第四節(jié)　混凝土外加劑與水

混凝土外加劑是近幾十年發(fā)展起來的新型建材。隨著土木建筑工程技術的迅速發(fā)展，對混凝土的性能不斷提出新的要求，實踐證明，混凝土摻用外加劑是獲得滿足這些要求的十分有效手段。例如，當前混凝土正向著高性能方向發(fā)展，高性能混凝土最重要的特征是高耐久性，其耐久性可達100～500年，是普通混凝土的3～10倍，而實現(xiàn)混凝土高耐久性的最重要技術途徑之一就是摻用優(yōu)質高效外加劑。又如目前普遍采用的商品混凝土、商品砂漿、泵送混凝土、噴射混凝土等，無一不是靠外加劑的參與才得以實現(xiàn)的。所以，當今外加劑已成為混凝土除水泥、砂、石、水以外第五重要組分。在歐洲、日本、美國，90%的混凝土中使用各種混凝土外加劑。我國雖起步較晚，但發(fā)展很快。2010年，我國各種外加劑總量達到722.5萬t。

一、混凝土外加劑的定義、分類、功能與主要用途

（一）定義與分類

按國家標準《混凝土外加劑定義、分類、命名與術語》（GB／T　8075—2005），混凝土外加劑是一種在混凝土攪拌之前或拌制過程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。可簡稱外加劑。

混凝土外加劑分化學外加劑與礦物外加劑兩大類，按其主要使用功能分為四類，計27種，包括：普通減水劑、早強劑、緩凝劑、促凝劑、引氣劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、早強減水劑、緩凝減水劑、引氣減水劑、防水劑、阻銹劑、加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、速凝劑、泵送劑、保水劑、絮凝劑、增稠劑、減縮劑、保塑劑、磨細礦渣、硅灰、磨細粉煤灰、磨細天然沸石。其中23種為化學外加劑，4種為礦物外加劑。具體分類如下：

1.改善混凝土拌合物流變性能的外加劑，包括各種減水劑和泵送劑等；

2.調節(jié)混凝土凝結時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、促凝劑、速凝劑、早強劑等；

3.改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑、阻銹劑和磨細礦渣、磨細粉煤灰、磨細天然沸石、硅灰等礦物外加劑；

4.改善混凝土其他性能的外加劑，包括膨脹劑、防凍劑、保水劑、增稠劑、減縮劑、保塑劑、著色劑等。

（二）主要功能與用途

混凝土外加劑在混凝土中摻量不多，但效果顯著，其主要功能有：①改善混凝土拌合物的和易性；②提高混凝土的強度和耐久性；③節(jié)約水泥用量；④調節(jié)混凝土的凝結硬化速度；⑤調節(jié)混凝土的含氣量；⑥降低水泥的初期水化熱或延緩水泥水化放熱速度；⑦改善混凝土的毛細孔結構；⑧提高骨料與水泥石界面的黏結力；⑨提高混凝土與鋼筋的握裹力；⑩阻止鋼筋銹蝕。

當前在混凝土工程中，外加劑除普遍用于一般工業(yè)與民用建筑外，更主要用于配制高強混凝土、低溫早強混凝土、防凍混凝土、大體積混凝土、流態(tài)混凝土、噴射混凝土、膨脹混凝土、防裂密實混凝土及耐腐蝕混凝土等，廣泛用于高層建筑、水利工程、橋梁、道路、港口、井巷、隧道、洞室、深基等重要工程施工，解決了不少難題，取得了十分顯著的技術經(jīng)濟效益。

混凝土摻用外加劑時，應遵守國家標準《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》（GB／T　50119—2003）的規(guī)定，尤其有關強制性條文，必須嚴格執(zhí)行。

二、土木工程常用混凝土外加劑

土木工程中常用的混凝土外加劑有減水劑、早強劑、緩凝劑、引氣劑、速凝劑、防凍劑等，其中減水劑用途最廣。現(xiàn)分別簡介如下。

（一）減水劑

1.減水劑種類及其定義

混凝土減水劑按其主要作用分為普通減水劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、早強減水劑、緩凝減水劑及引氣減水劑等幾類，其中以普通減水劑應用最多。

在混凝土拌合物坍落度基本相同的條件下，能減少拌合用水量的外加劑稱普通減水劑；能大幅度減少拌合用水量的減水劑稱高效減水劑；兼有緩凝和高效減水功能的稱緩凝高效減水劑；兼有早強（或緩凝）和減水功能的稱早強（或緩凝）減水劑；兼有引氣和減水功能的稱引氣減水劑。

