浅谈混凝土外加剂在超长结构设计中的应用

摘要：我国经济飞速增长，建筑行业发展日新月异，建筑理论结构设计水平越来越高，超长结构的设计应用也越来越普遍。在超长结构的设计施工中，由于超长结构的承载强度要求已经达到了普通混凝土的承载极限，使用混凝土外加剂增强混凝土结构强度是必须的。混凝土外加剂是在混凝土搅拌时或搅拌前掺入的掺量不大于5%并对砼的正常性能要求而改善的物质。一般掺入量不大于生理水泥的5%。本文就混凝土外加剂在超长混凝土结构中的应用进行研究，与大家一起探讨。

关键词：超长结构设计混凝土外加剂应用研究

中图分类号：TU37文献标识码： A

在建筑材料中加入化学制剂的历史悠久，在天然凝胶材料的使用中人类已经意识到了通过加入一些有机物质能够使凝胶材料发挥更好的性能，例如加入油脂、血等。根据历史记载，铜雀台的修建中就在建筑材料中加入了植物油，而和州城墙和永定河堤在建筑过程中分别加入了糯米水和石灰、牛血。

在国外，美国在十九世纪三十年代开始使用亚硫酸盐纸浆废液来改善混凝土的强度和耐久度。这是现代意义上混凝土外加剂的第一次尝试。在六十年代，日本学者研究出萘磺酸盐甲醛缩合物，用做混凝土外加剂，作为商品出售。之后德国和苏联先后研制出了三聚氰胺磺酸盐和超塑化剂。

国内在上个世纪五十年代引进了美国沙文引气剂，在天津新港建设中成功应用。之后国内开始了自主生产混凝土添加剂的进程，在改革开放的推动下混凝土添加剂的研制成为了新兴产业。随着建筑业发展的逐渐现代化，对混凝土外加剂的要求逐渐变化为满足积极中搅拌的商品化。在国内一二线城市，混凝土添加剂的应用很广泛，但是总体来说，我国混凝土外加剂的应用仍然落后于国外。根据相关专家的调查数据，国内应用外加剂的混凝土占混凝土总量的38%，这同国外的50%到80%的占有率相比还是存在差距的。尤其是外加剂在超长结构中的应用需要进一步重视。

混凝土外加剂概况

分类

根据主要功能可以分为几种:

1.增加流动性。包括减水剂、引气剂、泵送剂等。

2.调整含气量。包括引气剂、加气剂、泡沫剂等。

3.控制混凝土凝结时间和硬化性能。包括缓凝剂、速凝剂、早强剂。

4.改善混凝土抗性的外加剂。包括引气剂、抗冻剂、阻绣剂等。

引气剂是能够在搅拌过程中产生大量均匀气泡的外加剂。

泵送剂是在添加后明显改善混凝土泵送性能的外加剂。

缓凝剂是减慢混凝土凝结固化的外加剂。一般缓凝剂都有减水作用。

早强剂是可以加强混凝土早期强度的外加剂。

速凝剂是使混凝土迅速凝结固化的外加剂。

防水剂是能够降低混凝土静水压力下透水性的外加剂。

膨胀剂能够使混凝土产生一定体积的膨胀。

阻锈剂是能够减缓混凝土中预埋金属锈蚀的外加剂。

减水剂是在混凝土坍落度基本相同时，在加入后能够减少拌合物用水量的外加剂。有普通减水剂和高效减水剂两种。

（二）外加剂的选择原则。

1.选择外加剂时根据设计要求对混凝土各项性能指标的规定确定添加剂。要求混凝土的高强度时要采用减水剂或者高效减水剂。喷射混凝土中需要添加速凝剂，对防水抗渗有要求的混凝土需要添加防水剂。

2.根据施工环境和要求选择外加剂。选择外加剂要考虑施工条件对混凝土性能的需求。在冬天进行施工需要加入防冻剂，夏天需要加入缓凝剂，钢管混凝土需要加入提高密度和紧密型的自密实性外加剂。

3.通过比较确定外加剂。外加剂生产厂家众多，厂家之间的信誉 、质量差别很大，要选择经过国家质检部门认证合格的产品。。

4.考虑外加剂和混凝土之间的适应性。

二、混凝土外加剂的使用

经过实践检验可以得知，添加剂的加入方式对于混凝土性能存在着一定影响。目前外加剂的掺入方式总共有三种，分别为先掺入法、同掺入法、后掺入法。

1.先掺入法。粉刷外加剂和水泥先混合，再加等料与水一起搅拌。这种方法不适用于高效减水剂，在进行搅拌时一定要注意外加剂和水泥之间的搅拌要均匀。

2.同掺入法。在进行混凝土搅拌时外加剂和水一同添加，这是使用最广泛的一种方法。

3.后掺入法。分为滞水法和分批添加法。滞水法是在搅拌混凝土过程中外加剂滞后于水一到三分钟。分批次添加即分批次添加。后掺法优点很明显，可以补偿和恢复坍落度值，减少减水剂的掺量。

