[關(guān)鍵詞] 外加劑；混凝土工程；低水膠比；工作度變化

[中圖分類號(hào)] TU5281042 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A 　　　　[文章編號(hào)] 100228498 (2003) 0420007204

Influence and Existing Problems of Addition Agent on Development of Concrete Technology

QIN Wei-zu ( Tsinghua University ， Beijing 　100084 ， China)

Abstract ：The application of addition agents has largely influenced concrete technology ， but it is very difficult to identify happened changes wholly and deeply ， to reply to these changes ， and to solve new problems to adapt the need of construction development.

Key words ：addition agent ； concrete engineering ； low water gel ratio ； change of working degree

20世紀(jì)以來，以混凝土為建筑材料的工程結(jié)構(gòu)物得到飛速發(fā)展，它已成為橋梁、大壩、公路和城市運(yùn)輸系統(tǒng)的首選材料。現(xiàn)今世界上最高的建筑物———馬來西亞的Petronas雙塔樓；世界上最深的鉆井———挪威Troll平臺(tái)都是混凝土建造的?；炷令I(lǐng)域這些令人吃驚的進(jìn)展，主要是通過外加劑領(lǐng)域的進(jìn)展所帶來的結(jié)果。

高效減水劑是混凝土發(fā)展過程的一次重大突破，將對(duì)混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用帶來巨大的影響。

1 　水灰比( 水膠比) 大幅度降低

20世紀(jì)60～70年代，高效減水劑的應(yīng)用使混凝土技術(shù)出現(xiàn)了驚人的進(jìn)展，突出地體現(xiàn)在水灰比(水膠比)從大于0.50大幅度地降低到可以小于0.30甚至更低，從而使混凝土能夠迅速地硬化，強(qiáng)度大大提高。以高強(qiáng)度混凝土建造的高層建筑物和大跨橋梁迅速地獲得應(yīng)用，施工工期縮短和模板周轉(zhuǎn)加快。

強(qiáng)度的提高由于容易檢測(cè)，很快被人們所認(rèn)識(shí)。但是與水灰比(水膠比) 大幅度降低相應(yīng)產(chǎn)生的其它變化，不易于檢測(cè)，也就不易于為人們所認(rèn)識(shí)。例如由于水灰比(水膠比) 降低帶來自生收縮的增大，這種現(xiàn)象又基本發(fā)生在早期的混凝土，也就是加水拌合后的1～2d ，在施工時(shí)模板拆除前就發(fā)生了。這就帶來了新問題：以往混凝土澆注后需要盡早養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件是暴露面積很大的平板(如樓板、道面) ，表面水分向外蒸發(fā)引起的收縮是主要問題，而當(dāng)水灰比較大時(shí)，上升的泌水可使其表面得到補(bǔ)充，不容易開裂。自生收縮在混凝土體內(nèi)均勻地發(fā)生，使得梁、柱、墻板這些外露面積小、拆模前不便養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件需要及早開始供水進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，而這在施工時(shí)，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都不容易實(shí)施和操作。此外，隨著水灰比(水膠比)的降低，在骨料質(zhì)量不變的前提下，填充間隙并包裹與潤(rùn)滑骨料的膠凝材料用量必然加大，因此通常要增大混凝土的溫升。低水灰比和高水化環(huán)境溫度是加速混凝土強(qiáng)度發(fā)展的兩個(gè)“催化劑”，隨之發(fā)生彈性模量的迅速提高(比強(qiáng)度發(fā)展更迅速) 、徐變松弛作用的減小和降溫階段混凝土發(fā)生的溫度收縮，這些因素的疊加導(dǎo)致了現(xiàn)代混凝土易于開裂的趨勢(shì)。為了減小混凝土的自生收縮，已經(jīng)研究出一系列措施，例如用已濕潤(rùn)的多孔粗細(xì)骨料代替普通骨料，起“內(nèi)養(yǎng)護(hù)”作用；添加減縮劑以減小自生收縮，以及摻用活性較小的礦物摻合料，例如粉煤灰、粗磨礦渣、石灰石粉等，以配制低水膠比，但水灰比(不考慮摻合料，單純水P水泥之比) 并不低的混凝土(機(jī)理分析可參閱文獻(xiàn)[3]) 。

