外加劑就是為改善和調節混凝土的機能而摻加的物質(zhì)。作為混凝土產(chǎn)業(yè)的重要組成部門(mén)，已經(jīng)起到越來(lái)越重要的作用。在混凝土中摻入適量的外加劑，能進(jìn)步混凝土質(zhì)量、改善混凝土機能、減少混凝土的用水量、節約水泥、降低本錢(qián)、加快施工進(jìn)度，是混凝土材料頂用量起碼但對其機能卻有極大影響的組分。
        我國1950年開(kāi)始研究混凝土外加劑，從引氣劑和塑化劑開(kāi)始，發(fā)展緩慢，直至1970年以后我國外加劑工業(yè)才得以迅猛發(fā)展。改革開(kāi)放以來(lái)，跟著(zhù)經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，大量基礎建設帶動(dòng)了外加劑行業(yè)的發(fā)展，其中萘系等表面活性劑為主的混凝土化學(xué)外加劑的科研、品種、出產(chǎn)和應用極為迅速。
1混凝土外加劑的分類(lèi)及其作用原理
1.1早強劑
        凡是摻入到水泥砂漿或混凝土中能加速水泥砂漿或混凝土硬化，進(jìn)步混凝土強度，尤其是早期強度的外加劑稱(chēng)為早強劑。較常用的早強劑有氯鹽類(lèi)（氯化鈣和氯化鈉）、硫酸鹽（硫酸鈉和硫代硫酸鈉）早強劑、三乙醇胺復合類(lèi)早強劑，復合早強劑的每一種組份在水泥石的結構形成的不同階段起作用，通過(guò)各種外加劑適當復合能以最有效的方式影響液相和固相的反應機能以及水泥石結晶結構的物理力學(xué)機能。
         氯鹽類(lèi)早強劑就早強效果來(lái)說(shuō)是最好的早強劑，其早強機理主要為氯化物與水泥中的C3A作用天生不溶于水的水化氯鋁酸鹽，加速了水泥中C3A的水化。氯化物和水泥水化所得的氫氧化鈣天生難溶于水的氯酸鈣，降低了液相中的氫氧化鈣的濃度，加速了C3A的水化，天生復鹽，增加了固相的比重，有利于水泥石的形成。缺點(diǎn)是氯離子含量過(guò)高，導致鋼筋銹蝕。
1.2減水劑
        國外減水劑的發(fā)展經(jīng)歷了上世紀30年代的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑，60年代的萘系和三聚氰胺系高效減水劑，以及90年代日本研究出的聚羧酸系高機能減水劑，減水劑的發(fā)展比中國早。而減水劑在我國的研究和使用稍晚，但是發(fā)展迅速，20世紀50年代開(kāi)始研究和使用木質(zhì)素磺酸鹽和引氣劑；70年代以后自主研發(fā)了萘系高效減水劑、蒽系高效減水劑等產(chǎn)品；90年代后期，改性三聚氰胺、氨基磺酸鹽、脂肪族高效減水劑經(jīng)歷了快速發(fā)展。近年來(lái)，聚羧酸系高機能減水劑是目前世界公認的研究和應用遠景最好的外加劑，海內外都進(jìn)行了大量的研究，也獲得了快速的發(fā)展。
減水劑在我國混凝土新技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，起到非常重要的作用，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)品在膠凝材料系統中的應用，已經(jīng)逐步成為優(yōu)質(zhì)混凝土必不可少的材料。
1.2.1聚羧酸類(lèi)減水劑合成
       聚羧酸類(lèi)減水劑的合成，一般采取“先接枝，后共聚”的合成工藝。選擇帶有磺酸基、羧基、氨基和聚氧乙烯側鏈的大分子單體，使其在引發(fā)劑的作用下與其他單體發(fā)生共聚反應，從而天生具有梳型結構的高分子化合物。
1.2.2脂肪族減水劑的合成
脂肪族減水劑是一種陰離子表面活性劑，是以醛和酮以及亞硫酸鹽為主要原料，經(jīng)由磺化、縮和而成。脂肪族減水劑的合成受到反應溫度、加料方式、原料配比等因素的影響較大。