2.減水劑的技術經(jīng)濟效果

減水劑具有多種功能，在混凝土中加入減水劑后，一般可取得以下技術經(jīng)濟效果：

（1）在拌合用水量不變時，混凝土拌合物坍落度可增大100～200 mm，用以配制高流動性混凝土。

（2）保持混凝土拌合物坍落度和水泥用量不變，可減水10%～25%，混凝土強度可提高15%～30%，用以配制高強混凝土。

（3）保持混凝土強度不變時，可節(jié)約水泥用量10%～15%。

（4）水泥水化放熱速度減慢，放熱峰出現(xiàn)推遲（指緩凝減水劑）。

（5）混凝土透水性可降低40%～80%，從而提高混凝土抗?jié)B和抗凍等耐久性。

（6）可用以配制某些特種混凝土，如早強混凝土、防水混凝土、抗腐蝕混凝土等，這將比采用特種水泥更為經(jīng)濟、簡便和靈活。

3.減水劑作用機理

減水劑多為表面活性劑，它對混凝土的作用效果就是由于其表面活性物質對水泥的吸附－分散作用，以及潤滑、濕滑作用所致。

（1）表面活性劑簡述

所謂表面活性劑，它是這樣的一種物質：當溶解于液體（水）后易從溶液中向界面富集，形成單分子吸附膜層，從而顯著地降低溶液的表面能，這種現(xiàn)象稱為表面活性，如圖6－7所示。表面活性劑由于具有這一基本性質，從而產生一系列的表面效應，即起到分散、濕潤、起泡、乳化、洗滌和潤滑等作用。

表面活性劑的分子由兩部分組成，其一端為易溶于水而難溶于油的親水基團，如羥基（—OH）、羧基（—COOH）和磺酸基（—SO₃H）等；另一端為易溶于油而難溶于水的憎水基團，如長鏈烷基原子團。表面活性劑的分子構造如圖6－8所示。

圖6－7　單分子吸附膜圖

圖6－8　表面活性劑分子構造示意圖

表面活性劑按其親水基團在水溶液中電離與否，以及電離出什么離子而可分為四種：

①陰離子表面活性劑。其親水基端能解離出正離子而使本身帶負電荷。

②陽離子表面活性劑。親水基端能解離出負離子而使本身帶正電荷。

③兩性表面活性劑。具有兩種親水基團，既能解離出正離子，又能解離出負離子。

④非離子表面活性劑。親水基團不解離出離子，其本身具有極性，能吸附水分子。

減水劑主要為陰離子表面活性劑。

圖6－9　水泥漿的絮凝結構

（2）吸附—分散作用

水泥加水拌和后，由于水泥顆粒間分子引力的作用，產生許多絮狀物而形成絮凝結構，使10%～30%的拌合水（游離水）被包裹在其中（圖6－9），從而降低了混凝土拌合物的流動性。當加入適量減水劑后，減水劑分子定向吸附于水泥顆粒表面，親水基端指向水溶液。由于親水基團的電離作用，使水泥顆粒表面帶上電性相同的電荷，產生靜電斥力（圖6－10a），致使水泥顆粒相互分散，導致絮凝結構解體，釋放出游離水，從而有效地增大了混凝土拌合物的流動性（圖6－10b）。

（3）潤滑和濕潤作用

陰離子表面活性劑類減水劑，其親水基團極性很強，易與水分子以氫鍵形式結合，在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜（圖6－10），這層水是很好的潤滑劑，有利于水泥顆粒的滑動，從而使混凝土流動性進一步提高。減水劑還能使水泥更好地被水濕潤，也有利和易性的改善。

圖6－10　減水劑作用示意圖

由于以上作用的原因，使混凝土拌合物摻加減水劑后，坍落度顯著增大。若保持其流動性不變，則可減少拌合用水量，使水灰比減小，水泥石密實度提高，從而使混凝土強度提高。同時，由于水泥的分散致使水泥顆粒與水接觸面積增大，使得水化較充分，且水泥石孔結構得到改善，這些也均對混凝土強度提高有利。若減水后要求保持混凝土強度不變，就可減少水泥用量，達到節(jié)約水泥的目的。

4.常用減水劑品種

根據(jù)國家標準《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》（GB／T　50119—2003），混凝土工程中可用的普通減水劑有木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、木質素磺酸鎂及丹寧等。

