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摘要： 在钢筋混凝土结构工程中，混凝土性能的优异是确保工程质量的前提。混凝土外加剂用量虽少，但其对混凝土性能影响较大。结合 JM-II外加剂在某人防地下室施工中的实例，通过试验，研究JM-II外加剂的不同掺量对混凝土的和易性、抗压强度、含气量、坍落度损失、凝结时间、泌水率、水化热等性能的影响，同时研究JM-II外加剂在不同水灰比情况下，对混凝土的抗渗、抗冻等耐久性的影响。结果表明，JM-II外加剂能使混凝土便于浇灌且提高强度，降低水化热，显著提高混凝土的抗渗、抗冻等耐久性能。取得了很好的工程应用效果，为进一步推广使用外加剂提供了很好的范例。
关健词：混凝土外加剂 和易性 水化热 强度 抗渗性 抗冻性
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
混凝土外加剂是混凝土的第五组成部分[1]，从广义上可分为减水型与引气型两类，前者主要改善混凝土流变性能、硬化性能及强度，后者则改善混凝土的耐久性并调其含气量。通常混凝土外加剂本身不能与水泥起化学反应生成新的水化产物，而只是起表面物化作用，即混凝土外加剂本身不会直接提高混凝土的强度，但可以改善其性状，使水泥水化过程及水化石内部结构发生变化，从而显著地改善混凝土的流变及硬化特性[2]。因此在现代混凝土工程中，掺用混凝土外加剂已变成生产高品质，高强度混凝土的基础，但当混凝土外加剂掺量不适宜时，不但无利反而会造成一些难以想象的工程恶果。
本文以江苏省建筑科学研究院研制生产的JM-Ⅱ外加剂为例，结合工程实例，通过试验研究JM-II外加剂对混凝土的各项性能的影响。
1JM-II外加剂的作用机理
JM-II外加剂是属萘磺酸盐系减水剂，是一种阴离子表面活性剂，可降低液體的表面张力，在掺有适当剂量的液体中，水泥颗粒通过表面能吸附了减水剂中的亲水表面活化物质，产生一种亲水性胶体吸附层，这种吸附层不仅增加了水泥颗粒表面及附水膜的厚度，增强了水泥颗粒间的流体动力润滑[2]。同时在混凝土拌合过程中，可产生许多分布均匀的微小封闭气泡，这些气泡在混凝土拌和物中起到了类似滚珠的作用，降低了混凝土内摩擦力，从而增加了混凝土拌和物的流动性。
JM-II外加剂含有羟基、芳基等基团结构，这些基团在水泥水化时，吸附在水泥颗粒表面，形成薄膜抑制水泥颗粒的水化反应，热量释放减慢。
JM-II外加剂对水泥颗粒有强分散作用，在降低用水量的同时，由于胶凝材料颗粒均匀分布，提高混凝土材料的匀质性，减少了材料出现应力集中的机率[3]；引气剂大量引入，均匀分布的微气泡，截断毛细孔的同时，不仅降低冰点，而且缓冲较大孔洞结构缺陷的冰冻膨胀压力，可成倍提高混凝土的抗冻、抗渗性能[4]。
2、试验简介
2.1、工程概况
某人防地下室位于市区中心地带，建筑面积4000m2，地下2层，混凝土设计强度等级C40，抗渗等级S8，混凝土浇筑量为7000m3，施工现场场地狭小，施工环境恶劣，施工难度大，施工中混凝土均采用泵送。
2.2、原材料
⑴在满足强度要求的基础上，水泥着重控制其发生热量与碱含量指标，本工程经试验确定采用徐州淮海牌42.5级中热水泥，其碱含量为0.45%。
⑵考虑混凝土可泵性，采用碎石粒径为1～2cm连续级配的石子，含泥量小于1%。
⑶选用细度模数为2.7的中砂，含泥量小于2.2%。
⑷粉煤灰选用电厂Ⅰ级灰。
⑸掺用江苏省建筑科学研究院研制的JM-Ⅱ泵送剂和河北外加剂厂生产的DH9型引气剂。
2.3、试验用配合比
试验用的配合比如表1所示。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
3、混凝土性能试验
3.1、JM-II外加剂掺量对混凝土控制性能的影响