1.2.3作用機理
         減水劑的憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，而親水基團指向水溶液，構成單分子或多分子層吸附膜。因為表面活性劑的定向吸附，使水泥膠粒表面帶有相同符號的電荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥－水體系處于相對不亂的懸浮狀態(tài)，而且能使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結構分散解體，從而將絮凝聚構內的水開(kāi)釋出來(lái)，達到減水的目的。
1.3緩凝劑
1.3.1分類(lèi)
        緩凝劑分為有機緩凝劑和無(wú)機緩凝劑兩大類(lèi)。其中無(wú)機緩凝劑主要有磷酸鹽、偏磷酸鹽類(lèi)、硼砂、氟硅酸鈉等。有機緩凝劑主要有羥基羧酸、胺基羧酸及其鹽類(lèi)、多元醇及其衍生物、糖類(lèi)等化合物。
1.3.2作用機理
目前認可的理論主要有吸附理論、天生絡(luò )鹽理論、沉淀理論和控制氫氧化鈣結晶生長(cháng)理論。
        大多數無(wú)機緩凝劑是電解質(zhì)鹽類(lèi)，一般以為是控制氫氧化鈣結晶生長(cháng)理論，以為緩凝劑在水溶液中電離出帶電離子，阻礙了Ca(OH)2結晶，使C3S無(wú)法正常天生水化硅酸鈣凝膠，阻止水泥水化，產(chǎn)生緩凝效果。
有機緩凝劑其中糖類(lèi)、多元醇及其衍生物主要作用機理為吸附理論，吸附理論以為吸附在水泥表面的緩凝劑按捺形成致密的帶電膜層，按捺水泥水化，從而達到緩凝效果。羥基羧酸、氨基羧酸及其鹽則以為是天生絡(luò )鹽理論，即緩凝劑的中羥基、羧基與鈣離子形成絡(luò )鹽，從而按捺氫氧化鈣的結晶。糖蜜緩凝劑則被以為是沉淀理論，緩凝劑在水泥表面天生難溶的沉淀物，按捺水與水泥的水化作用。
1.4引氣劑
引氣劑是指能在混凝土或砂漿中形成細小的平均分布的并在硬化后仍能保持空氣微泡的外加劑。主要機能是進(jìn)步混凝土的和易性和抗凍融性。
1.4.1引氣劑種類(lèi)
我國使用最普遍的引氣劑是松香皂類(lèi)的松香熱聚物和松脂酸鈉以及烷基苯磺酸鈉及烷基磺酸鈉或洗衣粉。
1.4.1.1松香類(lèi)引氣劑
           此類(lèi)引氣劑主要是松香酸皂化物(松脂皂)及松香和苯酚、硫酸、氫氧化鈉等在一定溫度下縮合反應成酯類(lèi)，進(jìn)一步發(fā)生分子間的縮聚變?yōu)檩^大分子的物質(zhì)，再經(jīng)氫氧化鈉處理成為鈉鹽的縮合熱聚物，即松香熱聚物引氣劑。松香的化學(xué)結構復雜，含有松脂酸類(lèi)、芬芳烴類(lèi)、芬芳醇類(lèi)、芬芳醛類(lèi)及氧化物等。其中松香酸具有羧基，加堿后發(fā)生皂化反應而天生松脂皂。
1.4.1.2非離子及陰離子表面活性劑
        非離子型表面活性劑，如OP-10，有一定的乳化、分散和引氣作用，其價(jià)格較貴。陰離子型表面活性劑，如烷基苯磺酸鹽類(lèi)，易溶于水，易起泡，但溶液的糙度較低，泡沫較大，較易消失。有些單位曾進(jìn)行過(guò)試驗，但未正式推廣應用。
       改良型陰離子表面活性劑-801氣劑，是近年來(lái)研制成的新品種。主要成分是高級脂肪醇的聚氧乙烯磺化物，其結構特點(diǎn)是在非離子型表面活性劑基礎上引入親水基，故易溶于水，起泡性好，泡沫較細而不亂，比松香類(lèi)使 用利便。
1.4.2工作原理
