混凝土外加剂讲义

1、混凝土外加剂选讲王栋民北京 2005.12中 国 矿 业 大 学 （北 京）主要内容：历史脉络减水剂缓凝剂早强剂引气剂促凝剂膨胀剂前言n混凝土是迄今为止用量最大的人工材料，是建筑业的“粮食”2000年达 48亿立方米 ；n外加剂掺量低而对混凝土性能影响巨大，混凝土六大组分不可或缺的组分；n外加剂是现今商品混凝土中的“食盐”。n定义混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中，用以改善混凝土性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5。混凝土外加剂的历史沿革n蒙昧时代古罗马时代 ：牛血、牛油、牛奶和尿 ，火山灰 秦代（公元前221年） ：修建万里长城时就曾用糯米汁 宋代（公元1170年） ：建筑和州城时曾用到糯米

2、石灰 明代：天工开物中记载用石灰1份加河砂2份，外加糯米、羊桃藤汁搅拌均匀制贮水池 n近代：1885年 ，氯化钙作为硬化调凝剂 ；1895年，产生减水剂；1910年，减水剂得到工业化；1930s，美国应用了引气剂，并逐步得到推广；1935年，Master Builder， “普浊里”，木质素磺酸钙，1937年美国，第一个减水剂专利n现代 1950s我国引入前苏联松香皂化物，并得到一定应用。 1962年年 ，服部健一等，萘磺酸盐甲醛缩合物。1964年日本花王石碱公司 对此进行销售。1963年年，联邦德国研制成功三聚氰胺甲醛缩聚物。1970s我国研制成功萘系减水剂。1980s末期，日本触媒研制成功

3、聚羧酸系减水剂。混凝土减水剂什么是减水剂(Water Reducing Agent)？ 在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。 能大幅度减少用水量的外加剂为高效减水剂(High Range Water Reducing Agent)，i.e. 超塑化剂(Superplasticizer)n减水剂的作用a、同水灰比条件下增加混凝土的工作性，有利于施工；b、同工作性条件下增加混凝土的强度和耐久性；c、可以减少水泥用量，有利于环境保护；n减水剂的分类普通减水剂： 木质素磺酸盐类（木钙、木钠、木镁）；腐殖酸类高效减水剂：-萘磺酸盐甲醛缩合物（萘系）；三聚氰胺甲醛缩合物（蜜胺系）；氨

4、基磺酸盐类；脂肪族类；共聚羧酸类（最新）。n各个减水剂的异同普通减水剂（木钙）：减水率小，58，掺量0.2%-0.3%引气量大，缓凝。高效减水剂：减水率1725，掺量0.7%-1.0%，几乎不引气不缓凝聚羧酸系：减水率30以上，掺量0.1%-0.3%,有引气作用，缓凝n合成1、木质素磺酸盐：原料来源于造纸废液其组成复杂。2、 -萘磺酸盐甲醛缩合物（1）磺化副反应：H2SO4160-165SO3HH2OH2SO4SO3HH2O（2）水解SO3HH2O120H2SO4（3）缩合SO3Hn(n-1)CH2O105-110SO3HHCH2n-1SO3H(n-1) H2O（4）中和SO3HHC H2n

5、-1SO3Hn N aO HSO3N aHC H2n-1SO3N an H2O3、三聚氰胺类（1）单体的合成 CNCNCNH2NN H2N H23C H2OCNCNCNH NN HN HH O C H2C H2O HC H2O H（2）磺化CNCNCNN HN HN HH O H2CC H2O HC H2O HN a H S O3CNCNCNN HN HN HH O H2CC H2O HC H2S O3N aH2O（3）缩合CNCNCNNHNHNHHOH2CCH2OHCH2SO3NaCNCNCNNHNHNHHOH2CCH2CH2SO3NaOCH2NHCNCNCNNHNHCH2CH2SO3NaO

6、Hn-14、聚羧酸系CCH2SO3NaR1CH2CCOONaR2CH2abCCOOCH3R3CH2CCOO(CH2CH2O)mOR5R4CH2cdnn作用机理1、絮凝结构包裹水水泥颗粒水泥颗粒电性质的不均一不规则形状2、吸附与分散吸附的原因： 超塑化剂为阴离子表面活性剂，水化初期水泥颗粒多呈正电性质，易静电吸引；范德华力；有报道称，超塑化剂参与水化，形成产物，有机矿物相；分散：大量释放出包裹水流动性得到大大改善n减水剂的性能与评价1、减水率（GB8076-1997)是减水剂的最基本的性能，其优劣代表了减水剂的品质。现今多为2025，聚羧酸系可达3040。2、流动性保持能力(JC473-2001

