一、 外加劑定義
1、定義：
混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入，用以改善混凝土性能的物質，摻量不大于水泥質量的5%(特殊性況除外)。外加劑主要用來改善新拌混凝土性能和提高硬化混凝土性能。
2、分類：
1）改善混凝土拌合物流變性能的外加劑；（各種減水劑、引氣劑和泵送劑等）
2）調節混凝土凝結時間、硬化性能的外加劑；（包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等）
3）改善混凝土耐久性的外加劑；（包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等）
4）改善混凝土其他性能的外加劑；（包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑等）
3、代號：
早強型高性能減水劑：HPWR-A
標準型高性能減水劑：HPWR-S
緩凝型高性能減水劑：HPWR-R
標準型高效減水劑：HWR-S
緩凝型高效減水劑：HWR-R
早強型普通減水劑：WR-A
標準型普通減水劑：WR-A
緩凝型普通減水劑：WR-R
引氣減水劑：AEWR
早強劑：Ac
緩凝劑：Re
引氣劑：AE
二、外加劑名稱及定義
普通減水劑： 普通減水劑是一種能保持混凝土坍落度一致的條件下減少拌合用水量的外加劑。
高效減水劑： 高效減水劑是一種能保持混凝土坍落度一致的條件下大幅度減少拌合用水量的外加劑。具有較高的減水率，較低引氣量。
主要有下列幾種：
a 萘系減水劑；
b 氨基磺酸鹽系減水劑；
c 脂肪族（醛酮縮合物）減水劑；
d 密胺系及改性密胺系減水劑；
e 蒽系減水劑；
f 洗油系減水劑。
高性能減水劑： 比高效減水劑具有更高減水率、更好坍落度保持性能、較小干燥收縮，且具有一定引氣性能的減水劑。其主要特點為：
a 摻量低（粉料的0.15%~0.25%），減水率高；
b 拌合物工作性及工作性保持性較好；
c 外加劑中氯離子和堿含量較低；
d 用其配置的混凝土收縮率較小，可改善混凝土的體積穩定性和耐久性；
e 對水泥的適應性較好；
f 生產和使用過程中不污染環境。
早強劑： 早強劑是一種加速混凝土早期強度發展的外加劑。
緩凝劑： 緩凝劑是一種延長混凝土凝結時間的外加劑。
其主要種類有：
a 糖類及碳水化合物，如淀粉 纖維素的衍生物等；
b 頸基羧酸，如檸檬酸 酒石酸 葡萄糖酸以及其鹽類；
e 可溶硼酸鹽和磷酸鹽等。
引氣劑： 引氣劑是一種在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩定而封閉的微小氣泡，而且在硬化后能保留在其中的一種外加劑。
防凍劑： 防凍劑是一種能使混凝土在負溫下硬化，并在規定養護條件下達到預期性能的外加劑。
速凝劑： 速凝劑是一種能使混凝土迅速凝結硬化的外加劑。
防水劑（抗滲劑）： 防水劑是一種能降低砂漿、混凝土在靜水壓力下的透水性的外加劑。
保水劑： 保水劑是一種能使混凝土或砂漿的泌水量減少，防止離析，增強可塑性及和易性，從而減少水分損失的外加劑。
泵送劑： 泵送劑是一種能改善混凝土拌合物泵送性能的外加劑。
膨脹劑： 膨脹劑是一種能使混凝土產生一定體積膨脹的外加劑。
灌漿劑： 灌漿劑是一種能改灌漿料的澆注性能，對流動性、膨脹、體積穩定性、泌水離析等一種或多種性能有影響的外加劑。
阻銹劑： 阻銹劑是一種能抑制或減輕混凝土中鋼筋或其它預埋金屬銹蝕的外加劑。
三、高效減水劑的種類和特點
萘系減水劑
其生產原料來自煤焦油，為含單環、多環或雜環芳烴并帶有極性磺酸基團的聚合物電解質，相對分子質量在1500—10000的范圍內。
由于萘系減水劑(β—磺酸甲醛縮合物)生產工藝成熟、原料供應穩定且產量大、性能優良穩定，故應用范圍廣。
萘系高效減水劑根據硫酸鈉含量 不同分為高濃型和低濃型兩種，高濃型硫酸鈉含量一般在5%左右（以干粉計，下同），而低濃型在20%左右。
氨基磺酸鹽系減水劑
氨基磺酸鹽系減水劑一般是在一定溫度條件下，以對氨基苯磺酸、苯酚、甲醛為主要原料縮合而成，也可以聯苯酚及尿素為原料加成縮合 。
