《混凝土外加剂选》ppt课件

1、五、混凝土外加剂 Admixtures for Concrete 根本概念 v外加剂在混凝土中参与除四种主要组分 以外的其它外加资料。 v种类化学外加剂和矿物外加剂： v矿物外加剂：掺加量在水泥质量5%以上的称 为掺和料； v化学外加剂：掺加量在水泥质量5%以下的称 为外加剂。 学习要求 掌握外加剂的重要种类 物理化学特征 作用机理 运用及其负作用 为什么要运用外加剂？ v单纯依托调理水、水泥和骨料用量，难以处理以下 技术问题 v用水量与良好和易性间的矛盾； v施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求； v耐久性对低连通孔隙率的要求。 v外加剂是处理上述问题，改善混凝土性能，以满足 工程特

2、殊要求的重要技术途径； v如今有70%80以上的混凝土运用了外加剂； 为什么要运用外加剂？ 外加剂的作用 改善混凝土拌合物的和易性； 加快或延缓凝结时间； 控制强度增长； 提高抗冻融、热开裂、碱骨料膨胀、硫酸盐侵蚀 和钢筋锈蚀等作用下的耐久性； 节约水泥用量，降低本钱； 减少放热速度，控制温升。 (一) 化学外加剂 种类： 按照组成有：有机质和无机质外加剂 有机质外表活性物质 无机质电解质盐类化合物 按照功能有： 改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等； 调理凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等； 减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等； 提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等； 其它：防冻剂、泡沫剂、消泡

3、剂等。 混凝土外加剂的开展 1885 氯化钙氯化钙(促凝剂促凝剂)的专的专 利利 1925 水密性外加剂水密性外加剂 1930 铝铝 粉粉(发泡剂发泡剂) 1932 萘磺酸甲醛缩合物萘磺酸甲醛缩合物(减减 水剂水剂) 1938 引气剂引气剂 1938 早强剂与缓凝剂早强剂与缓凝剂 1939 木质磺酸盐木质磺酸盐(减水剂减水剂) 1950 消泡剂消泡剂 1955 冰点降低剂冰点降低剂 1960 密胺树脂密胺树脂(减水剂减水剂) 1993 聚丙烯酸聚丙烯酸(减水剂减水剂) 1997 聚羧酸脂聚羧酸脂(减水剂减水剂) 1、减水剂 Water Reducers v减水剂功能上能在和易性不变时，减少单位

4、用 水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或 二者都具备又不改动含气量的外加剂。 v组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的外 表活性物质。 v种类： v减水效果 v普通减水剂(也称塑化剂，Plasticiser) v高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser) v复合功能 v早强减水剂 v缓凝减水剂 v引气减水剂 1) 减水剂的组成与分子构造特点减水剂的组成与分子构造特点 v减水剂都是外表活性剂，分子构造中含有亲水的 离子基团和碳氢分子链，其中： v离子基团是酸根离子或氨基，如：SO3-、 COO-、NH 3 +等； v碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基 等。

5、v其构造如以下图所示： 阴离子基团 碳氢链 木质素磺酸盐的反复构造单元 2) 减水剂的物理化学特征减水剂的物理化学特征 v可溶于水，能显著降低水的外表张力； v能吸附在固体外表，并在固体外表定向陈列，构成 外表吸附分子层，降低水固界面张力。 3) 减水剂的作用效果 经过潮湿、光滑、分散、塑化等作用，能 使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从 而，获得以下效果： 在坚持用水量不变的条件下，增大坍落度，改 善和易性，使混凝土易于浇注、成型密实； 在坚持坍落度不变的条件下，减少用水量，降 低水灰比(水胶比) ，提高混凝土强度和抗渗 性； 在坚持混凝土强度和和易性，在减少用水量的 同时减少水泥用量。

