缓凝剂中掺入混凝土中的掺量过大会造成什么后果？

摘 要：由于外加剂能改善和调节混凝土的性能，所以外加剂在工程中的应用越来越广泛，但是外加剂的使用不当不仅不能改善和调节混凝土性能，甚至反而会大大影响混凝土的性能，造成工程事故，本文提出了使用混凝土外加剂中一些问题及相应的措施。 　　关键词：混凝土；外加剂；问题；措施 　　混凝土外加剂简称外加剂，是指为改善和调节混凝土的性能而掺加的物质。由于外加剂能改善和调节混凝土的性能，所以外加剂在工程中的应用越来越广泛，但是外加剂的使用不当不仅不能改善和调节混凝土性能，甚至反而会大大影响混凝土的性能，造成工程事故，本文提出了使用混凝土外加剂中一些问题及相应的措施。 　　1.使用混凝土外加剂时不通过试配选择“最佳掺量” 　　1.1造成的后果 　　混凝土中外加剂的用量与砂、石、水泥及水相比，虽然很少，但却显著地影。向混凝土的性能（如和易性、强度、凝结时间等）及经济指标。特别是掺缓凝剂、缓凝减水 　　剂、引气剂时，掺量少不显效，而一旦超掺量使用就使浇筑的混凝土不凝结硬化或严重降 　　低强度，造成工程事故。 　　1.2相应的措施 　　（1）外加剂的掺量应按以混凝土中胶凝材料（水泥牛掺合料）总质量的质量百分比表示或以ml/kg胶凝材料表示。 　　（2）外加剂（减水剂）的适宜掺量体现在，掺量较少时，混凝土拌合物的流动性增加得较少；掺量过多时，流动性并不成正比增加；只有在一个狭小的最佳掺量范围内减水剂量稍一增加，拌合物的流动性才有显著提高。适宜掺量范围即为上升段转入上部平缓段的区间，类似“马鞍状”。生产厂家的产品说明书中提供的是某种外加剂使用时的掺量范围（适宜掺量），而使用单位必须通过混凝土试配确定外加剂的合理掺量，即技术经济最合适的外加剂最佳掺量。不同类型的外加剂的掺量具有一定的规律，通常，无机盐类早强剂掺量为胶凝材料质量的1﹪～2﹪；有机缓凝剂掺量为0.02﹪～0.1﹪；引气剂掺量为0.02﹪～0.1﹪；普通减水剂0.2﹪～0.3﹪；高效减水剂0.5﹪～1.0﹪。同一种外加剂用于不同混凝土时掺量也不尽相同，例如：高效减水剂用于蒸养混凝土时掺量为0.3﹪～0.5﹪，用于普通混凝土掺量为0.5﹪，用于流态混凝土掺量为0.75﹪，用于高强混凝土掺量为1.0﹪。硫酸钠早强剂用于蒸养混凝土时掺量为1.0﹪，掺量超过2﹪，蒸养后的试体胀高，强度降低。另外，复合高效减水剂在相同减水率时比单一高效减水剂掺量减少一半。后掺法不但使超塑化剂掺量减少，而且对其他外加剂也有同样效果。 　　（3）影响外加剂掺量的因素较多，水泥品种、细度、矿物组成、混合材如对矿渣水泥高效减水剂掺量少于普通硅酸盐水泥，比表面积大，c3a含量高的水泥高效减水剂掺量应多一些；拌合物的起始流动度、气温等。 　　2.不重视外加剂与水泥的相容性问题（适应性问题） 　　2.1造成的后果 　　每一种混凝土外加剂都有它特有的功能，掺加这种外加剂，能够对混凝土某一方面或某几方面的性能进行改善。如掺加减水剂可以在保持相同用水量情况下增大混凝土的流动性，或在保持相同流动性情况下降低单位用水量，从而提高混凝土的强度，改善混凝土的耐久性等。由此，可以这样理解混凝土外加剂与水泥的适应性与不适应性的概念：按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到用按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土中，若能够产生应有的效果，该水泥与这种外加剂是适应的；相反，如果不能产生应有的效果，则该水泥与这种外加剂之间存在不适应性。如：用几种普通硅酸盐水泥并掺加某种高效减水剂（经检验符合高效减水剂质量标准）配制混凝土，在配制条件都相同的情况下，有种水泥所配制的混凝土在减水率方面出现了严重不足，则说明这种水泥与该高效减水剂不适应，而其他几种水泥与该高效减水剂相适应。