大体积混凝土中外加剂的应用_精品文档.doc

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大体积混凝土中外加剂的应用

南通四建集团有限公司童建设

目前，对化学外加剂及矿物掺合料的应用及研究受到工程师及研究者的普遍重视，对各种外加剂在混凝土工程中的单独应用效果及作用机理已有不少研究。

但在大体积混凝土工程中，往往是多种化学外加剂的复合使用，这就不可避免地会产生相互影响。

目前对多种外加剂在大体积混凝土中的复合使用及相互影响研究较少，且不够系统。

减水剂、缓凝剂及膨胀剂是目前大体积混凝土中应用最多的外加剂，本文分别就三种外加剂单独使用及复合使用对大体积混凝土性能的影响，以及矿物掺合料对三种外加剂使用效果的影响进行了归纳和讨论。

1减水剂在大体积混凝土中的应用

减水剂是混凝土中应用最为广泛的外加剂，根据减水率的不同，减水剂可分为普通减水剂和高效减水剂。

萘系高效减水剂仍是目前我国应用最为广泛的高效减水剂。

减水剂能促进水泥初期水化，但后期会抑制水泥的水化，因此，掺入减水剂能降低水泥水化温峰值，推迟水化温峰出现的时间，并随掺量的增加，效果更为显著，如图1是SMF高效减水剂对水泥水化放热的影响。

在大体积混凝土工程中使用减水剂时应注意以下几点。

（1）减水剂的掺量要适中。

避免由于过多泌水而引起混凝土塑性收缩加剧，在混凝土硬化初期造成表面开裂。

减水剂过量掺入，还会引起缓凝时间过长的问题。

（2）注意控制混凝土拌合物的坍落度损失。

萘系高效减水剂一个突出问题就是坍落度损失快，大体积混凝土由于用量大，采用商品混凝土，需考虑运输时间的影响，通常都需采用缓凝组分、保塑组分等与之复配以调节混凝土拌合物的坍落度损失。

（3）选择与水泥适应性良好的减水剂。

外加剂与水泥适应性不良已成为外加剂应用中普遍存在的问题。

外加剂与水泥适应性不同，可能导致与不同批次或不同厂家水泥应用时，效果截然不同。

因此，在施工前应检验减水剂与水泥的适应性，并在施工过程中避免更换原材料。

2缓凝剂在大体积混凝土中的应用

缓凝剂是能够延长混凝土拌合物凝结硬化时间的外加剂。

按其化学成分可分为无机缓凝剂和有机缓凝剂两大类。

掺入缓凝剂后，大体积混凝土会在较长的时间内处于塑性状态，有充足的时间进行振捣密实处理，以便进行多层浇筑，并可防止冷接合面的产生，混凝土的抹平及镘光时间也会延长，这有助于大体积混凝土大面积表面的最后加工，对于炎热气候条件下的浇筑施工尤其重要：

其次，缓凝剂的使用可延长水泥水化时间，降低最大温峰值，推迟温峰出现时间，减小大体积混凝土内外温差（图2）；而且使用缓凝剂还可以控制混凝土拌合物坍落度损失，使混凝土的泵送施工性能在较长时间内得以保障，以满足大体积混凝土浇筑时间长的特点。

