洞穴棲身，摩天觀景
建筑承載人類文明的演化
外加劑從誕生之日起
就成為混凝土不可或缺的組分
它成就了混凝土的大發展
從天然物料到工業品
外加劑歷經數千年發展
漫長而緩慢
百年間的工業外加劑發展
突飛猛進
外加劑是如何誕生的？
它是如何改變混凝土世界的？
以下內容來自于中國混凝土外加劑博物館，如果你感興趣的話可以點擊《共享共創|中國混凝土外加劑博物館筑夢之旅》查看。
“混凝土外加劑是混凝土中除膠凝材料、骨料、水和纖維組分以外，在混凝土拌制之前或拌制過程中加入的，用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能，對生物安全、對環境無害的材料。”
——國標GB 8075-2017
外加劑的發展經歷過天然物料、工業替代品、工業品等發展階段。
1
天然物料年代/ 19C前
中國古建筑在施工中會摻入少量“添加劑”，它們巧妙地與古建筑施工材料混合，通過物理和化學反應提高古建筑強度、防潮、防老化等性能。
（1）糯米灌漿，加固建筑
糯米又稱江米，主要成分為支鏈淀粉，化學結構式為(C6H10O5)n。
圖片來源：攝圖網
研究表明：摻入糯米的灰漿具有強度大、韌性好、防滲性好、防腐性好等優點，其主要原因在于：糯米的主要成分支鏈淀粉為樹枝型分支結構的多糖大分子，黏性很強，其空間形態交錯有序，形成吸引力很大的空間網格，可限制Ca(OH)2與CO2的反應，對CaCO3方解石結晶體（灰土中的石灰）的大小和形貌也有調控作用，因而有利于結晶體的致密。
《天工開物》之《燔石·第十一》載：“用以襄墓及貯水池，則灰一分，入河沙、黃土二分，用糯粳米、羊桃藤汁和勻，輕筑堅固，永不隳壞，名曰三和土。”即在砌筑墓地、蓄水池等地下建筑時，用石灰、沙子、黃土按1∶2∶2混合，再摻入糯米、獼猴桃汁拌勻，即可建造出牢固不壞的建筑。
《天工開物》載：石灰1份、河砂2份，
加糯米糡、羊桃藤汁攪拌均勻制貯水池
（2）古建金磚，“使灰鉆油”
桐油是一種植物蛋白膠，具有很強的反應活性、干燥性能及聚合性能。
桐油易于在泥灰類粘接材料表面發生包裹作用，并填充顆粒間空隙，使水分更容易散失，起到防潮防滲作用。
圖片來源：攝圖網
紫禁城古建筑地面鋪墁金磚時，有一道“使灰鉆油”的工序，在鋪墁完的金磚面層上分三次澆筑桐油，澆筑桐油的金磚地面堅固密實，歷經數百年光亮如新。
太和殿金磚地面
圖片來源：百家號-不可不知的世界
（3）石材鋪墁 白礬“溜縫”
白礬主要成分為硫酸鋁鉀KAl(SO4)2·12H2O，溶于水后可生成氫氧化鋁等膠狀沉淀物，具有一定的膠凝功能。中國古建筑基礎、瓦石、彩畫等工程中巧妙摻入白礬。
圖片來源：攝圖網
現代科學研究表明：明礬摻入灰土后，會形成鈣礬石，其固相體積膨脹對糯米灰漿的干燥收縮起一定補償作用，因而有利于提高灰土的抗壓強度、耐水性能和耐凍融性能。
頤和園十七孔橋鋪墁所用灰漿多含有白礬。摻入白礬的灰漿材料不僅使得石材與基層牢固結合，還具有防水效果。
頤和園十七孔橋
圖片來源：攝圖網
2
替代品年代/ 19C-20C初
工程師在混凝土中添加工業物料，以改進水泥混凝土的強度、抗凍、耐水和澆筑等性能。這是現代外加劑的雛形。
3
工業品年代/ 20C
針對膠凝材料的特性和混凝土性能，工程師試制不同性能和品種的外加劑，開啟了現代外加劑的發展。
混凝土外加劑的第一次技術革命——木質素磺酸鹽等塑化劑
1935年，美國斯克里徹（E.W. Scripture）研制成功以木質素磺酸鹽為主要成分的塑化劑（Plasticizer），并推廣應用。這標志著現代意義上的混凝土外加劑歷史的開端。
此后，美國、英國和日本等國開始在公路、隧道和地下工程中使用引氣劑、塑化劑、防凍劑和防水劑。
高速公路
混凝土外加劑的第二次技術革命——萘系等高效減水劑