再如，当某种水泥所配制的混凝土中掺加经检验符合相关质量标准要求的速凝剂却得不到速凝效果，或掺加缓凝剂却得到了假凝效果，都可以认为是由于外加剂与水泥之间不相适应所致。几乎所有品种的外加剂与水泥之间都存在适应性问题，只是目前来说减水剂使用最普遍，而且当其与水泥产生不适应性的时候能够比较直观快速地反应出来（如流动性差、减水率低、或拌合物板结发热、流动度损失过快等现象）。 　　2.2相应的措施 　　水泥与外加剂的相容性是一个很有意义的科学问题，更是一个工程实际问题，这个问题出自于工程事故。因此必须引起生产单位和工程应用部门的高度重视。 　　3.超掺量使用木钙减水剂 　　3.1造成的后果 　　本质素磺酸盐表面活性剂是由天然高分子物质改性而成的，其分子量一般是1000～25000。在胶体化学中把它划分为大分子表面活性剂。从理论上看，吸附有大分子保护剂的粒子要十分接近已不可能，这种保护膜对水化扩散作用会有较强的阻碍作用。因此，掺木钙减水剂会延缓凝结时间。掺量增加，这种作用加强。另外，木钙减水剂含有一定的糖和其他还原物质。由于糖类是多羟基碳水化合物，亲水性强，吸附以后，使水泥矿物表面的溶剂化水膜增厚，增加了扩散层和动电电位，降低了扩散离子浓度，因而产生了缓凝作用，掺量增加更加强了这种缓凝作用，所以，应避免超掺量使用。 　　另外，大分子表面活性剂具有静电斥力作用，但木钙减水剂是以大分子保护作用为主。国内已有的研究表明，木钙吸附在水泥颗粒表面上不会产生较高的电位，掺量增加也不会使电位提高。所以，也不会明显加强对水泥颗子的分散作用，从试验结果看，超掺量木钙减水剂使混凝土的含气量显著增加，这也可以说明木钙的亲水端与疏水端比例处于较好发泡、稳泡作用的范围，而不是处于具有较好分散作用的范围。那么，超掺量木钙出现后，它的引气作用将起主导作用。 　　超掺量木钙减水剂混凝土早期强度下降的主要原因是木钙的缓凝作用造成的；后期强度下降的主要原因是使混凝土的含气量过大。一般认为，当水泥相同时，含气量每增加1.0﹪，混凝土28d 强度降低2.0﹪～3.0﹪；当水灰比相同时，含气量每增加1.0﹪，28d强度下降2.0﹪～3.0﹪。如果木钙在0.25﹪的掺量下可提高强度5﹪～10﹪的话，那么在0.5﹪的掺量下，木钙混凝土强度可达基准混凝土的95﹪左右，一般可以满足质量要求。 　　3.2相应的措施 　　关于木钙减水剂超掺量问题宜掌握下列原则： 　　（1）木钙减水剂不宜超掺量使用。随着气温变化，可适当增减，但不能大于0.5﹪。实践证明，按0.2﹪～0.3﹪用是适宜掺量范围。 　　（2） 当使用木钙减水剂时，应考虑当时气温变化。以最低气温10℃左右为界，气温低时以坍落度小的为宜，低于5℃时切忌使用。 　　（3）当施工出现超掺量使用木钙减水剂时，在坍落度相同条件下，木钙掺量为0.75﹪；在用水量不变条件下，木钙掺量为0.5﹪时，参照上述试验说明虽不致于发生质量事故，但为保证工程质量，必须检测混凝土强度，以便及时采取措施。　　4.不按工程实际随意选用外加剂 　　4.1造成的后果 　　各种外加剂都具有不同的特性，如改善混凝土和易性、调节凝结时间、提高强度、改善耐久性等。使用前应根据混凝土工程技术要求，进行技术经济分析，明确应用的主要目的，根据使用目的选择适用的外加剂。当主要目的抓准了，外加剂的品种选对了，就能得到预想的显著效果。 　　4.2相应的措施 　　对某些混凝土如何选用外加剂扼要阐述如下： 　　（1）防水混凝土应用外加剂的目的是提高混凝土的抗渗性。要提高混凝土的抗渗性，关键是要减少混凝土内部的孔隙，改变孔隙的特征（形状和大小），及堵塞漏水通路。根据上述要求，应用减水剂和引气剂，尤其是引气减水剂。其防水原理是： 　　①由于拌合物的用水量减少，混凝土拌合物的密实性提高。减水剂的分散作用改 　　变了硬化混凝土中孔隙结构的分布情况，孔径减小。