人們也遠(yuǎn)沒有認(rèn)識(shí)清楚混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)速率的變化。這是因?yàn)橹两裨u(píng)價(jià)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，仍沿用將拌合物澆注成型小試件的方法來檢測(cè)。無論是把試件放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室里，還是放置在構(gòu)件旁邊(所謂“同條件養(yǎng)護(hù)”) ，都無法反映混凝土硬化期間由于本體溫升引起強(qiáng)度增長(zhǎng)率的變化。根據(jù)研究，30℃下水泥水化的速率約比20℃時(shí)快1倍；而40℃則為30℃時(shí)的214倍，由此推測(cè)現(xiàn)今用手觸摸常感到滾燙的構(gòu)件里，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展究竟會(huì)有多快。“同條件養(yǎng)護(hù)”只是模擬了結(jié)構(gòu)物的環(huán)境溫度，并不能反映處于半絕熱狀態(tài)的結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)際溫升，現(xiàn)代混凝土材料與工程的變化大大加劇了兩者的差異。

難以認(rèn)識(shí)到上述變化的原因，還在于混凝土原材料的選擇和配合比的確定，是在試驗(yàn)室里通過試驗(yàn)確定的。試驗(yàn)室的小攪拌機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)混凝土的大型攪拌機(jī)攪拌效果相差甚遠(yuǎn)，加上所用的水泥是室溫條件下放置多日的；可如今攪拌站儲(chǔ)倉(cāng)的水泥(以散裝方式用大罐運(yùn)輸散熱緩慢) 溫度50℃以上是“正常”的，高達(dá)90℃的水泥也不少見。有人告訴作者：他們用高溫水泥攪拌混凝土，雖然設(shè)法將水溫降到4℃，還往石子堆上噴淋降溫，可出機(jī)口拌合物的溫度還高達(dá)35～37℃?；炷劣不缙诘臏囟仍礁?/SPAN>，于后期強(qiáng)度越不利的道理，可能很多人都了解，但是因?yàn)閺脑O(shè)計(jì)到工程監(jiān)理，都抱著混凝土強(qiáng)度發(fā)展越快、越高就越好的觀念，所以混凝土生產(chǎn)方、施工方也都受此影響，總怕強(qiáng)度偏低，而從不考慮強(qiáng)度發(fā)展過快帶來的問題。只是近年混凝土結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象日益普遍，已嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的外觀，才開始關(guān)注增加粉煤灰與其它礦物摻合料的摻量以改善性能。但是長(zhǎng)期以來粉煤灰摻量增大，會(huì)延緩混凝土強(qiáng)度發(fā)展的觀念，依然牢牢地束縛著人們的手腳，多年以前制訂的規(guī)范也限制著人們的頭腦。實(shí)際上，由于現(xiàn)今混凝土的溫升明顯，即使是粉煤灰摻量很大的混凝土，強(qiáng)度發(fā)展也完全能滿足設(shè)計(jì)與施工時(shí)的需要，關(guān)鍵在于改進(jìn)現(xiàn)行的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，早在上海南浦大橋施工時(shí)采用過的溫度匹配養(yǎng)護(hù)，已到了迫切需要推廣應(yīng)用的時(shí)候。