混凝土工程中可用的高效減水劑按化學成分有以下幾類：

①多環(huán)芳香族磺酸鹽類。萘和萘的同系磺化物與甲醛縮合的鹽類、氨基磺酸鹽等。

②水溶性樹脂磺酸鹽類?；腔矍璋窐渲?、磺化古瑪隆樹脂等。

③脂肪族類。聚羧酸鹽類、聚丙烯酸鹽類、脂肪族羥甲基磺酸鹽高縮聚物等。

④其他。改性木質素磺酸鈣、改性丹寧等。

現(xiàn)將常用減水劑品種簡介如下。

（1）木質素系減水劑

木質素系減水劑以木質素磺酸鈣（簡稱MG）使用最多，它屬于陰離子表面活性劑。MG劑是以生產紙漿或纖維漿下來的亞硫酸木漿廢液為原料，采用石灰乳中和，經(jīng)生物發(fā)酵除糖、蒸發(fā)濃縮、噴霧干燥而制成，為棕黃色粉狀物，其性能接近日本產“普蜀里”減水劑。MG劑因原料豐富，價格低廉，并具有較好的塑化效果，故目前應用十分普遍。

MG劑適宜摻量為0.2%～0.3%，減水率10%左右，混凝土28 d強度約提高10%；若不減水，混凝土坍落度可增大80～100 mm；在混凝土拌合物和易性和強度保持基本不變情況下，可節(jié)省水泥用量5%～10%。

MG劑對混凝土有緩凝作用，一般緩凝1～3 h，低溫下緩凝更甚。MG劑的緩凝性主要因其含一定糖分所致。糖是多羥基碳水化合物，親水性很強，能致使水泥顆粒表面的溶劑化水膜大大增厚，從而在較長時間內水泥粒子難于產生凝聚。同時，MG劑對混凝土具有引氣作用，一般引氣量為1%～2%，這對混凝土強度有影響。

MG劑常用于一般混凝土工程，尤其適用于夏季混凝土施工、滑模施工、大體積混凝土和泵送混凝土等施工，以及需要遠距離運輸?shù)幕炷涟韬衔铩?/p>

在混凝土施工中，MG劑的摻量要嚴格控制，不能超摻使用，否則將出現(xiàn)混凝土數(shù)天、甚至數(shù)十天不凝結硬化，造成混凝土嚴重緩凝的工程事故。同時，摻MG劑的混凝土不宜采用蒸汽養(yǎng)護，以免蒸養(yǎng)后混凝土表面易出現(xiàn)酥松現(xiàn)象。當自然養(yǎng)護時，日最低氣溫應在5℃以上。

（2）萘系減水劑

萘系減水劑為高效減水劑，它是以工業(yè)萘或由煤焦油中分餾出的含萘及萘的同系物餾分為原料，經(jīng)磺化、水解、縮合、中和、過濾、干燥而制成，為棕色粉末，其主要成分為β－萘磺酸鹽甲醛縮合物，屬陰離子表面活性劑。

萘系減水劑適宜摻量為0.5%～1.0%，其減水率大，為10%～25%，增強效果顯著，緩凝性很小，大多為非引氣型。在水泥用量及水灰比相同的條件下，混凝土拌合物坍落度隨萘系減水劑摻量的增加而明顯增大，且混凝土強度不降低。若在保持水泥用量及坍落度相同的條件下，其減水率和混凝土強度將隨萘系減水劑摻量的增加而提高。在保持混凝土強度和坍落度相近時，可節(jié)省水泥10%～20%。萘系減水劑對鋼筋無銹蝕危害。

摻萘系減水劑的混凝土拌合物，易隨存放時間延長而產生較大的坍落度損失，因此限制了它在泵送混凝土中單獨應用，通常需與緩凝劑復合使用。

萘系減水劑適用于日最低氣溫0℃以上的所有混凝土工程，尤其適用于配制高強、早強、高流動性等混凝土。

（3）樹脂類減水劑

樹脂類減水劑為水溶性樹脂，主要為磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑，簡稱密胺樹脂減水劑。它是由三聚氰胺、甲醛、亞硫酸鈉按適當比例、在一定條件下經(jīng)磺化、縮聚而成，為陰離子表面活性劑。

樹脂類減水劑為非引氣型早強高效減水劑，其各項功能與效果均比萘系減水劑好。適宜摻量為0.5%～2.0%，減水率達20%～27%。對混凝土早強與增強效果很顯著，能使混凝土1 d強度提高一倍以上，7 d強度即可達空白混凝土28 d的強度，長期強度亦明顯提高，并可提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性能及彈性模量。對蒸汽養(yǎng)護的適應性優(yōu)于其他外加劑。

樹脂類減水劑適用于配制高強混凝土、早強混凝土、高流動性混凝土、蒸養(yǎng)混凝土及鋁酸鹽水泥耐火混凝土等。它在市場上常以一定濃度的水溶液供應，使用時應注意其有效成分含量。