毛细孔经和总孔隙率均降低，因此抗渗性大为提高； 　　②减少沉降缝隙。由于水灰比减小，混凝土拌合物的保水性提高，减少了沉降缝隙，提高了水泥石与集料的胶结力； 　　③引入封闭性的气泡，隔断了析水通道。 　　（2）大体积混凝土施工中的技术关键是：保证分层浇筑的混凝土之间在初凝器的良好结合；降低混凝土硬化过程中的温升，避免混凝土开裂，选用缓凝型减水剂可满足上述的使用要求，即缓凝和降低混凝土硬化过程中的温升，从而显著地提高混凝土的质量。其原理是： 　　①减水剂的缓凝作用，凝结时间可显著延缓，从而施工方便，避免出现“冷缝”。 　　②减少了水泥用量。从而减少了温升的热源。 　　③抑制水泥初期水化速度。从而保证了大体积混凝土的工程质量。 　　为了较多地减少水泥用量，减少水化热及改善和易性，在大体积混凝土中还可掺入适量的粉煤灰。 　　（3）冬季施工时，由于气温低，混凝土的强度发展受到明显阻碍，需解决的问题是： 　　①提高混凝土的早期强度； 　　②防止混凝土冻害。从提高早期强度、减轻混凝土的冻害出发，选用复合早强高效减水剂，尤其是引气型复合早强高效减水剂是非常有利的。抗冻原因是：1）降低混凝土冰点温度。使混凝土内的水分在冰点时有部分液相水；2）提高早期强度，使混凝土在较短时间内达到抗冻临界强度；3）减少了混凝土用水量，即减少的结冰冻胀的内因；4）引入少量气泡，缓冲并干扰了冰晶的冻胀力。 　　（4）在大跨度预应力混凝土结构中，结构自重往往是主要矛盾，故用外加剂的目的是制备高强混凝土，减小构件断面，减轻构件重量及有效的利用高强钢筋应力。宜选用高效减水剂，可大幅度减少单位用水量，提高混凝土的强度。 　　（5）在蒸汽养护的混凝土及水泥制品中，节煤的经济效益往往比节省水泥更显著。这时，是缩短蒸养时间还是降低恒温温度，与在养护坑中允许停放的时间有关。当养护设施少，要求产量高时，宜用非引气型减水剂的早强性能来缩短混凝土制品的养护时间；当允许在养护设施中停放时间较高时（即无提高产量要求），则可降低恒温温度（如60℃左右）或缩短通蒸汽的时间，加强保温来节省煤耗，甚至在夏秋季节利用外加剂后根本不需要蒸汽养护。当混凝土制品受生产周期及养护设施的限制，达不到脱模强度时，宜以外加剂提高脱模强度。 　　适用于蒸养混凝土的外加剂应是早强非引气型减水剂，如：密胺树脂减水剂或复合型早强减水剂。这是因为混凝土在蒸养过程中其拌合物内的气体和水分受热膨胀，当混凝土的初期结构强度较低而不能抵抗这种膨胀时就出现质量问题。为了克服蒸养过程中的这种破坏作用，需要将混凝土制品在养护设施中静置较长时间或减缓升温速度。而利用早强减水剂一可提高混凝土的初期结构强度，有效地抑制体积膨胀；二可减少用水量，加速蒸养混凝土强度的发展。 　　（6）在预应力长线台座法生产的混凝土构件中，当场地狭小时，宜用减水剂提高早期强度，尽早剪筋（丝），提高产量来增加经济收益；当场地较大时，应将节省水泥放在首位；当场地大小中等时，可节省一些水泥又缩短些生产周期。 　　有些混凝土构件及水泥制品生产过程中质量问题是主要问题，提高产品的合格率也就是增加经济效益。如应用减水剂可提高蒸养构件的脱模强度，提高钢筋混凝土管的抗渗性等。 　　由于使用外加剂的场合和具体条件千变万化，所以外加剂应用的首要任务是针对具体对象和外加剂的基本性能，明确应用外加剂要解决的主要问题，掌握各种外加剂的质量要求。 　　5.超标越规使用硫酸盐类外加剂 　　5.1造成的后果 　　硫酸钠已成为早强剂的重要组分，硫酸钠作为早强剂掺入混凝土中，首先溶解于水中与水泥水化时的氢氧化钙作用，生成**与硫酸钙。**是一种强碱性的活化剂，增加了产生碱—骨料反应的可能性；生成的硫酸钙颗粒很细，活性比外掺石膏要高，因而与铝酸三钙反应生成水化硫铝酸钙的速度要快得多，硫铝酸钙的形成速度加快，数量增多，这些反应在水泥凝结硬化前发生，促使水泥致密并导致早期强度的提高。