溫度匹配養(yǎng)護(hù)(Temperature Match Curing) 是將成型好的試件置在與結(jié)構(gòu)混凝土溫度發(fā)展歷程相同的條件下來養(yǎng)護(hù)，用于評(píng)價(jià)實(shí)際強(qiáng)度增長(zhǎng)的情況。圖1描述了英國(guó)Bamforth一次很有意義的試驗(yàn)。分別用3種膠凝材料(硅酸鹽水泥；70%硅酸鹽水泥+ 30%粉煤灰；25%硅酸鹽水泥+75%磨細(xì)礦渣) 配制混凝土(前者的水灰比為0.54；后兩者的水膠比為0.51) ，澆注了1個(gè)厚2.5m的基礎(chǔ)并在中點(diǎn)測(cè)溫。將制備的試件放在兩種不同條件下養(yǎng)護(hù)(標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室條件；與結(jié)構(gòu)物相同溫度發(fā)展歷程條件) ，該試驗(yàn)結(jié)果表明：與實(shí)際結(jié)構(gòu)物澆注的硅酸鹽水泥混凝土相比，摻30%粉煤灰后，不僅溫升可以降低近10℃，使溫度收縮和開裂的危險(xiǎn)減小，同時(shí)由于溫升的作用，其抗壓強(qiáng)度在3d 之前就超過了硅酸鹽水泥混凝土；而純水泥混凝土由于溫升而導(dǎo)致其強(qiáng)度明顯低于20℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件。

    Bamforth 采用溫度匹配養(yǎng)護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)進(jìn)行比較的試驗(yàn)結(jié)果，已日益受到廣泛的重視。但對(duì)于重要的大型工程，還需要通過混凝土正式澆注前的試澆注確定可能達(dá)到的溫峰與溫度梯度，以及它們對(duì)施工操作性能和設(shè)計(jì)要求的各種長(zhǎng)期性能的影響。

            圖　2.5m厚混凝土中點(diǎn)溫度的變化

2 　混凝土拌合物工作度的變化

2.1 　工作度研究過程及問題

雖然國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)50年代初就開始在水工和港工混凝土中摻用松香熱聚物引氣劑、紙漿廢液塑化劑，在工業(yè)與民用建筑里摻氯化鈣早強(qiáng)劑等，但主要是應(yīng)用干硬性拌合物，外加劑的使用還很不普遍。只是到了70年代，對(duì)塑性拌合物產(chǎn)生了需求，摻有外加劑的新拌混凝土工作度發(fā)生變化的問題才日益受到人們的重視。尤其是摻有高效減水劑并降低水灰比(水膠比) 時(shí)，工作度隨時(shí)間的變化顯著，加上工程結(jié)構(gòu)與構(gòu)造日益復(fù)雜、鋼筋密集，于是拌合物工作度及其損失，成為混凝土技術(shù)中最令人們關(guān)注的問題之一。可以大致將這個(gè)變化過程分成4個(gè)階段：

第1階段：70年代初，國(guó)內(nèi)開始研究與使用高效減水劑時(shí)，木質(zhì)磺酸鹽等普通減水劑還基本沒有得到利用，以后隨著高效減水劑日益廣泛的使用，它們才逐漸得到普及。開始單摻高效減水劑拌合物工作度損失常常很迅速(例如以甲基萘為主要原料的高效減水劑MF ，用其拌制的混凝土出機(jī)時(shí)很稀，可是坍落度幾乎沒有) ，但由于在許多工程中，混凝土外加劑還是從無到有，且摻有外加劑的拌合物即使坍落度不大，操作時(shí)仍感到省力，在運(yùn)送距離短或者不采用泵送時(shí)很方便使用。但是高效減水劑單價(jià)高且摻量較大，只適合用于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土。所以有些大工程，例如上海寶鋼的建設(shè)中，因?yàn)榛炷翉?qiáng)度等級(jí)不高，木質(zhì)磺酸鹽就成為配制泵送混凝土(坍落度8～18cm) 主要使用的外加劑。

第2階段：隨著拌合物運(yùn)送距離加長(zhǎng)，以及采用泵送工藝逐漸頻繁，泵送高度和水平距離加大，對(duì)于拌合物的工作度要求也不斷提高，