6、坍落度坍落度(inch) (inch) 减水剂掺量减水剂掺量(水泥质量的水泥质量的) 减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响 当水灰比一 定时，混凝土 拌合物的坍落 度随着减水剂 掺量的添加而 增大 水灰比水灰比 减水剂掺量减水剂掺量(水泥质量的水泥质量的) 减水剂掺量对水灰比的影响 当坍落度恒定 时，新拌混凝土 的水灰比随着减 水剂掺量的添加 而减小 4) 减水剂的作用机理减水剂的作用机理 v当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散 体系，由于以下缘由而产生絮凝构造，使得部分拌 合水包含其中，不能奉献给水泥浆的流动性： v水具有高外表张力(氢键分子构造) v水泥颗粒边、角和外表正负电荷间的相互

7、吸力 v当减水剂参与到水泥浆中，吸附在水泥颗粒外表， 离子基团朝向水，使水泥颗粒外表带有几毫伏的负 电荷，引起水泥颗粒相互排斥，突破了絮凝构造， 释放其包含的水，改善分散性静电排斥作用； v由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，构成吸 附层包裹在水泥颗粒外表，产生空间位阻效应，妨 碍水泥颗粒的严密接触，阻止絮凝构造的构成。 4) 减水剂的作用机理减水剂的作用机理 加减水剂前的 絮凝构造 减水剂分子在水泥颗粒外表的吸附 参与减水剂后，絮凝 构造被突破 问题：试从水泥浆的组成与分散体构造， 分析减水剂的作用机理？ 解答： 1) 由于水泥颗粒之间和水泥颗粒与水之间的的 相互吸力，导致水泥颗粒在水中分

8、散困难， 水泥颗粒容易相互粘聚构成絮凝构造，有 1030%的拌和水被包含在其中，从而降低了 水泥浆的流动性。 2当减水剂参与水泥浆中，减水剂分子吸附在水泥颗粒外表，当减水剂参与水泥浆中，减水剂分子吸附在水泥颗粒外表， 作定向陈列，组成了单分子或多分子吸附层，使水泥浆构造作定向陈列，组成了单分子或多分子吸附层，使水泥浆构造 发生了变化：发生了变化： 水泥颗粒外表带一样电荷，相互间的静电斥力使水泥颗粒易于水泥颗粒外表带一样电荷，相互间的静电斥力使水泥颗粒易于 分散；分散； 减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒外表溶剂化层增厚，产减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒外表溶剂化层增厚，产 生空间位阻，添加

9、了水泥颗粒间的滑动才干，减少了粘滞性，生空间位阻，添加了水泥颗粒间的滑动才干，减少了粘滞性， 添加光滑性；添加光滑性； 水泥颗粒易于潮湿，自动粘聚才干减弱，塑化才干加强。水泥颗粒易于潮湿，自动粘聚才干减弱，塑化才干加强。 5) 减水剂的种类及其运用减水剂的种类及其运用 v普通减水剂 v高效减水剂 普通减水剂 Water-reducer v特点： v普通含有杂质； v减水率较小，约10%； v有一些副作用； v主要种类 v木质素磺酸盐(木钙， ) v 副作用：引进气泡多而大 v羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸钠等) v 副作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合 物含气量 v多元醇(如糖钙等)

10、 ； v 副作用：缓凝但不影响含气量 高效减水剂 High-range Water-reducer v特点： v具有较高的分子量，纯度较高； v减水效率高，在掺量较小的条件下，可获得高效； v副作用小。 v种类： v改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素盐； v磺化密胺缩合树脂，普通是钠盐； v磺化萘甲醛缩合树脂，普通也是萘磺酸钠盐； v含有羧基和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧 酸酯，聚醚等； 高效减水剂的运用，成为混凝土技术开高效减水剂的运用，成为混凝土技术开 展里程一个重要的里程碑，运用它可以配展里程一个重要的里程碑，运用它可以配 制出流动性满足施工需求且水灰比低，因制出流动性满足施

11、工需求且水灰比低，因 此强度很高的高强混凝土、可以自行流动此强度很高的高强混凝土、可以自行流动 成型密实的自密实混凝土，以及充分满足成型密实的自密实混凝土，以及充分满足 不同工程特定性能需求和匀质性良好的高不同工程特定性能需求和匀质性良好的高 性能混凝土。性能混凝土。 减水剂的技术经济效果 v在坚持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增 大100200mm； v在坚持坍落度不变的情况下，运用水量减少 10%15%，抗压强度添加15%40%； v在坚持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥 10%15%； v混凝土的渗水性可降低40%80%； v可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂景象。 减水剂