（4）聚羧酸鹽減水劑

聚羧酸鹽減水劑為新一代高效減水劑，它是以丙烯酸、苯乙烯和丙烯酸丁酯為原料，以醋酸乙酯為溶劑，在引發(fā)劑的作用下，經(jīng)加熱回流反應得共聚物后，再經(jīng)酯化、磺化反應及中和作用，而制得深棕色的產物。

聚羧酸鹽減水劑的減水作用機理，是由于其呈梳狀結構的分子吸附在水泥顆粒表面，及帶有親水性基團的側鏈伸入液相，從而使水泥顆粒之間具有顯著的空間位阻斥力作用，同時增厚了水泥顆粒表面的溶劑化水膜，所有這些對水泥顆粒產生強烈的分散作用，致使減水效果顯著。

聚羧酸鹽減水劑最大的特點是使混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時損失少，流動性保持性好。并具有摻量低（一般為0.05%～0.3%）、分散性好、減水率大（一般為25%～35%，最高可達40%）、緩凝性小等優(yōu)點。同時，其分子結構上自由度大，在生產技術上可控參數(shù)多，高性能化的潛力大。因此，它已成為當今各國著重研發(fā)和推廣應用的減水劑品種。

聚羧酸鹽減水劑適用于配制早強、高強、流態(tài)、防水、抗凍等混凝土，特別適用于商品混凝土和高性能混凝土。

（5）糖蜜類減水劑

糖蜜類減水劑為普通減水劑，它是以制糖工業(yè)的糖渣、廢蜜為原料，采用石灰中和處理而成，為棕色粉狀物或糊狀物，其中含糖較多，屬非離子表面活性劑。

糖蜜減水劑適宜摻量為0.2%～0.3%，減水率10%左右，能明顯降低水泥的早期水化熱，其他使用效果基本同MG劑，不過因含糖更多而緩凝性更強，一般緩凝時間大于3 h，低溫尤甚，故屬緩凝減水劑，通常多作緩凝劑使用。主要用于大體積混凝土、大壩混凝土及有緩凝要求的混凝土工程。一般冬季工程應用時，應與早強劑復合使用。

5.減水劑摻加方法

減水劑加入混凝土中的方法有多種，目前主要有先摻法、同摻法、滯水法和后摻法等四種。通?；炷潦┕ぶ芯捎猛瑩椒ǎ磳p水劑預先溶于水，配制成一定濃度的溶液，然后在攪拌混凝土時同水一起加入（溶液中的水必須從混凝土拌合用水中扣除）。此法的優(yōu)點是計量較準確，拌合易均勻。對于商品混凝土則宜采用后摻法，即減水劑不是在攪拌站攪拌時加入，而是在混凝土運輸途中或運抵施工現(xiàn)場后分幾次或一次加入，混凝土再經(jīng)二次或多次攪拌。后摻法的優(yōu)點是可克服混凝土拌合物在運輸途中產生的分層離析和坍落度損失，提高減水劑的使用效果，減少減水劑的用量，提高減水劑對水泥的適應性。但此法只有在應用混凝土運輸攪拌車時才適用。

（二）早強劑（accelerator）

加速混凝土早期強度發(fā)展的外加劑稱早強劑。早強劑在常溫、低溫條件下均能顯著地提高混凝土的早期強度。

1.早強劑的種類及摻量

按國標GB／T　50119—2003，混凝土工程中可采用的早強劑有以下三類：

（1）強電介質無機鹽類早強劑。硫酸鹽、硫酸復鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯鹽等。其中常用的有硫酸鈉和氯化鈣。

（2）水溶性有機化合物。三乙醇胺、甲酸鹽、乙酸鹽、丙酸鹽等。其中三乙醇胺用得較多。

（3）其他。有機化合物、無機鹽復合物。

混凝土工程中也可采用由早強劑與減水劑復合而成的早強減水劑。采用復合早強劑效果往往優(yōu)于單摻，故目前應用廣泛。

早強劑摻量應按供貨單位推薦摻量使用，常用早強劑摻量限值見表6－19所示。表中氯離子［Cl^－］限值是指由摻入混凝土中的氯鹽早強劑所產生的Cl^－量。

2.早強劑作用機理

早強劑能促進水泥的水化與硬化，縮短混凝土養(yǎng)護周期，加快施工進度，提高模板和場地的周轉率，但它們的作用機理各不相同，現(xiàn)將常用早強劑硫酸鈉、三乙醇胺及氯化鈣的作用機理簡述如下。

表6－19　常用早強劑摻量限值

（1）硫酸鈉早強原理

硫酸鈉的早強作用原理是：硫酸鈉為白色粉狀物，將其摻入混凝土中后，能立即與水泥水化產物氫氧化鈣作用，生成高分散性的微細顆粒硫酸鈣，它與C₃A的反應速度較之生產水泥時外摻的石膏要快得多，故能迅速生成水化硫鋁酸鈣針狀晶體，形成早期骨架，大大加快了水泥的硬化。同時，由于上述反應的進行，使得溶液中氫氧化鈣濃度降低，從而促進C₃S水化作用加速，有利于混凝土早期強度提高。