20世紀60年代，混凝土建筑的結構日趨復雜、體量日趨巨大。急需顯著改善混泥土物理、力學和耐久性能，以及其施工性能。開發高效外加劑及其應用技術成為必由之路。
1962年，日本服部健一（Kenichi Hattori）等首先研制出以β~ 萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽為主要成分的減水劑（萘系減水劑），具有高減水率、低凝結時間敏感性、低引氣量等優良特性，適合制備高強、大流動度混凝土。
萘系高效減水劑PNS分子結構
聯邦德國研制成功磺化三聚氰胺甲醛縮合物減水劑（蜜胺樹脂系減水劑）。蜜胺樹脂系系減水劑與萘系具有相同性能。
密胺樹脂高效減水劑PMS分子結構
此外還出現多環芳烴磺酸鹽甲醛縮合物減水劑。
這三類減水劑在減水率等性能遠超之前的木質素、萘磺酸鹽等減水劑，被稱為高效減水劑（High Range Water reducer）或超塑化劑（Superplasticizer）。
混凝土外加劑的第三次技術革命——聚羧酸系等高性能減水劑
1981年，日本枚田健（Tsuyoshi Hirata）發明聚羧酸系高性能減水劑（PCE），1985年開始應用于混凝土工程。
聚羧酸系高性能減水劑PCE分子結構
1995年，日本將聚羧酸系高效能減水劑列入JISA6204國家標準，并命名為高效能AE減水劑。并于1997年列入JASS5日本建筑學會標準。
從大地灣古代混凝土、古羅馬天然混凝土，到現代鋼筋混凝土、聚合物混凝土等，混凝土的材性、工藝、技術和設備不斷推陳出新，在世界得到廣泛應用，成為最重要的建筑材料之一。深刻地影響著人類建筑文明。
用羅馬混凝土建造的羅馬斗獸場
圖片來源：攝圖網
如果你對混凝土的歷史感興趣，可以點擊這里《最初的混凝土建筑，不是為人民建造的，而是為眾神建造的》了解更多它的故事。
而外加劑的出現和應用，徹底改寫了傳統混凝土的概念和性能。外加劑讓混凝土可以像水一樣流動、像石頭一樣結實和耐久，成為混凝土不可或缺的組分。
外加劑極大改善混凝土物理力學、耐久性能，以及施工性能，不斷刷新建筑高度、橋梁跨度、隧道長度、大壩高度。
1
天空之城
外加劑極大提高了混凝土的施工性能，使混凝土泵送高度越來越高，從“三峽大壩”到 “天空之城”。
圣潘克拉斯萬麗酒店 (1873)，82m
圖片來源：搜狐焦點-搜狐焦點網
帝國大廈(1931)， 381m
疏水劑、塑化劑
圖片來源：攝圖網
臺北101大樓(2004)，508m
聚羧酸系高性能減水劑
圖片來源：攝圖網
2
飛越山海
外加劑極大提高了混凝土的結構性能和耐久性，不斷刷新橋梁跨度。
趙州橋（AD618）,跨度37.02m
圖片來源：攝圖網
(a00001) 布魯克林大橋（1883），主跨486m
圖片來源：攝圖網
舊金山金門大橋(1937)，主跨1280m
圖片來源：攝圖網
3
穿山越嶺
外加劑極大提高了混凝土抗滲性能和調凝性能，使得混凝土能滿足隧道工程早強、速凝和防抗等性能要求，使隧道長度不斷取得突破。
(a00001) 英法海底隧道（1994）
50.5km，速凝劑
圖片來源：巴陵時尚-愛樂活小組
中國石太客運專線太行山隧道（2009）
27.84km，聚羧酸系高性能減水劑、速凝劑
圖片來源：VIP世界之最-V眼看世界
瑞士圣哥達基線隧道（2016）
57.6km，高效減水劑，速凝劑
圖片來源：搜狐號-56民族行
4
高峽平湖
外加劑極大改善了大壩混凝土水化溫升、抗裂、耐久性，不斷刷新大壩體量。
墨西哥奇科森壩（1970），261m
塔吉克斯坦努列克大壩（1980）
300m，高效減水劑
圖片來源：中國能源報
中國錦屏一級大壩（2013）
305m，緩凝高效減水劑
圖片來源：網易號-路過的萌主
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