钢筋混凝土超长结构设计

设计原理探索。

混凝土膨胀剂的应用原理。在混凝土凝结初期，化学反应导致体积缩减，成为化学收缩。中期水分蒸发，干燥是谁的结构在使用过程中随着温度下降进一步收缩。当收缩量达到了混凝土结构的承载极限时，混凝土结构表面开始产生裂纹，裂缝对混凝土结构的力学性能、抗渗性能等都会产生弱化，当冬天裂缝渗入水后结冰膨胀，造成的破坏尤为严重。为了解决这个问题，人们利用了一种能够与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石、氢氧化钙，或者钙矾石和氢氧化钙使混凝土产生体积膨胀的外加剂——混凝土膨胀剂。膨胀剂有石灰系列、铁粉系列、复合型等。

国内膨胀剂品种繁多五花八门，上升到原理层面则基本大同小异。通过钙矾石化学组成中包含的大量结晶水，使得体积膨胀到1至1.5倍。膨胀剂能弥补各种形式的收缩，保证混凝土结构的稳定性和密实性。同时钙矾石相的形成能够增加整个体系内的固相体积，体积膨胀也会到来一定的负面影响，需要通过对膨胀剂化学成分的调节进行控制。

超长结构混凝土裂缝控制理论

大量的工程和亚微观研究都证明了混凝土结构的裂纹是不可避免的，只能通过科学的方法进行裂纹尺寸的控制，同时确定裂纹存在的安全系数。这些研究统称为“建筑物的裂纹控制。”

根据相关标准规定，一般工业用民用建筑宽度小于0.05mm的裂纹对防水、防腐、承重都没有明显危害。通常可以假定裂纹小于0.05mm的建筑物就是无裂纹建筑物。无裂纹建筑物设计就是裂纹尺寸小于0.05mm的建筑物。

工程实际中结构物产生的裂纹，固结构变形造成的约占80%，外载荷造成的裂纹约有20%。所以，混凝土变形造成的裂纹是裂纹产生原因中最重要的因素。在进行结构设计时不仅仅要进行好结构的受力分析，还要控制混凝土的变形量，避免产生有害裂缝。

混凝土外加剂在超长结构中的使用

超长结构混凝土施工方案基本同普通混凝土施工一致。但是超长结构混凝土结构的收缩路很大，同时由于结构的特殊性，对于裂纹敏感度更大因此必须加入膨胀剂来控制裂纹尺寸。

膨胀剂必须经过检验合格方可使用,在14d的限制膨胀率E2要能达到(2~4)x10-4,防止以次充好。

掺膨胀剂的混凝土膨胀值和应力值应该随着水泥用量的增大而增大。补偿收缩混凝土单位胶凝材料用量不宜小于300kg/m3.

施工过程严格控制水灰比，不能过大，否则会降低混凝土强度且增加干缩比。夏季施工要降低入模温度。

膨胀剂和水泥混合后会发生化学反应，拌合的时间越长，塑性膨胀量越大，有效膨胀率越小。在设计施工时要考虑运输距离不能太远。

掺外加剂的混凝土浇筑之后，由于补偿收缩混凝土泌水性好，表面水分蒸发会导致内部产生水化热消耗大量水，水分无法迁移，表面缺水容易形成早期塑性干缩细裂纹。在早期一定要注意保湿保养。墙体不保水的结构拆模之前更应该注意保护，可采用多孔淋水管进行养护。浇筑过程中由于拌合物粘稠，有配筋支撑的地方沉降慢，没有的地方快，造成不均匀沉降，容易在沿着配筋方向产生裂纹，需要对混凝土进行多次振捣。

结束语：

混凝土超长结构的建设对混凝土的强度提出了更高的要求，为了满足超长结构建设的需要，进行混凝土配置时需要加入膨胀剂、减水剂等外加剂进行改性，使混凝土能够满足使用要求。经过实践检验可以表明，混凝土外加剂的使用为超长建筑的建设提供了可能，合理正确的应用使超长结构得以建成。

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