凝土体积变形的空间，提高了混凝土的防冻融能力。然而，随着孔隙率的显著增加，混凝土的抗渗能力降低。防锈剂防止钢筋在混凝土中腐蚀，并提高了其耐久性。

　　外加剂在混凝土中的作用原理

　　1.引气剂作用原理。适时适量添加引气剂可以调整混凝土搅拌性能，有效解决施工现场浇筑过程中混凝土流动性不足的问题。引气剂的化学成分是含有阴离子的表面活性剂。混凝土搅拌过程中，因加入了引气剂，由表面活性剂引入的大量小气泡会均匀地分散在混凝土内部，引气剂便会在此时溶解于水中并发生化学反应，形成稳定的液相膜，增加了液体与外部空气之间的接触面积，这些气泡可大大提高混凝土的工作性能。

　　2.缓凝剂的作用原理。缓凝剂有无机缓凝剂和有机缓凝剂2种类型。2种类型的缓凝剂中，有机缓凝剂在市场上更为常见，将其加入混凝土中后，两者会直接发生化学反应，并在水泥颗粒表面形成具有相同电荷的亲水膜，阻碍水泥颗粒之间的融合和固化。无机缓凝剂与有机缓凝剂的作用原理略有不同，将无机缓凝剂加入混凝土中后，水泥颗粒表面形成了一层难以融合的化学分子膜，减少了水泥产生的初始水化热，延长了水泥的正常水化和硬化时间，确保混凝土的现场搅拌时间充裕，以保持其浇筑时的塑性。缓凝剂的使用有明显的季节限制，通常被用于炎热的夏季。在大体积混凝土施工中，应注意控制缓凝剂的掺量，缓凝剂的加入直接影响混凝土的早期强度。

　　3.早强剂的作用原理。早强剂的品种众多，即使是同品种早强剂，加入不同种类混凝土中所产生的化学反应也是不同的。以硫酸类早强剂为例，当Na2SO4直接溶解在水中时，在水泥搅拌水的化学作用下可产生Ca(OH)2，生成新的CaO和CaSO4。反应后，生成的CaSO4化学活性良好，水泥中Ca4Al6SO16的含量增加，水泥凝结时间缩短，更有利于混凝土达到所要求的早期强度。

　　4.复合膨胀剂的作用原理。在混凝土中加入适量复合膨胀剂，钙矾石晶体与水泥中的矿物发生反应，由于矿物质反应需要消耗大量的Ca(OH)2，随着Ca(OH)2含量减少，混凝土内的化学成分会发生变化，SO2含量增加，Ca2含量降低，增加了混凝土中C3S颗粒与水的接触。生成的水化产物C-S-H凝胶被填充到混凝土矿物结构骨架中，迅速提高混凝土的早期强度，增加水泥的内部体积，化学反应一定时间后，强度相对稳定。但需要注意的是，复合膨胀剂的用量十分讲究，应适量采用，不可过量使用，否则会导致膨胀应力远大于混凝土结构的承载力，从而导致裂缝出现，进而影响混凝土结构的质量。

　　5.减水剂的作用原理。减水剂的表面具有良好的活性物质，在活性物质化学作用下，混凝土中的水泥颗粒被减水剂吸附，从而产生相同种类的电荷，使水泥颗粒逐渐分离，水泥和水之间的表面张力降低。此时包裹在水泥颗粒中的水被释放出来充分反应，最终在保持强度不变的情况下减少水泥或水用量。

　　外加剂在工程中的应用分析

　　混凝土外加剂在中国不断发展，并逐渐发展成为复合外加剂。合理使用混凝土外加剂可以提高混凝土的原有性能，使其在工程中的应用更加稳定。目前，市场上出现了各种类型的混凝土外加剂，它们已成为实际施工中不可或缺的重要组成部分。随着城市化进程的逐步加快，建筑数量和规模逐步扩大，混凝土外加剂的作用将更加重要和关键，对其需求量也必定会逐年增加。

　　1.在降低成本方面的应用。混凝土作为一种建筑材料，由骨料、胶合材料和水按一定比例混合而成。通常胶合材料利用的是水泥，水泥在混凝土中的比例相对较大，成本相对较高。为了满足混凝土对强度的要求，必须对胶合材料提出更高的要求。在混凝土中适当添加混凝土外加剂可以减少水泥的添加和其他辅助材料的使用。根据标准规定和项目实际需要使用混凝土外加剂不会对施工产生影响。在此基础上，还可以降低水泥等辅助材料的成本，节约资源，为施工提供更多便利，促进后续施工的顺利进行。由此可见，适当使用混凝土外加剂可以达到双赢的效果。