如在水泥凝结、硬化一定时间后，若硫酸盐与水化铝酸盐继续反应生成大量硫铝酸钙，会产生体积膨胀，导致混凝土开裂，强度和耐久性降低。 　　硫酸钠为强电解质盐类，对锌、铝涂层有腐蚀作用，用于受到直流电作用的钢筋混凝土工程中时，若绝缘不良，极易受到直流电的作用而加剧电化学腐蚀。 　　处于水下或潮湿环境中的混凝土，在硫酸钠掺量过大时，会残存在硬化混凝土中，长期在潮湿条件下，会继续反应生成膨胀性的化合物，在混凝土内部产生较大内应力，导致混凝土局部剥落和开裂。 　　掺硫酸钠类早强剂混凝土有时表面有泛白现象，这是由于混凝土硬化过程中，水泥石内部可溶解硫酸钠被水溶解后，随着水分的蒸发向外扩散，在混凝土表面析晶的缘故，一般在温度、湿度较低时最易发生，这层白霜会影响表面装饰层与底层的粘结。 　　5.2相应的措施 　　在工程中采用硫酸钠外加剂应遵守《混凝土外加剂应用技术规范》gbj119—1988的有关规定，在下列混凝土结构中不得采用强电解质如硫酸钠类外加剂： 　　（1） 与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构，以及有外露钢筋预埋铁件而无防护措施的结构。 　　（2）使用直流电源的结构以及距高压直流电源100m 以内的结构。如电解车间，用于电气化运输设施的钢筋混凝土结构。 　　（3）处于与水接触或潮湿环境中的混凝土，含钾、钠离子的早强剂用于界有碱活性骨料的混凝土结构时，由外加剂带入的碱含量（当量**含量）不宜超过1kg/m3。 　　6.超标越规使用氯盐类外加剂 　　6.1造成的后果 　　氯化物早强剂中含有大量氯离子，对钢筋锈蚀有促进作用，掺量较大时，还会降低混凝土的抗化学侵蚀性及耐磨性，增大混凝土的早期收缩。抗冻融能力及抗折强度降低。 　　氯盐对钢筋的锈蚀属于电化学腐蚀，其腐蚀程度与许多因素有关，如混凝土的碱度、施工质量、保护层厚度、周围环境因素（各种气体侵蚀、温度）；以及钢材品种等等。钢筋在无水、无氯条件下在碱性介质中是不会引起腐蚀的。 　　6.2相应的措施 　　氯盐的掺量在一定的限量范围内（无筋混凝土为3﹪；在干燥环境中的钢筋混凝土为1﹪）可使混凝土1d 强度提高140﹪～200﹪；强度提高115﹪～125﹪。它起早强作用的主要原因是：氯化钙可和水泥中的铝酸三钙反应生成不溶性复盐—水化氯铝酸钙。氯化钙还可与水泥水化产物中的氢氧化钙反应，生成不溶性的氧氯化钙。由于含有大量化学结合水（这类水与游离水不同，往往具有某些固体性质）的水化产物增多，固相比例增高，有助于水泥浆结构的形成而表现出较高的早期强度。另一方面由于上述反应的迅速进行，ca（oh）2数量减少，这也加速了c3s等的水化反应，有利于提高早期强度。 　　当在工程中使用氯盐类外加剂时，应遵守《混凝土外加剂应用技术规范》gbj119—1988 的有关规定，在下列钢筋混凝土结构中不得掺用氯盐配制的早强剂和早强减水剂。 　　（1）预应力混凝土结构。 　　（2）在相对湿度大于80﹪环境中使用的结构、处于水位变化部位的结构、露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构，如：给排水构筑物、暴露在海水中的结构、露天结构等。 　　（3）大体积混凝土。 　　（4）直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构。 　　（5）经常处于温度为6&7以上的结构，需经蒸养的钢筋混凝土预制构件。 　　（6）有装饰要求的混凝土，特别是要求色彩一致的或是表面有金属装饰的混凝土。 　　（7）薄壁混凝土结构，中级和重级工作制吊车的梁、屋架、落锤及锻锤混凝土基础结构。 　　（8）使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构。 　　（9）骨料具有碱活性的混凝土结构。 20210311