按出机时坍落度控制在140mm左右，观察外加剂掺量对混凝土用水量、和易性以及强度的影响，试验结果如表2所示。混凝土用水量随外加剂(JM-Ⅱ)掺量的增大而降低,当掺量大于0.8%后，用水量降低的幅度趋于减小，外加剂减水量最高可达31.1%；JM-Ⅱ掺量小于1.0%时，混凝土有较好的和易性，但掺量大于1.0%时，混凝土拌合物出现板结现象，当掺量达到1.6%时，混凝土7天强度较低，28天、90天强度也偏低，说明低胶材用量混凝土，外加剂(JM-Ⅱ)掺量不宜过大，JM-Ⅱ在0.5%～0.8%已有较好的性能。
3.2、混凝土含气量、坍落度损失试验
混凝土含气量、坍落度试验结果如表3所示。各试验混凝土含气量和坍落度经时损失较小；混凝土经静放1h后含气量仍均控制在3.6%～4.2%之内，说明混凝土的包裹好，保气性能好，保证了混凝土的抗冻耐久性；同时混凝土经静放1.5h后，坍落度仍保持在13cm左右，可以保证混凝土的正常施工。
3.3、混凝土凝结时间、泌水率试验
混凝土凝结时间、泌水率试验如表4所示，泵送混凝土需加入缓凝剂以延缓混凝土的凝结时间，因为如缓凝的时间太短，则不能满足施工要求，如时间过长又会影响强度和施工进度。从表4可知，各种混凝土的初凝13：00~15：30之间，终凝在15：00~19：00之间。表明已有充足的时间来完成混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实和抹面等施工工序；初、终凝时间差也较短，满足工程养护工作的要求。各试验的泌水率相当低，这也为泵送混凝土的正常施工提供了可靠的保证。
3.4、JM-Ⅱ外加剂对水泥水化热的影响。
JM-Ⅱ外加剂对水泥水化热影响试验结果如表5所示。JM-Ⅱ可显著降低水泥的早期水化热值，推迟水化放热最高峰出现的时间，有利于降低混凝土的早期升温，掺JM-Ⅱ的水泥1d、2d、3d龄期的水化热分别只有基准水泥的27.4%、59.3%和68.4%，7天水化热比基准水泥低28%。
3.5、混凝土抗渗、抗冻性能研究
针对JM-II外加剂的技术性能以及该人防地下室的设计要求——地下室有压力水存在，因此，选用水灰比较大的混凝土配合比进行抗冻、抗渗试验，试验结果如表6所示。相同水灰比时，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土试件的重量损失相应增多，相对动弹模随之减少，但混凝土抗冻等级均可达D150，抗渗等级也超过S8，因此混凝土配合比的设计完全满足该人防地下室对耐久性要求。
4、工程应用效果
该工程现场共留置150组立方体试块，其中C40混凝土测得7天抗压强度平均值为37.9MPa，28天为48.4Mpa，强度合格率100%。180天平均收缩值为1.11×10-4，收缩较小，体积稳定，表面无裂缝。混凝土初凝时间较长，初凝与终凝间隔相对较短，给施工带来很大方便，混凝土浇筑期间，偶遇中间停顿，也不会影响混凝土连续性作业，从未出现施工冷缝。而且终凝后，很快就可以进行下一道工序，加快模板周转速度，大大缩短工期。按18元/m3计算，共节约成本约20万元。混凝土坍落度经时损失很小，保水性较好，确保了远距离的泵送混凝土的正常施工。地下室也经历了夏季洪水的考验，至今没发现渗漏现象，受到使用单位好评，取得了显著的经济效益和社会效益。
5、结语
通过该工程实践及混凝土各项性能试验得出如下结论：（1）JM-Ⅱ混凝土外加剂能使混凝土有较好的和易性，能明显提高早期强度。（2）JM-Ⅱ混凝土外加剂能使水泥初期水化速度放慢，降低早期水化热，使水化更加有序，水化形成的结构更加密实。（3）、JM-Ⅱ混凝土外加剂能显著提高混凝土的抗冻、抗渗等耐久性能。
参考文献：
[1]何玉珍.一种新型混凝土高效缓凝减水剂的研究[J].红水河，1999，18(2)：44-46