　　2.在改善混凝土性能方面的应用。提高混凝土性能是混凝土外加剂的主要作用。应用混凝土时，应根据实际施工需要和施工工艺进行选择。一般情况下，为了进一步保证混凝土浇筑的流动性和连续性，有必要明确分层浇筑时上下层混凝土的浇筑与时间之间的关系。如果上层混凝土是在下层混凝土凝固后浇筑的，则整体附着力会有显著差异，极有可能对工程质量构成威胁。因此，浇筑时间相对难以控制，但在混凝土中加入适量的缓凝剂可以合理控制时间，减缓混凝土的初凝时间。特别是对于大型混凝土浇筑工程，合理使用混凝土外加剂意义重大，不仅施工效果更好，其性价比也更高。

　　3.在改善施工方面的应用。在项目建设过程中，施工进度是一个至关重要的问题，对整个项目都有一定的影响。确保工程施工按照标准规定完成，不仅可降低成本，而且可确保施工质量满足实际需求。合理使用混凝土外加剂可以促进施工期施工速度的提高，确保工期符合要求。早强剂是一种应用广泛的混凝土外加剂，在混凝土浇筑中的应用可以提高其早期强度。特别是对于预应力混凝土，添加早强剂可以促进其早期强度的提高，缩短预应力应用时间，提高施工速度。早强剂在当前的建筑工程中已被广泛应用于混凝土结构中，其效果越来越明显。此外，在中国寒冷和高寒地区，混凝土外加剂还可以增强混凝土的抗冻性和防冻能力，保证建筑工程质量，逐步延长建筑物的使用寿命。

　　外加剂的发展趋势分析

　　目前，混凝土外加剂在混凝土结构中发挥了重要作用，不仅提高了建筑物的质量，而且延长了其使用寿命。随着社会的不断发展，混凝土技术和混凝土外加剂技术也将更加成熟，使混凝土外加剂在未来发挥更大的作用。根据目前的情况，未来混凝土外加剂的发展趋势主要包括以下几个方面。

　　1.复合型外加剂逐渐代替单一型外加剂。应用混凝土外加剂的主要目的是在保持混凝土原有性能的同时提高其他性能。目前市场上的混凝土外加剂大多是单一型外加剂，只能改善混凝土的某一特性，不能在其他方面发挥显著作用。复合外加剂则完全不同，它们可以发挥更多的作用，提高混凝土的整体性能，并彻底消除单一外加剂的不利影响，更好促进混凝土性能的提升。由此可见，复合外加剂将是未来发展的趋势。目前中国已经推出了复合外加剂产品，随着经济和技术的进一步发展，未来仍需要不断探索和研究，推陈出新，以更好地提升建筑工程的质量和强度。

　　2.外加剂制造原料的多样化发展。混凝土外加剂是一种可以提高混凝土性能的物质，目前混凝土外加剂及其生产材料种类繁多。在建筑业不断发展的过程中，工业垃圾和环境污染已成为影响人们生活和工作的主要因素。这些工业废料可用于混凝土外加剂的生产，既节能环保，又能使混凝土外加剂朝着多样化的方向发展，降低制造成本。目前，许多国家都加强了这方面的研究和尝试，结果也能达到预期要求。因此，中国在进行这方面的研究时，可以借鉴经验，结合实际进行整改和创新。

　　3.无腐蚀型外加剂的发展。在混凝土结构中，钢筋锈蚀一直是一个难以解决的问题，直接影响建筑工程的质量和使用寿命。一般情况下，为了避免或减缓钢筋腐蚀，在混凝土搅拌过程中会添加少量氯化物。以前的混凝土外加剂中氯化物含量高，这对钢筋的腐蚀产生了巨大的影响，加剧了腐蚀问题。因此，开发无腐蚀型外加剂是今后发展的主要方向和重点。

　　结束语

　　综上所述，混凝土外加剂种类繁多、用量少、改善能力强，其在工程建设和生产中发挥着重要作用，外加剂的研究与应用促进了混凝土施工技术的发展。(童炳丰)