12、的技术经济效果 不同减水剂的减水率 木质磺酸盐 515% 密胺树脂 525% 萘磺酸盐甲醛缩合物 1525% 聚丙烯酸盐 2030% 聚羧酸脂 2540% 2、引气剂、引气剂 v什么是引气剂？ v 能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小 气泡(孔径为0.012mm)，并在硬化后仍能稳定存在 的外加剂。 v组成特点：带有憎水基和亲水基的外表活性剂 v物理化学特性： v可溶于水； v降低水的外表张力； v能吸附在气泡外表，使之稳定。 (1) 引气机理引气机理 v搅拌水可产生气泡，但很快消逝，为什么？ v 水的外表张力是气泡不稳定！ v水中参与引气剂后 v水的外表张力降低，在搅拌过程中将空气引入而

13、 产生许多气泡； v经过吸附于气泡外表构成单分子膜，减小液气 界面能(外表张力)，使气泡外表的液膜巩固不易 破裂而稳定存在。 (2) 引气剂的作用效果引气剂的作用效果 v改善拌和物的和易性，减少用水量5%9%，改善保 水性，减少泌水性； v混凝土的抗渗性提高50%，抗冻标号提高3倍； v降低混凝土的强度，引入1%的空气，可使强度下降 56%； v增大变形性，降低弹性模量，提高抗裂性和抗冲击 性。 (3) 常用引气剂常用引气剂 v松香热聚物； v松香皂； v烷基苯磺酸钠； v脂肪酸硫酸钠； v烷基酚环氧乙烷缩合物等。 v 其用量普通为水泥质量的(0.51.2)/10000 问题？ 减水剂与引气剂

14、均是外表活性剂，那么，减水剂 能否可当引气剂用？为什么？ 答：不能！ 由于减水剂没有稳泡作用，减水剂分子中的碳 氢链是极性，与水有较强的相互作用；而引气剂 分子的碳氢链是非极性的，完全憎水！ 3、调理混凝土凝结时间的外加剂 v土木工程运用中，有时需求调理混凝土的凝结时间： 例如： v隧道内衬、水下工程施工要求混凝土喷出后能迅速 凝结； v道路修补工程要求混凝土早期强度高，以便早日开 放交通； v冬天施工，要求混凝土强度增长快，以免冻坏； v大体积工程要求混凝土缓慢凝结，以免水化放热太 快引起温度应力和变形开裂。 调理凝结时间的外加剂种类 v早强剂 v防冻剂 v速凝剂 v v缓凝剂 v 主要成分

15、有： 氯化物：氯化钙、氯化钠； 硫酸盐：石膏、硫酸钠； 三乙醇胺以及复合早强剂。 主要成分有：水溶性铝酸盐、纯碱、碳酸钠， 碱金属硅酸盐等。 主要成分有：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、 碳酸盐等。 主要成分：糖蜜、酒石酸、柠檬酸、硼酸 盐、锌酸盐等。 调理凝结时间的外加剂种类 v早强剂 v 早强剂能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土 早期强度，而对后期强度无显著影响的外加剂称 为早强剂。 v防冻剂 v 在负温下运用的早强剂称为防冻剂或防冻早 强剂，它能降低冰点，促使水泥水化放热反响， 到达抵抗冰体膨胀的临界强度 v速凝剂 v 能使水泥混凝土急速凝结硬化(15min内初 凝，210min内终凝)的外加剂