硫酸鈉早強劑常與其他外加劑復合使用。在使用中，應注意硫酸鈉不能超量摻加，以免導致混凝土產生后期膨脹開裂破壞，以及防止混凝土表面產生“白霜”，影響其外觀和表面黏貼裝飾層。

（2）三乙醇胺早強原理

三乙醇胺為無色或淡黃色油狀液體，呈堿性，易溶于水，是一種非離子表面活性劑。三乙醇胺摻量極微，為水泥質量的0.02%～0.05%，能使水泥的凝結時間延緩1～3 h，但對混凝土早期強度可提高50%左右，28 d強度不變或略有提高，其中對普通水泥的早強作用大于礦渣水泥。

三乙醇胺的早強機理目前尚不夠清楚，一般認為它是在水泥水化過程中起催化作用，能加速C₃A與石膏作用，盡快形成鈣礬石而產生早強效果。

在工程中三乙醇胺一般不單摻作早強劑，通常將其與其他早強劑復合使用，效果會更好。使用三乙醇胺早強劑時，必須嚴格控制摻量，不能超量摻用，否則將造成混凝土嚴重緩凝，當摻量大于0.1%時，會使混凝土的強度顯著下降。

（3）氯化鈣早強原理

氯化鈣對混凝土產生早強作用的主要原因是：它能與水泥中的C₃A作用，生成不溶性水化氯鋁酸鈣（C₃A·CaCl₂·10H₂O），并與C₃S水化析出的氫氧化鈣作用，生成不溶于氯化鈣溶液的氧氯化鈣（CaCl₂·3Ca（OH）₂·12H₂O）。這些復鹽的形成，增加了水泥漿中固相的比例，形成堅強的骨架，有助于水泥石結構的形成。同時，由于氯化鈣與氫氧化鈣的迅速反應，降低了液相中的堿度，使C₃S的水化反應加速，從而也有利于提高水泥石的早期強度。氯化鈣早強劑因其能產生氯離子，易促使鋼筋產生銹蝕，故施工中必須嚴格控制摻量。

3.早強劑適用范圍

早強劑及早強減水劑適用于蒸養(yǎng)混凝土及常溫、低溫和最低溫度不低于－5℃環(huán)境中施工的有早強要求的混凝土工程。采用蒸養(yǎng)時，由于不同早強劑對不同品種的水泥混凝土，有不同的最佳蒸養(yǎng)制度，故應先經(jīng)試驗后方能確定蒸養(yǎng)制度。

按標準《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》（GB　50119—2003）規(guī)定，摻入混凝土后對人體產生危害或對環(huán)境產生污染的化學物質，嚴禁用作早強劑。如銨鹽遇堿性環(huán)境會產生化學反應釋放出氨，對人體有刺激性，故嚴禁用于辦公、居住等建筑工程。又如重鉻酸鹽、亞硝酸鹽、硫氰酸鹽等，對人體有一定毒害作用，均嚴禁用于飲水工程及與食品相接觸的混凝土工程。

4.早強劑應用注意事項

根據(jù)標準GB／T　50119—2003，工程中使用早強劑或早強減水劑時，應嚴格遵守以下規(guī)定事項。

（1）下列結構中嚴禁采用含有氯鹽配制的早強劑及早強減水劑：

①預應力混凝土結構；

②相對濕度大于80%環(huán)境中使用的結構、處于水位變化部位的結構、露天結構及經(jīng)常受水淋、受水沖刷的結構；

③大體積混凝土；

④直接接觸酸、堿或其他侵蝕性介質的結構；

⑤經(jīng)常處于溫度為60℃以上的結構，需經(jīng)蒸養(yǎng)的鋼筋混凝土預制構件；

⑥有裝飾要求的混凝土，特別是要求色彩一致的表面、有金屬裝飾的混凝土；

⑦薄壁混凝土結構，中級和重級工作制吊車的梁、屋架，落錘及鍛錘混凝土基礎等結構；

⑧使用冷拉鋼筋或冷拔低碳鋼絲的結構；

⑨骨料具有堿活性的混凝土結構。

（2）在下列混凝土結構中嚴禁采用含有強電介質無機鹽類的早強劑及早強減水劑：

①與鍍鋅鋼材或鋁鐵相接觸部位的結構，以及有外露鋼筋預埋鐵件而無防護措施的結構；

②使用直流電源的結構以及距高壓直流電源100 m以內的結構。

（三）引氣劑

在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑，稱為引氣劑（air　entrainer）。引氣劑引入的氣泡直徑為20～1000μm，大多在200μm以下。