氨基磺酸鹽系減水劑是一種非引氣可溶性樹脂減水劑，生產工藝較萘系減水劑簡單。氨基磺酸鹽系高效減水劑減水率高，坍落度損失較小，混凝土抗滲性、耐久性好。氨基磺酸鹽系減水劑對水泥較敏感，過量時容易引發泌水。它與萘系減水劑復合使用有較好的效果，特別是在防止混凝土坍落度損失過快方面有較好的作用。
聚氰胺系高效減水劑
三聚氰胺系高效減水劑(俗稱蜜胺減水劑)，化學名稱為磺化三聚氰胺甲醛樹脂。
該類減水劑實際上是一種陰離子型高分子表面活性劑，具有無毒、高效的特點，特別適合高強、超高強混凝土及以蒸養工藝成型的預制混凝土構件。研究結果表明，磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑對混凝土性能的影響與其相對分子質量及磺化程度有密切關系，而分子中的-S03基團是其具有表面活性及許多其它重要性能的最主要原因，因此提高樹脂磺化度可顯著增強其表面活性。
羧酸鹽系高效減水劑
該分子結構為梳型的聚羧酸鹽系減水劑可由帶羧酸鹽基(-COOMe),磺酸鹽基(-S03 Me )、聚氧化乙烯側鏈基的烯類單體 按一定比例在水溶液中共聚而成，其特點是在其主鏈上帶有多個極性較強的活性基團，同時側鏈上則帶有較多的分子鏈較長的親水性活性基團。
有以下幾個特點：
(1)低摻量(質量分數為0.2%-0.5%)而分散性能好；
(2)經時坍落度損失小，90 min內坍落度基本無損失；
(3)在相同流動度下比較時，可以延緩水泥的凝結；
(4)分子結構上自由度大，制造技術上可控制的參數多，高性能化的潛力大；
(5)合成中不使用甲醛，因而對環境不造成污染；
(6)與水泥和其它種類的混凝土外加劑相容性好；
(7)使用聚羧酸鹽類減水劑，可用更多的礦渣或粉煤灰取代水泥，從而降低成本。
四、減水劑對混凝土性能的作用機理
一般認為減水劑能夠產生減水作用主要是由于減水劑的吸附和分散作用所致。研究混凝土中水泥硬化過程可以發現，水泥在加水攪拌的過程中，由于水泥礦物中含有帶不同電荷的組分，而正負電荷的相互吸引將導致混凝土產生絮凝結構（如圖）。絮凝結構也可能是由于水泥顆粒在溶液中的熱運動致使其在某些邊棱角處互相碰撞、相互吸引而形成。由于在絮凝結構中包裹著很多拌合水，因而無法提供較多的水用于潤滑水泥顆粒，所以降低了新拌混凝土的和易性。
因此，在施工中為了較好地潤滑水泥顆粒，并達到分散的目的，就必須在拌合時相應地增加用水量，而這種用量的水遠遠超過水泥水化所需的水，從而導致水泥石結構中形成孔隙，致使其物理力學性能下降，從而留下缺陷，加速了混凝土因各種外界環境條件的作用而劣化，導致耐久性性能下降。加入混凝土減水劑就是將這些多余的水分釋放出來，使之用于潤滑水粒顆粒，減少拌合水用量，因而提高混凝土物理力學性能和耐久性性能。
混凝土中摻人減水劑后，可在保持水灰比不變的情況下增加流動性。普通減水劑在保持水泥用量不變的情況下，使新拌混凝土坍落度增大250px以上，高效減水劑可配制出坍落度達到625px的混凝土。
減水劑除了有吸附分散作用外，還有濕潤和潤滑作用。水泥加水拌合后，水泥顆粒表面被水所濕潤，而這種濕潤狀況對新拌混凝土的性能影響甚大。濕潤作用不但能使水泥顆粒有效地分散，亦會增加水泥顆粒的水化面積，影響水泥的水化速率。減水劑中的極性憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面上，而親水基團向外定向排列。親水基團很容易和水分子以氫鍵形式結合。當水泥顆粒吸附足夠的減水劑分子后，借助于磺酸基團負離子與水分子中氫鍵的締合，水泥顆粒表面便形成一層穩定的溶劑化水膜，顆粒之間因這層水膜的隔離而得到潤滑，相對滑移更容易。由于減水劑是極性分子，吸附在水泥顆粒表面，向外帶相同的電荷，而向內則帶另一種極性的相同電荷，故形成雙電層。由于水泥顆粒表面均帶相同的電荷，從則由于靜電相斥作用而分散。
