混凝土原材料包括五大组分:水泥、砂子、石子、水和混凝土外加剂。混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入,用来改善和调节混凝土性能的材料,是拌制混凝土必不可少的物质。外加剂作为产品应用于混凝土已有超过60年的历史,但古代人们早已在一些建筑用的凝胶材料中使用一些外加剂。古罗马时代,人们曾经用牛血、牛油、牛奶等掺加在火山灰里充当外加剂。公元前221年,我国秦朝修建万里长城时,曾以黏土、石灰等作为凝胶材料,并向其中添加糯米汁、猪血、豆腐汁等,以增加其粘力。明代《天工开物》中记载用石灰、河砂,外加糯米、羊桃藤汁等筑造贮水池。正式的混凝土外加剂工业产品始见于1910年,主要是疏水剂和塑化剂。1935年,美国成功研造出以纸浆废液中木质磺酸盐为主要成分的减水剂,标志着真正意义上的混凝土外加剂问世。
近年来,随着科学技术的不断发展,在整体现浇混凝土结构中出现了高层、大跨度和各种新的结构体系,在装配式预制混凝土构件中出现了许多大型、薄壁等新的构件型式,在混凝土施工中出现了大体积混凝土、喷射混凝土、真空吸水混凝土、滑模施工混凝土等新的施工技术,因而对混凝土提出了大流动性、早强、高强、速凝、缓凝、低水化热、抗冻、抗渗等各种性能要求,从而使混凝土添加剂成为调配各类高性能混凝土的一种效果显著、使用方便、经济合理的选择。
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混凝土的应用
混凝土的性能是由水泥、砂、石子和水的比例决定的。为了改善混凝土的某一种性能,可以调整原材料的比例。但这样往往会造成另一方面的损失。例如,为了加大混凝土的流动性,可以增加水用量,但这样就会降低混凝土的强度。为了提高混凝土早期强度,可以增加水泥用量,但这样除了加大成本外,还可能增加混凝土的收缩和变形。而采用外加剂,就可以避免上述缺陷,在对混凝土的另外一些性能影响不大的情况下,采用混凝土外加剂,可以大大改善混凝土的某一种性能。例如,在混凝土中掺入0.2%~0.3%的木质素磺酸钙减水剂,在不增加水用量的情况下,可以提高混凝土坍落度一倍以上;在混凝土中掺入2%~4%的硫酸钠糖钙(NC)复合剂,在不增加水泥用量的情况下,可以提高混凝土早期强度60%~70%,还可以提高混凝土的后期强度。而掺加抗裂密实剂则可以显著提高混凝土的抗裂性、抗渗性和耐久性,充分提高长期强度。
目前,混凝土外加剂产品门类众多,包括减水剂、早强剂、抗裂密实剂、缓凝剂、引气剂、膨胀剂等。其中,使用量最多的类型是减水剂,其他外加剂一般是与减水剂复配作为助剂使用。减水剂是一种在维持混凝土坍落度不变的条件下,能减少拌合用水量的混凝土外加剂。新型混凝土添加剂主要是指聚羧酸系减水剂(简称PCE),主要以石油或煤裂解、加工改性的化工产品为原材料,经过聚合、中和等化学反应制备而成。是目前发展最快、使用量最高的新型添加剂,对混凝土具有掺量低、减水率高、保坍性能优、收缩率低等优点,能显著改善混凝土和易性,提高施工效率和施工质量,大幅降低水胶比,提升混凝土强度和耐久性,延长混凝土构筑物的服役寿命,节省水泥用量,提高工业废渣利用率。聚羧酸系减水剂主要应用于配制高性能混凝土,应用于核电、桥梁、高铁、隧道、高层建筑等领域。
近年来,国家加大了对基础设施工程的建设,包括水利水电、高速铁路、高速公路、桥梁、核电、机场和轨道交通工程等,直接带动了商品混凝土行业、建筑施工行业的发展,从而带动新型混凝土添加剂行业的发展。目前,国内混凝土外加剂行业门槛不高,导致行业内大批量的企业涌入,随之而来的是企业技术实力普遍落后,高质量的外加剂产品还不够多。下一步,国内相关外加剂企业应该注重品牌建设,不断提升自身的研发与创新能力,力争塑造高品质的民族品牌。