混凝土引氣劑有松香樹脂類（松香熱聚物、松香皂類等）、烷基和烷基芳烴磺酸鹽類（十二烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基苯酚聚氧乙烯醚等）、脂肪醇磺酸鹽類（脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉等）、皂苷類（三萜皂苷等）及其他（蛋白質鹽、石油磺酸鹽等）五類，其中以松香樹脂類應用最為廣泛，這類引氣劑的主要品種有松香熱聚物和松香皂兩種。松香熱聚物是由松香與苯酚在濃硫酸存在及較高溫度下進行縮合和聚合反應，再經(jīng)氫氧化鈉處理而成。松香皂的主要成分是松香酸鈉，由松香和氫氧化鈉經(jīng)皂化反應而成。松香熱聚物和松香皂引氣劑屬憎水性表面活性劑，其摻量極少，一般為水泥質量的0.005%～0.01%，但當采用高頻振搗混凝土時，引氣劑的摻量可達0.01%～0.02%。

引氣劑對混凝土的性能影響很大，其主要影響及作用原理如下：

（1）改善混凝土拌合物的和易性

混凝土拌合物中引入大量微小氣泡后，增加了水泥砂漿的體積，且封閉小氣泡猶如滾珠軸承，減少了骨料間的摩擦力，使混凝土拌合物流動性提高。一般混凝土的含氣量每增加1%時，混凝土坍落度約提高10 mm，若保持原流動性不變，則可減水約6%～10%。同時由于微小氣泡的存在，阻滯了固體顆粒的沉降和水分的上升，加之氣泡薄膜形成時消耗了部分水分，減少了能夠自由移動的水量，使混凝土拌合物的保水性得到改善，泌水率顯著降低，黏聚性也良好。

（2）提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性

引氣劑能提高混凝土的抗?jié)B和抗凍性的原因是：混凝土中引入的大量微小密閉氣泡，它們堵塞和隔斷了混凝土中的毛細管通道；同時，由于保水性的提高，減少了混凝土因沉降和泌水造成的孔縫；另外，因和易性的改善，也減少了施工造成的孔隙。引氣混凝土的抗?jié)B性能一般比不摻引氣劑的混凝土提高50%以上，抗凍性可提高3倍左右?？箖鲂缘奶岣哌€因封閉氣泡的引入，緩沖了水的冰脹應力所致。

（3）混凝土抗壓強度有所降低

引氣混凝土中，由于氣泡的存在，使混凝土的有效受力面積減少了，故混凝土的強度有所下降。一般混凝土的含氣量每增加1%時，其抗壓強度將降低4%～6%，抗折強度降低2%～3%，而且隨齡期的延長，引氣劑對強度的影響越顯著。

欲使摻引氣劑的混凝土強度不降低，首先應嚴格控制引氣劑摻量，按GB／T　50119—2003規(guī)定，混凝土含氣量不宜超過表6－20的數(shù)值。另外可減少拌合用水量5%以上，這樣就能大部或全部地補償混凝土由于引氣造成的強度損失。但對于抗凍性要求高的混凝土，宜采用表6－20規(guī)定的含氣量數(shù)值。

表6－20　摻引氣劑及引氣減水劑混凝土的含氣量

引氣劑及引氣減水劑可用于抗凍混凝土、抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽侵蝕混凝土、泌水嚴重的混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土以及對飾面有要求的混凝土等，但引氣劑不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預應力混凝土。

（四）速凝劑

能使混凝土迅速凝結硬化的外加劑，稱為速凝劑（setting　accelerator）。速凝劑是以鋁酸鹽、碳酸鹽、水玻璃等為主要成分的無機鹽混合料。

由鋁氧熟料（主要為鋁酸鈉）、碳酸鈉和生石灰按1∶1∶0.5的質量比配制而成的速凝劑，摻量為水泥質量的2.5%～4%。由鋁氧燒結塊與無水石膏按3∶1的質量比粉磨而成的速凝劑，摻量為2%～4%。以礬泥、鋁氧熟料及生石灰按74.5∶14.5∶11的質量比配制而成的速凝劑，摻量為6%～8%。以上速凝劑的特點是：能使混凝土5 min內初凝，10 min內終凝，1 h即硬化產生強度，混凝土1 d強度為未摻者的3倍。不過，前二者速凝劑對混凝土后期強度有降低影響。速凝劑產生速凝早強的原因，是由于速凝劑的摻入使水泥中的石膏喪失其緩凝作用或迅速生成鈣礬石所致。高強噴射混凝土速凝劑是以偏鋁酸鈉為主要成分的新型復合型外加劑，呈中性，無腐蝕，后期強度高，適宜摻量為3%～5%。噴料黏聚性好，一次噴層厚，噴拱可達130 mm，噴壁可達200 mm以上，可在2～4 min內初凝，4～10 min終凝。這種速凝劑已在黃河小浪底水利樞紐、北京地鐵等工程中大量使用，效果很好。