7、)是减水剂的基本性能，其优劣限制了减水剂的应用。 3、含气量（GB8076-1997)影响混凝土的强度。含气量大则强度低。2-5%。4、凝结时间（GB8076-1997) 影响工程的施工进度。凝结时间长则延长混凝土的拆模时间。5、抗压强度比（GB8076-1997) 影响混凝土材料的力学性能。6、泌水率比（GB8076-1997) 影响混凝土均质性。7、收缩率（GB8076-1997) 影响混凝土的体积稳定性8、相对耐久性（GB8076-1997) 对引气型减水剂设定。9、钢筋锈蚀（GB8076-1997)钢筋混凝土耐久性。早强剂n定义：加速混凝土早期强度发展的外加剂。n分类无机类：硫酸盐类，

8、氯盐，亚硝酸盐类，碳酸盐类。有机类：醇类，有机胺类，小分子羧酸类。n无机类1、氯化物主要：氯化钙（常用），氯化钠，氯化钾，氯化锂，氯化铁，氯化铝等。掺量：12.5%优点：价格低廉，性能好劣处：腐蚀钢筋，后期强度有所降低。2、硫酸盐主要：硫酸钠（常用），硫酸钾，硫酸钙，硫酸镁，硫酸铁，硫代硫酸钠、明矾、硫酸铝等掺量：13优点：早期强度高，增加抗硫酸盐侵蚀能力劣处：后期强度有所下降3、有机类主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。掺量：0.01%-1%优点：掺量低，早强效果明显。 劣处：价格较高，后期强度有所下降。缓凝剂n定义延长混凝土凝结时间的外加剂。n分类糖类，多元醇及其衍生物，羟基羧酸类

9、，无机盐类。n糖类主要品种：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸钙，庚糖等常用：葡萄糖酸钠。掺量：0.1%-0.3主要机理：羟基与羧基延缓了水泥的水化。n多元醇类主要品种：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等掺量：0.05%-0.2%极性基团的吸附使水化进程延缓。n羟基羧酸类主要品种：柠檬酸（钠），葡萄糖酸（钠），酒石酸（钠），马来酸，水杨酸，苹果酸，琥珀酸。掺量： 0.05%-0.2%主要机理：羟基与羧基吸附与晶核上，阻碍了结晶过程，延缓水化。n无机类主要品种：磷酸盐，硼砂，氟硅酸钠等掺量：0.1%-2%主要机理：螯合钙离子，抑制CH的结晶。引气剂n定义在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微

10、小气泡的外加剂。n主要类型松香类（用量最广），烷基磺酸盐，木质素磺酸盐，脂肪酸盐，石油磺酸盐等n掺量较小水泥质量的0.003%-0.02%n影响因素水泥：碱含量大，则引气效果差；细掺料：砂：细砂引气量大好砂率：砂率高，引气量大石子：卵石比碎石引气量大促凝剂n定义能使混凝土或砂浆迅速凝结硬化的外加剂。n用途：主要用于喷射混凝土或砂浆。n性能要求可使混凝土在35min内初凝，10min内终凝；较高的早期强度，后期强度不能降低太大；使混凝土具有一定粘度，防止混凝土喷射时回弹过大；尽量减小水灰比，防止收缩，提高混凝土抗渗性；对钢筋无锈蚀作用。n主要类型铝氧熟料（偏铝酸钠）碳酸盐生石灰；铝氧熟料（偏铝酸钠） 明矾石水玻璃n掺量35膨胀剂n定义能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。n用途配制补偿收缩混凝土、自应力混凝土以及防水。n主要类型（1）、硫铝酸盐类掺量：810，12%可配制自应力混凝土基本机理：生成钙矾石，产生膨胀。（2）、石灰类掺量：10左右基本机理：生石灰水化的体积膨胀（3）、其它类型铁粉类：膨胀源为氧化铁。常用铁屑加