[2]杨成球.混凝土掺超量外加剂的试验研究[J] .水电站设计，1998，14（3）：89-91
[3]伏文勇.三峡工程二阶段混凝土外加剂技术性能及应用[J] .港工技术，2000，4（4）：21-25
[4]尢启俊.外加剂在高性能混凝土中的应用[J].新型建筑材料，1999，6（6）：34-36
关健词：混凝土外加剂 和易性 水化热 强度 抗渗性 抗冻性
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
混凝土外加剂是混凝土的第五组成部分[1]，从广义上可分为减水型与引气型两类，前者主要改善混凝土流变性能、硬化性能及强度，后者则改善混凝土的耐久性并调其含气量。通常混凝土外加剂本身不能与水泥起化学反应生成新的水化产物，而只是起表面物化作用，即混凝土外加剂本身不会直接提高混凝土的强度，但可以改善其性状，使水泥水化过程及水化石内部结构发生变化，从而显著地改善混凝土的流变及硬化特性[2]。因此在现代混凝土工程中，掺用混凝土外加剂已变成生产高品质，高强度混凝土的基础，但当混凝土外加剂掺量不适宜时，不但无利反而会造成一些难以想象的工程恶果。
本文以江苏省建筑科学研究院研制生产的JM-Ⅱ外加剂为例，结合工程实例，通过试验研究JM-II外加剂对混凝土的各项性能的影响。
1JM-II外加剂的作用机理
JM-II外加剂是属萘磺酸盐系减水剂，是一种阴离子表面活性剂，可降低液體的表面张力，在掺有适当剂量的液体中，水泥颗粒通过表面能吸附了减水剂中的亲水表面活化物质，产生一种亲水性胶体吸附层，这种吸附层不仅增加了水泥颗粒表面及附水膜的厚度，增强了水泥颗粒间的流体动力润滑[2]。同时在混凝土拌合过程中，可产生许多分布均匀的微小封闭气泡，这些气泡在混凝土拌和物中起到了类似滚珠的作用，降低了混凝土内摩擦力，从而增加了混凝土拌和物的流动性。
JM-II外加剂含有羟基、芳基等基团结构，这些基团在水泥水化时，吸附在水泥颗粒表面，形成薄膜抑制水泥颗粒的水化反应，热量释放减慢。
JM-II外加剂对水泥颗粒有强分散作用，在降低用水量的同时，由于胶凝材料颗粒均匀分布，提高混凝土材料的匀质性，减少了材料出现应力集中的机率[3]；引气剂大量引入，均匀分布的微气泡，截断毛细孔的同时，不仅降低冰点，而且缓冲较大孔洞结构缺陷的冰冻膨胀压力，可成倍提高混凝土的抗冻、抗渗性能[4]。
2、试验简介
2.1、工程概况
某人防地下室位于市区中心地带，建筑面积4000m2，地下2层，混凝土设计强度等级C40，抗渗等级S8，混凝土浇筑量为7000m3，施工现场场地狭小，施工环境恶劣，施工难度大，施工中混凝土均采用泵送。
2.2、原材料
⑴在满足强度要求的基础上，水泥着重控制其发生热量与碱含量指标，本工程经试验确定采用徐州淮海牌42.5级中热水泥，其碱含量为0.45%。
⑵考虑混凝土可泵性，采用碎石粒径为1～2cm连续级配的石子，含泥量小于1%。
⑶选用细度模数为2.7的中砂，含泥量小于2.2%。
⑷粉煤灰选用电厂Ⅰ级灰。
⑸掺用江苏省建筑科学研究院研制的JM-Ⅱ泵送剂和河北外加剂厂生产的DH9型引气剂。
2.3、试验用配合比
试验用的配合比如表1所示。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
3、混凝土性能试验
3.1、JM-II外加剂掺量对混凝土控制性能的影响
按出机时坍落度控制在140mm左右，观察外加剂掺量对混凝土用水量、和易性以及强度的影响，试验结果如表2所示。混凝土用水量随外加剂(JM-Ⅱ)掺量的增大而降低,当掺量大于0.8%后，用水量降低的幅度趋于减小，外加剂减水量最高可达31.1%；JM-Ⅱ掺量小于1.0%时，混凝土有较好的和易性，但掺量大于1.0%时，混凝土拌合物出现板结现象，当掺量达到1.6%时，混凝土7天强度较低，28天、90天强度也偏低，说明低胶材用量混凝土，外加剂(JM-Ⅱ)掺量不宜过大，JM-Ⅱ在0.5%～0.8%已有较好的性能。