速凝劑主要用于噴射混凝土和噴射砂漿。噴射混凝土是利用壓縮空氣把一定配比的混凝土，通過噴射機的噴嘴高速高壓地噴射到巖石表面，并迅速硬化與巖基黏結成整體。它具有不需用模板、施工進度快、施工設備簡單等優(yōu)點。主要用于礦山井巷、鐵路隧道、引水涵洞及地下工程的巖壁襯砌、坡面支護等。

以往，噴射混凝土僅摻用速凝劑，其雖能使混凝土速凝早強，但存在噴射施工時混凝土回彈量大、空氣中粉塵高、勞動條件差等缺點。近年來，噴射混凝土采取將速凝劑與減水劑復合摻用，取得了良好的效果，不僅使回彈率和粉塵降低，節(jié)約了水泥，降低了造價，改善了工作環(huán)境，而且提高了混凝土的可輸送性和黏聚性，且一次噴射厚度增加。在施工方法上也由過去的干噴法，發(fā)展成為混合法和裹砂法施工，大大提高了施工質量。

（五）防凍劑

能使混凝土在負溫下硬化，并在規(guī)定時間內達到足夠防凍強度的外加劑，稱為混凝土防凍劑?；炷练纼鰟┙^大多數(shù)均為復合外加劑，通常由防凍組分、早強組分、減水組分或引氣組分等復合而成。各組分常用物質及其作用如下：

（1）防凍組分。常用物質為氯化鈣、氯化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鉀、碳酸鉀、硫代硫酸鈉、尿素等。其作用是降低水的冰點，使水泥在負溫下仍能繼續(xù)進行水化。

（2）早強組分。常用物質為氯化鈣、氯化鈉、硫代硫酸鈉、硫酸鈉等。其作用是提高混凝土的早期強度，以抵抗水結冰產生的膨脹應力。

（3）減水組分。如木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、煤焦油系減水劑等。其作用是減少混凝土拌合用水量，以達到減少混凝土中的冰含量，并使冰晶粒度細小且均勻分散，減輕對混凝土的破壞應力。

（4）引氣組分。如松香熱聚物、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉等。其作用是向混凝土中引入適量的封閉微小氣泡，減輕冰脹應力。

目前常用的混凝土防凍劑主要有以下四類：

（1）電解質無機鹽類：①氯鹽類防凍劑。氯鹽或以氯鹽為主與其他早強劑、引氣劑、減水劑復合的外加劑。②氯鹽阻銹類防凍劑。以氯鹽和阻銹劑（亞硝酸鈉）為主復合的外加劑。③無氯鹽類防凍劑。以亞硝酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、乙酸鈉或尿素為主復合的外加劑。

（2）水溶性有機化合物類：以某些醇類等有機化合物為防凍組分的外加劑。

（3）有機化合物與無機鹽復合類。

（4）復合型防凍劑：以防凍組分復合早強、引氣、減水等組分的外加劑。

以上氯鹽類防凍劑適用于無筋混凝土，氯鹽阻銹類防凍劑可用于鋼筋混凝土，無氯鹽類防凍劑可用于鋼筋混凝土工程和預應力鋼筋混凝土工程。硝酸鹽、亞硝酸鹽和碳酸鹽不得用于預應力混凝土工程，以及與鍍鋅鋼材或與鋁鐵相接觸部位的鋼筋混凝土結構。含有六價鉻鹽、亞硝酸鹽等有毒防凍劑，嚴禁用于飲水工程及與食品接觸部位的工程。防凍劑用于負溫條件下施工的混凝土。目前國產混凝土防凍劑品種適用于0～－15℃的氣溫，當更低氣溫下施工時，應加用其他混凝土冬季施工措施，如暖棚法、原料（砂、石、水）預熱等。

（六）膨脹劑

膨脹劑是指能使混凝土產生一定體積膨脹的外加劑。常用的有硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、氧化鎂及上述三種的復合等幾類。