缓凝剂的缓凝效果与水泥组分、水灰比、掺入顺序、气温等有关。

大体积混凝土中应用缓凝剂应注意以下问题。

（1）根据对缓凝时间的要求选择缓凝剂。

缓凝剂超量掺加，可能导致混凝土长时间不凝固或混凝土后期强度增长缓慢。

（2）根据温度正确选择缓凝剂的最佳掺量。

不同类别的缓凝剂在不同温度条件下、不同掺量时对凝结时间有不同影响。

在温度不变的条件下缓凝剂存在最佳掺量，超过最佳范围，反而会缩短初凝时间。

而温度变化时，有的缓凝剂的缓凝作用受温度影响明显，而另外一些则受温度影响较小。

温度升高时，有的缓凝剂需加大掺量，有的缓凝剂的最佳掺量保持不变，另外一些缓凝剂的最佳掺量反而降低。

温度降低时，一般应少掺或不掺缓凝剂，以免出现超缓凝现象。

但低温对大体积混凝土的影响并不显显著，因为即使是冬季施工，由于混凝土体积大，散热慢，以及采取了保温措施，混凝土内部及表面温度一般都远高于气温。

由此可见，并非环境温度越高，缓凝剂掺量就越大，环境温度越低，缓凝剂掺量就越小。

在大体积混凝土施工前。

应根据环境温度、缓凝剂类型进行试配以确定最佳掺量。

（3）缓凝剂使用前应进行水泥适应性试验。

对于C3A和碱含量低的水泥，缓凝剂的缓凝效果较好。

在混凝土中掺用缓凝减水剂和多元醇类缓凝剂，有时会引起假凝现象。

（4）缓凝剂不宜单独使用。

单掺缓凝剂对抑制坍落度损失和缓凝效果都不明显，多元复配、有机无机复合对抑制坍落度损失和缓凝效果显著嗍。

此外，多数缓凝剂的缓凝效果会随气温的变化而波动，为防止混凝土长时间不凝或强度降低，缓凝剂宜辅以其他外加剂配合使用，以稳定其缓凝效果。

（5）掺用缓凝剂的混凝土塑性收缩一般会增加，最终的收缩随缓凝剂掺量的增加而增大，这在大体积混凝土施工中也应引起注意。

3膨胀剂在大体积混凝土中的应用

膨胀剂是依靠本身的化学反应或与水泥中某些成分反应，在水化期产生一定限制膨胀，以补偿混凝土收缩的外加剂。

目前工业与民用建筑中应用最为广泛的是硫铝酸盐系膨胀剂，氧化镁类膨胀剂在水工大体积混凝土中应用较多。

大体积混凝土由于体积大，收缩应力也大，混凝土水化放热造成的温差应力严重，采用膨胀剂来补偿收缩是十分必要的。

近年来，膨胀剂在大体积混凝土工程中的应用十分普遍。

但膨胀剂的性能与养护条件及原材料性能的影响关系极大，若使用不当，会适得其反。

在应用中应注意以下问题。

（1）大体积混凝土温升对膨胀性能的影响。

膨胀剂产品检测时的限制膨胀率是在养护温度为20±2℃的条件下测定的。

而膨胀源钙矾石的膨胀性与温度有很大关系，已有的文献表明，膨胀剂的膨胀性在30～40℃时大于标准养护条件下的膨胀性，但超过60℃后其膨胀性又远低于标准养护条件下的膨胀性。

所以，如不能控制好大体积混凝土内部温升，膨胀剂的作用将难以发挥。

（2）养护湿度对膨胀剂膨胀性能的影响。

膨胀剂的膨胀反应均离不开水，尤其是钙矾石生成需要大量水。

使用膨胀剂的大体积混凝土工程中，在早期一定要进行保湿或加湿养护。

湿养护不足时，膨胀剂中未反应的组分在混凝土使用期间合适的条件下还会产生二次钙矾石（或延迟生成钙矾石）而造成一定的破坏作用。

（3）膨胀发展与强度发展相协调。

掺膨胀剂的混凝土在水化硬化过程中，膨胀发展与强度发展要协调进行。

如果膨胀发展太快，大部分膨胀将消耗在塑性阶段而成为无效膨胀；相反，如果膨胀滞后太多，在结构形成以后产生，则会导致结构破坏。

（4）膨胀剂产品质量的控制。

膨胀剂在大体积混凝土中出现的很多问题是由于产品质量不合格导致的。

膨胀剂在使用前必须进行检测，只有检验合格的膨胀剂才能应用于工程中。

（5）膨胀剂（尤其是复配的膨胀剂）也有和水泥的相容性问题，不同厂家的水泥，由于其组分（化学成分、矿物组分、掺合材料种类和数量）不同，会导致膨胀剂膨胀性能出现明显的差异。