以上所介紹的就是減水劑的一種減水機理，即靜電斥力的解釋。但是，作為高效減水劑，特別是聚羧酸鹽類高效減水劑，由于側鏈結構復雜，因此只用一種靜電斥力的機理，并不能為何減水效果更好，坍落度更大的問題。 該類減水劑結構呈梳形，主鏈上帶有多個活性基團，并且極性較強，還有較強的親水性的基團。有人對氨基磺酸鹽系(SNF)和聚竣酸鹽系(PC)高效減水劑進行了比較，結果表明，在水泥品種和水灰比均相同的條件下，當SNF和PC高效減水劑摻量相同時，水泥粒子對PC的吸附量以及摻PC水泥漿的流動性都大大高于摻SNF系統的對應值。但摻PC系統的雙電層ζ電位絕對值卻比摻SNF系統的低得多（ζ電位是負值，它的絕對值越大，顆粒之間的靜電斥力越大），這與靜電斥力理論是矛盾的。這也證明PC發揮分散作用的主導因素并非僅是靜電斥力，而是由減水劑本身大分子鏈及其支鏈所引起的空間位阻效應。這就是高效減水劑的空間位阻解釋。
靜電斥力理論適用于解釋分子中含有一S03基團的高效減水劑，如萘系減水劑、三聚氰胺系減水劑等，而空間位阻效應則適用于聚羧酸鹽系高效減水劑。 具有大分子吸附層的球形粒子在相互靠近時，顆粒之間的范德華力（分子引力）是決定體系位能的主要因素。當水泥顆粒表面吸附層的厚度增加時，有利于水泥顆粒的分散。聚羧酸鹽系減水劑分子中含有較多較長的支鏈，當它們吸附在水泥顆粒表層后，可以在水泥表面上形成較厚的立體包層，從而使水泥達到較好的分散效果。
五、混凝土外加劑的主要功能
a 改善混凝土或砂漿拌合物施工時的和易性；
b 提高混凝土或砂漿的強度及其他物理力學性能；
c 節約水泥或替代特種水泥；
d 加速混凝土或砂漿的早期強度發展；
e 調節混凝土或砂漿的凝結硬化速度；
f 調節混凝土或砂漿的含氣量；
g 降低水泥初期水化熱或延緩水化放熱；
h 改善拌合物的泌水性；
i 提高混凝土或砂漿的耐各種侵蝕性鹽類的腐蝕性；
j 減弱堿-集料反應；
k 改善混凝土或砂漿的毛細孔結構；
l 改善混凝土的泵送性；
m 提高鋼筋的抗銹蝕能力；
n 提高集料與砂漿界面的粘結力，提高鋼筋與混凝土的握裹力；
o 提高新老混凝土界面的粘結力等。
外加劑勻質性試驗方法
勻質性指標
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項目 |
指標 |
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氯離子含量/% |
不超過生產廠控制值 |
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總堿量/% |
不超過生產廠控制值 |
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含固量/% |
S >25%時，應控制在0.95 S~1.05 S；
S≤25%時，應控制在0.90 S~1.10 S |
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含水率/% |
W >5%時，應控制在0.90 W~1.10 W
W≤5%時，應控制在0.80 W~1.20 W |
|
密度/（g/cm3） |
D > 1.1%時，應控制在D＋0.03;
D≤1.1.%時，應控制在D＋0.02 |
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細度 |
應在生產廠控制范圍內 |
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pH值 |
應在生產廠控制范圍內 |
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硫酸鈉含量/% |
不超過生產廠控制值 |
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注1：生產廠應在相關的技術資料中明示產品勻質性指標的控制值；
注2：對相同和不同批次質檢的勻質性和等效性的其他要求，可有工序雙方商定；
注3：表中的S, W和D 分別為含固量，含水率和密度的生產廠控制值 |
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