16、。 v缓凝剂 v 能延缓水泥混凝土凝结硬化时间，并对后 期强度无显著影响的外加剂 (二) 矿物外加剂(掺合料) 问题？ 混凝土中为什么要运用矿物外加剂或掺合 料？ 替代水泥，所以也称水泥代用资料 改善混凝土微构造，尤其是界面过渡区构造 改善混凝土性能，尤其是耐久性 维护生态环境，节约资源和能源 主要矿物外加剂(掺合料)的种类 v粉煤灰 v 煤粉在锅炉中熄灭后的灰份； v磨细矿渣 v 高炉炼铁排出的废渣，经粉磨后运用； v硅灰 v 消费硅铁合金排出的烟气冷凝构成微细的粉末； v磨细石灰石粉 v 将石灰石骨料开采时的碎屑磨成粉末 主要矿物外加剂(掺合料)的种类 v粉煤灰 v 煤粉在锅炉中熄灭后的灰

17、份； v磨细矿渣 v 高炉炼铁排出的废渣，经粉磨后运用； v硅灰 v 消费硅铁合金排出的烟气冷凝构成微细的粉末； v磨细石灰石粉 v 将石灰石骨料开采时的碎屑磨成粉末 氧化物 粉煤灰 磨细矿渣 硅粉 水泥 低钙 高钙 SiO2 48 40 36 97 20 Al2O3 27 18 9 2 5 Fe2O3 9 8 1 0.1 4 MgO 2 4 11 0.1 1 CaO 3 20 40 64 Na2O 1 0.2 K2O 4 0.5 主要矿物外加剂(掺合料)的化学组成 六、混凝土质量控制 (一)混凝土质量的动摇 根本概念：根本概念： 混凝土本身的质量不是完全均匀的，其性能测试数据混凝土本身的质量

18、不是完全均匀的，其性能测试数据 存在一定的离散性，这是一个客观存在的现实，是存在一定的离散性，这是一个客观存在的现实，是 必然出现的。必然出现的。 但只需根据产生动摇的缘由，科学合理的控制混凝土但只需根据产生动摇的缘由，科学合理的控制混凝土 消费过程的各个环节，可以使混凝土的质量动摇控消费过程的各个环节，可以使混凝土的质量动摇控 制在一定的范围内，以满足工程运用的要求，这是制在一定的范围内，以满足工程运用的要求，这是 可以做到的。可以做到的。 混凝土质量动摇的缘由 v资料组成 v 混凝土是多组分资料混合构成的， 原资料的质量、组成配比等要素都会导 致混凝土质量的动摇； v施工工艺 v 混凝土的

19、施工方法，如：配料、搅 拌、运输、浇灌、养护等不会完全一样， 至然导致质量的动摇； v实验条件 v 试件的制造、养护和测试方法等要素 会导致性能测试构造的离散。 (二)混凝土质量控制 v混凝土质量的初步控制 v混凝土质量的消费控制 v绘制质量动摇图 1.混凝土质量的初步控制 1)原资料的质量控制，选用质量均匀的原资 料，严厉质量检验、验收和保控制度。 2)严厉控制混凝土的原资料配比，保证实验 配合比的正确实施。 2.混凝土质量的消费控制 1) 原资料的称量准确，水、水泥和掺和料的称量误差控制 在2%以内，骨料称量的误差应控制在3%以内。 2) 搅拌 应尽量采用机械搅拌，合理的搅拌时间(12.5

20、min)， 以保证均均匀性。 3) 运输 拌和物运输过程中，尽量防止产生离析、泌水、 砂浆流失、坍落度损失等景象。 4) 浇灌与振捣 均匀浇灌，防治离析；振捣要全面，防治 漏振；振捣时间要适当。 5) 养护与脱模 要经常坚持必要的温度和湿度进展养护， 养护试件不应少于714天；必需等到混凝土有一定强度 (2.5MPa)后才干脱模。 3.绘制质量动摇图 混凝土强度动摇图的制造要点： 做出平均强度线(中心线) 普通以配合 比设计时的试配强度(即工程要求的 平均强度)制造为中心线。 标出下控制线和最小强度的界限 要求 的设计强度(等级)表示在强度动摇图 上就是应该控制的下控制线。最低 值(下限)fcu,min = 0.85fcu,k。 作出动摇曲线 将逐日取样制造的试件， 测定的抗压强