         引氣劑大部門(mén)為陰離子表面活性劑，其憎水基團向空氣定向吸收，而水泥水化粒子則吸附親水基團，憎水基背離水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附層，并力圖靠近空氣表面，因為這種粒子向空氣表面靠近和引氣劑分子在空氣水界面上的吸附作用，將明顯降低水的表面張力，使混凝土拌合過(guò)程中產(chǎn)生大量微細氣泡，這些氣泡帶有相同電荷的定向吸附層，所以相互排斥并能平均分布，另一方面很多陰離子引氣劑在含鈣量高的水泥水溶液中有鈣鹽沉淀，吸附于氣泡膜上，能有效的防止氣泡幻滅，引入細小平均的氣泡能在一定時(shí)間內不亂存在。
2外加劑的發(fā)展趨勢
        我國市場(chǎng)上混凝土需求量巨大，外加劑的需求也將進(jìn)一步擴大。目前外加劑市場(chǎng)仍舊存在入行門(mén)檻低、企業(yè)規模小、市場(chǎng)混亂、產(chǎn)能過(guò)剩等題目。因為企業(yè)規模小造成的研發(fā)投入少，出產(chǎn)過(guò)程環(huán)境污染題目嚴峻。未來(lái)還需要加大監管力度，進(jìn)步入行門(mén)檻，擴大企業(yè)規模、加大研發(fā)投入力度，提倡清潔出產(chǎn)。
2.1環(huán)保型外加劑
       跟著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，人們對環(huán)境保護越來(lái)越正視，外加劑的使用不僅能夠進(jìn)步混凝土的機能，而且能夠減少水泥和集料的消耗，進(jìn)而降低能耗料耗，從而達到減少環(huán)境污染的目的。本身多數外加劑是產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)品，如木質(zhì)素類(lèi)外加劑是產(chǎn)業(yè)造紙的副產(chǎn)物，假如直接排放，就會(huì )造成很大的環(huán)境污染。加以利用則能在保護環(huán)境的同時(shí)取得巨大經(jīng)濟效益。所以，混凝土外加劑的綠色化出產(chǎn)技術(shù)也是發(fā)展要求。
        聚羧酸類(lèi)外加劑自上世紀八十年代日本研發(fā)成功以來(lái)，因其高減水保坍性、環(huán)保性、無(wú)甲醛、低堿、低氯、合用性強，已然成為目前世界的研究熱門(mén)，發(fā)展迅猛，應用廣泛。目前已經(jīng)應用于鐵路、港口、水利、核電等領(lǐng)域，且在民用方面也取得很好的應用和發(fā)展，成為公認的配制高機能混凝土不可或缺的一種重要材料。因其無(wú)比優(yōu)良的機能，聚羧酸類(lèi)外加劑將逐步進(jìn)步其市場(chǎng)份額。
2.2復合多功能型
復合多功能型外加劑，使各種外加劑復合使用、取長(cháng)補短。要求機能良好、價(jià)格便宜、應用廣泛。
2.3品種系列化、多樣化
         因為水泥出產(chǎn)過(guò)程中大量使用產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)品和廢物，外加劑的適應性題目也日漸凸起。這就需要開(kāi)發(fā)出不同種類(lèi)的外加劑以合用不同的膠凝材料。例如聚羧酸類(lèi)外加劑，根據市場(chǎng)需求將會(huì )通過(guò)改變支鏈的方法研發(fā)出適應各種要求的品種，并利便工程使用和質(zhì)量控制。
2.4發(fā)展高強化、抗老化所需用的外加劑
目前，混凝土的強度不斷進(jìn)步，外加劑在進(jìn)步混凝土機能方面起到很大作用。未來(lái)還需要不斷研發(fā)出高強超高強混凝土的外加劑。
2.5降低外加劑的出產(chǎn)本錢(qián)
有些外加劑的出產(chǎn)本錢(qián)還比較高，這就需要我們不斷開(kāi)拓新的出產(chǎn)方法，降低本錢(qián)。充分利用各種產(chǎn)業(yè)廢物，優(yōu)化配方和出產(chǎn)工藝。打破出產(chǎn)原料的壟斷化出產(chǎn)，從而降低本錢(qián)。