因此，设计掺用膨胀剂的混凝土配合比，须使用实际施工原材料，经过试验验证其限制膨胀率是否在合理有效的范围。

（6）掺用膨胀剂后，对混凝土的搅拌、养护都有更严格的要求。

搅拌不均匀时，会造成混凝土局部变形不均匀而开裂。

4减水剂、缓凝剂及膨胀剂复合使用在大体积混凝土中的应用

大体积混凝土由于要考虑混凝土的泵送施工、浇筑时间长、降低内部温升、推迟温峰出现时间及防止开裂等多种要求，多种外加剂的复合使用是十分普遍的。

但这些外加剂复合使用的相互影响还未引起足够的重视．这里根据近年来的一些研究成果进行简单的讨论。

（1）缓凝剂与高效减水剂同时掺加时存在显著的辅助塑化作用。

所谓辅助塑化作用是指缓凝剂单独使用时。

其减水作用（或塑化作用）很小，或根本没有减水作用，但当与高效减水剂复合使用时，两种外加剂的总减水率远远大于高效减水剂与缓凝剂单独使用的减水率之和。

并且缓凝剂与高效减水剂复合使用时，也可以显著减小混凝土拌合物的坍落度经时损失。

（2）缓凝剂与高效减水剂复合使用时，存在协同缓凝作用。

尤其是在水灰比不变时，与单掺缓凝剂相比，缓凝剂与高效减水剂复合使用使初凝和终凝时间都进一步延长。

如果保持坍落度相同，则由于缓凝剂与高效减水剂复合使用时的辅助塑化效应，会降低水灰比，此时的凝结时间变化需通过具体试验确定。

（3）高效减水剂或缓凝剂与硫铝酸盐型膨胀剂复合使用时，都会降低膨胀剂的有效膨胀能。

这是由于缓凝剂或高效减水剂的掺加加速了钙矾石的形成，使在硬化后期生成的钙矾石数量相对减少，导致膨胀效能下降。

因此，高效减水剂或缓凝剂与膨胀剂复合使用时，需适当加大膨胀剂的用量用。

（4）当高效减水剂、缓凝剂与膨胀剂三元复合时，复掺高效减水剂增大了游离水量，使水泥和膨胀剂的水化充分进行，而缓凝剂的掺入延长凝结时间，特别是高效减水剂与缓凝剂的复合协同效应使缓凝作用大大增强。

这样，混凝土拌合物塑性阶段时间延长，此阶段膨胀剂的无效膨胀增多，而混凝土硬化后的有效膨胀降低。

因此，要达到相同的膨胀效果，应加大膨胀剂用量。

此外，还应通过试验确定三者之间的匹配性，避免复合外加剂复掺产生的协同效应引起混凝土长时间不凝、膨胀效能降低、强度下降等负面影响。

5掺合料对大体积混凝土中外加剂应用的影响

目前混凝土中常用的矿物掺合料主要有磨细矿渣、粉煤灰等，它们都能明显地降低水泥的水化热。

但加入矿物掺合料对高效减水剂、缓凝剂及膨胀剂的应用效果会产生影响。

（1）对于掺或不掺减水剂的混凝土，用粉煤灰作为活性矿物掺合料取代水泥时，尽管粉煤灰的减水效果不明显，但具有明显的降低坍落度经时损失作用，这要取决于粉煤灰取代量，且与烧失量有关嘲。

（2）磨细矿渣和粉煤灰等矿物掺合料都会影响膨胀剂的膨胀性能，特别是早期膨胀效果。

这是由于掺入膨胀剂后硅酸盐水泥所占比例下降及所掺矿物掺合料的二次水化反应，使生成的Ca（OH）量减少，导致钙矾石的生成量减少。

尤其掺入粉煤灰后，早期强度明显降低，使更多膨胀消耗在塑性阶段而变为无效膨胀。

因此，在大量掺加粉煤灰的大体积混凝土中，膨胀剂的效能很低，应适当提高膨胀剂掺量。