膨脹劑的作用原理，主要是混凝土中摻入膨脹劑后，生成大量膨脹性產物晶體（如鈣礬石晶體、氫氧化鎂晶體、氫氧化鈣晶體等），晶體生長和吸水膨脹而引起混凝土體積膨脹。因此，采用適當成分的膨脹劑，摻加適宜的數(shù)量，使水泥水化產物C－S－H凝膠與鈣礬石的生成互相制約、互相促進，使混凝土強度與膨脹協(xié)調發(fā)展，產生可控膨脹以減少混凝土的收縮。另外，大量鈣礬石的生成，引起填充、堵塞和隔斷混凝土中的毛細孔及其他孔隙，改善了混凝土的孔結構，混凝土密實度提高，透水性降低，抗?jié)B性可比普通混凝土提高2～5倍。

由于摻膨脹劑混凝土具有良好的防滲抗裂能力，對克服和減少混凝土收縮裂縫作用顯著。因此可用以配制補償收縮混凝土和自應力混凝土，廣泛應用于屋面、水池、水塔、大型圓形結構物、地下建筑、管柱樁、礦山井巷、井下洞室等混凝土工程中，以及生產自應力混凝土管和用于預制構件的節(jié)點、混凝土塊體或墻段之間的接縫，也可用于混凝土結構的修補。膨脹劑的常用摻量見表6－21所示。

表6－21　膨脹劑的常用摻量

（七）水下混凝土不離析劑

混凝土施工規(guī)范規(guī)定，混凝土不能在水中澆筑成型，因在水中下落時會受到環(huán)境水的逆流沖洗和稀釋，造成各組分分離，水泥漿流失，致使混凝土強度大大下降，工程質量無法保證。但在混凝土中摻入水下混凝土不離析劑后，可以直接與水短暫接觸而不致造成混凝土分散離析，且具有很高流動性，能自動流平填充密實，使水下混凝土有較高的強度，較均勻的質量，施工也較方便，還減少了對環(huán)境水的污染，由此將水下混凝土施工技術提高到一個新的水平。

水下混凝土不離析劑尚無國家標準，目前應用的產品有UWB－1絮凝劑、SCR聚合劑及PN混凝土離析減低劑等。其不離析機理是由于摻入這些外加劑后，改變了混凝土體系中顆粒的表面電位，顆粒間吸引勢能增大，以及外加劑中長鏈高分子化合物對水泥顆粒的吸附架橋作用，致使混凝土拌合物變得非常黏稠而不分散。

各種水下不離析劑的摻量不同，可從1%以下到百分之幾，摻量越多，混凝土黏稠度越大。據(jù)報道，摻UWB－1和PN劑可配制C20、C25的水下混凝土，摻SCR可配制C15～C40的水下混凝土。水下不離析混凝土水陸強度比可達0.8，而普通混凝土僅為0.1。

三、混凝土拌合及養(yǎng)護用水

水是混凝土的重要組成之一，水質的好壞不僅影響混凝土的凝結和硬化，還能影響混凝土的強度和耐久性，并可加速混凝土中鋼筋的銹蝕。

按水源水可分為飲用水、地表水、地下水、海水、生活污水和工業(yè)廢水等多種，拌制混凝土和養(yǎng)護混凝土宜采用飲用水。地表水和地下水常溶有較多的有機質和礦物鹽類，用前必須按標準規(guī)定經(jīng)檢驗合格后方可使用。海水中含有較多硫酸鹽（約2　400 mg／L），會對混凝土后期強度有降低作用，且影響抗凍性。同時，海水中含有大量氯鹽（Cl^－約15000 mg／L），對混凝土中鋼筋有加速銹蝕作用，因此對于鋼筋混凝土和預應力混凝土結構，不得采用海水拌制混凝土。對有飾面要求的混凝土，也不得采用海水拌制，以免因混凝土表面產生鹽析而影響裝飾效果。生活污水的水質比較復雜，不能用于拌制混凝土。工業(yè)廢水常含有酸、油脂、糖類等有害雜質，也不能作混凝土用水。

根據(jù)《混凝土拌合用水標準》（JGJ　63—2006）的規(guī)定，混凝土用水中的物質含量限值見表6－22所示。

表6－22　混凝土拌合用水水質要求

注：堿含量按（Na₂O＋0.658K₂O）計算值來表示。采用非堿活性骨料時，可不檢測堿含量。

在配制混凝土時，如對擬用水的水質有懷疑，應用此水和蒸餾水分別做水泥凝結時間和砂漿或混凝土強度對比試驗。對比試驗測得的水泥初凝時間差及終凝時間差，均不得超過30 min，且其初凝及終凝時間均應符合國家水泥標準的規(guī)定。用該水制成的砂漿或混凝土試件的28 d抗壓強度，不得低于用蒸餾水制成的對比試件抗壓強度的90%。對使用鋼絲或熱處理鋼筋的預應力混凝土結構，其混凝土用水中的氯離子含量不得超過350 mg／L。