3.2、混凝土含气量、坍落度损失试验
混凝土含气量、坍落度试验结果如表3所示。各试验混凝土含气量和坍落度经时损失较小；混凝土经静放1h后含气量仍均控制在3.6%～4.2%之内，说明混凝土的包裹好，保气性能好，保证了混凝土的抗冻耐久性；同时混凝土经静放1.5h后，坍落度仍保持在13cm左右，可以保证混凝土的正常施工。
3.3、混凝土凝结时间、泌水率试验
混凝土凝结时间、泌水率试验如表4所示，泵送混凝土需加入缓凝剂以延缓混凝土的凝结时间，因为如缓凝的时间太短，则不能满足施工要求，如时间过长又会影响强度和施工进度。从表4可知，各种混凝土的初凝13：00~15：30之间，终凝在15：00~19：00之间。表明已有充足的时间来完成混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实和抹面等施工工序；初、终凝时间差也较短，满足工程养护工作的要求。各试验的泌水率相当低，这也为泵送混凝土的正常施工提供了可靠的保证。
3.4、JM-Ⅱ外加剂对水泥水化热的影响。
JM-Ⅱ外加剂对水泥水化热影响试验结果如表5所示。JM-Ⅱ可显著降低水泥的早期水化热值，推迟水化放热最高峰出现的时间，有利于降低混凝土的早期升温，掺JM-Ⅱ的水泥1d、2d、3d龄期的水化热分别只有基准水泥的27.4%、59.3%和68.4%，7天水化热比基准水泥低28%。
3.5、混凝土抗渗、抗冻性能研究
针对JM-II外加剂的技术性能以及该人防地下室的设计要求——地下室有压力水存在，因此，选用水灰比较大的混凝土配合比进行抗冻、抗渗试验，试验结果如表6所示。相同水灰比时，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土试件的重量损失相应增多，相对动弹模随之减少，但混凝土抗冻等级均可达D150，抗渗等级也超过S8，因此混凝土配合比的设计完全满足该人防地下室对耐久性要求。
4、工程应用效果
该工程现场共留置150组立方体试块，其中C40混凝土测得7天抗压强度平均值为37.9MPa，28天为48.4Mpa，强度合格率100%。180天平均收缩值为1.11×10-4，收缩较小，体积稳定，表面无裂缝。混凝土初凝时间较长，初凝与终凝间隔相对较短，给施工带来很大方便，混凝土浇筑期间，偶遇中间停顿，也不会影响混凝土连续性作业，从未出现施工冷缝。而且终凝后，很快就可以进行下一道工序，加快模板周转速度，大大缩短工期。按18元/m3计算，共节约成本约20万元。混凝土坍落度经时损失很小，保水性较好，确保了远距离的泵送混凝土的正常施工。地下室也经历了夏季洪水的考验，至今没发现渗漏现象，受到使用单位好评，取得了显著的经济效益和社会效益。
5、结语
通过该工程实践及混凝土各项性能试验得出如下结论：（1）JM-Ⅱ混凝土外加剂能使混凝土有较好的和易性，能明显提高早期强度。（2）JM-Ⅱ混凝土外加剂能使水泥初期水化速度放慢，降低早期水化热，使水化更加有序，水化形成的结构更加密实。（3）、JM-Ⅱ混凝土外加剂能显著提高混凝土的抗冻、抗渗等耐久性能。
参考文献：
[1]何玉珍.一种新型混凝土高效缓凝减水剂的研究[J].红水河，1999，18(2)：44-46
[2]杨成球.混凝土掺超量外加剂的试验研究[J] .水电站设计，1998，14（3）：89-91
[3]伏文勇.三峡工程二阶段混凝土外加剂技术性能及应用[J] .港工技术，2000，4（4）：21-25
[4]尢启俊.外加剂在高性能混凝土中的应用[J].新型建筑材料，1999，6（6）：34-36