土木工程材料：4.2.6外加剂

1、六、外加剂（admixture）（一）混凝土外加剂的分类及主要技术要求 (二）减水剂 (三）引气剂（四）防冻剂 (五）外加剂与水泥及混凝土的相容性（六）使用外加剂的注意事项六、外加剂（admixture） 定义拌制混凝土过程中加入的用以改善混凝土性能的物质，其掺量不大于水泥质量的5%（特殊情况除外）。 现已成为混凝土中不可缺少的第五组分，为混凝土生产与应用技术的第三次重大突破。六、外加剂（admixture）（一）混凝土外加剂的分类及主要技术要求1、分类见表，实际中常采用复合外加剂。聚合物是由许多小分子（单体）聚合形成的长链大分子，并且都是由碳元素相互连接而成 按照主要功能(表4-12）：改善

2、混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等；改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂等。 GB/T8075-2005 混凝土外加剂定义、分类、命名与术语GB8076-2008混凝土外加剂GB/T80772000 混凝土外加剂匀质性试验方法JC475-2004 混凝土防冻剂GB 23439-2009混凝土膨胀剂GB50119-2003 混凝土外加剂应用技术规范2.外加剂的主要技术要求掺外加剂混凝土的性能指标如下表所示。匀质性指标在生

3、产过程中控制的项目包括：含固量或含水量、密度、氯离子含量、细度、pH值、表面张力、还原糖、总碱量（Na2O+0.658K2O）、硫酸钠、泡沫性能、水泥净浆流动度或砂浆减水率，应符合混凝土外加剂标准（GB8076）的要求。(二）减水剂 减水剂（water reducing agent） 在混凝土坍落度相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂. “减水剂”一词即来自此特征。 是最常用的混凝土外加剂之一，又称为分散剂或塑化剂。(二）减水剂1、减水剂塑化减水的作用机理2、减水剂的技术经济效益改善和易性和可泵性、耐久性延长凝结时间、延缓水化放热速度收缩加大，收缩比135%3、减水剂的性能及应用减水剂按其减

4、水率的不同，可分为： 普通减水剂（8%）、高效减水剂（14%）、 高性能减水剂（25%） ；按其兼有的功能：引气减水剂（air entraining and water reducing admixture）、缓凝减水剂（set retarding and water reducing admixture）、缓凝高效减水剂（set retarding superplasticizer）和早强减水剂（hardening accelerating and water reducing admixture）等。3、减水剂的性能及应用木质素磺酸盐类。 其基本结构单元是苯基丙烷衍生物，是生产纸浆的废液中

5、提取的各类木质素衍生物，属阴离子型表面活性剂。 按其带阳离子的不同，有木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）、木质素磺酸镁（木镁）等，是最早研究成功的减水剂。 目前我国使用较为广泛的是木钙（M剂），其掺量为水泥质量的0.2%-0.3%，减水率为5%-15%。 该类减水剂具有缓凝作用和一定的引气作用，适用于日最低温度5以上的各种预制及现浇混凝土（C25），但不宜单独用于蒸养混凝土。萘系减水剂。主要成分为芳香族磺酸盐与甲醛的缩合物，属阴离子表面活性剂。 主要产品为型萘磺酸甲醛缩合物的钠盐，是普遍应用的高效减水剂，常用掺量为水泥质量的0.5%1.0%，减水率为10%25%。 该类减水剂除适用于普

6、通混凝土（C30-C45）之外，更适用于高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸养混凝土及特种混凝土。聚缩酸类高效减水剂。 它主要由甲基丙烯酸、丙烯酸等原材料制备而成，减水率为18%30%。 具有对水泥颗粒分散性强、混凝土流动性能保持时间长等优点. 适宜用于高强、远距离或大高度泵送的流态化混凝土工程（C50）。减水剂掺入混凝土中的方法(补充，旧p88):先掺法是将减水剂先与水泥混合后，再与混凝土其他材料一起搅拌；后掺法是指在混凝土拌合物运送到浇注地点后，再加入或再补充部分减水剂；同掺法即将减水剂与混凝土原材料同时加入搅拌机，一起搅拌；滞水掺入法是在搅拌过程中减水剂滞后13min加入。实际工程中以

7、同掺法、后掺法应用为多。(外加剂滞水掺入效果好或木钙做牺牲剂）图3 高效减水剂用不同掺入法时拌和物坍落度经时变化目前的搅拌时间一般只有30s，这个搅拌时间原本是针对不用掺和料的传统混凝土设定的, 对于掺用掺和料和外加剂、水胶比又较低的拌和物, 在强制式搅拌机中搅拌时间至少应达到1min 以上, 否则难以保证匀质性。(三）引气剂（air entraining agent） 在混凝土搅拌过程中能引入大量微小密闭气泡（气泡直径多介于10-100m ），从而改善其和易性和耐久性的外加剂。 工程中常用的引气剂有：松香皂及松香热聚物类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、蛋白质盐、石油磺酸盐。 引气剂对混凝土

8、性能的影响如下：(三）引气剂（air entraining agent）引气剂对混凝土性能的影响：（1）流动性含气量每增加1%，坍落度可增加10mm左右。 (在配制引气剂混凝土时，可适当减少拌和用水量，降低水灰比，提高混凝土强度，以补偿由于引入气泡后的强度下降。) 泌水性引气剂引入的微小气泡有阻止集料下沉和水分上浮的作用，并且气泡的膜壁消耗部分水分，减少了能够自由移动的水分，泌水量一般可减少30%-40%。 强度通常混凝土含气量每增加1%，混凝土抗压强度约降低4%-6%，抗折强度降低2%-3%。可通过降低水灰比来部分补偿。 抗冻性大量微小的气泡可以容纳及缓和受冻融破坏时混凝土内部自由水分迁移造

9、成的静水压力，显著提高混凝土的抗冻融性能。通常掺引气剂后混凝土的抗冻性可提高16倍， (性能优良的引气剂引入的气泡平均直径低于20m ，其气泡间隔系数为0.10.2mm，此时抗冻性最好。) 在一定含气量范围内，抗冻性随含气量的增加而提高，当含气量超过6%时抗冻融性能反而有所下降。 抗渗性 混凝土抗渗性能可提高50%以上。 这是因为多余的水分散在气泡壁周围，不能再集中和连通起来形成毛细管通道，相当于把开放的毛细管变成封闭的气孔，只有在更大的静水压力下才会产生渗透。 由于抗渗性提高、抗冻性提高，因而混凝土耐久性大大提高。 另外，由于大量气泡的存在，混凝土弹性模量下降，对提高混凝土的抗裂性有利。 引

10、气剂可用于抗冻混凝土、防渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、贫混凝土、轻集料混凝土以及有饰面要求的混凝土等；但不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。 抗冻要求高的混凝土，必须掺入引气剂或引气减水剂，其掺量应根据混凝土含气量的要求，通过试验确定。 为提高混凝土的耐久性，我们国家今后应大力推广引气剂在混凝土中的应用（成本增加2元）。（四）防冻剂-（antifreeze agent） 防冻剂是指能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够强度的外加剂。工程中常用的防冻剂有：强电解质无机盐类（如氯化钠、氯化钙、氯盐与亚硝酸钠的复合、亚硝酸盐等）水溶性有机化合物类（如乙二醇）有机化合物与无机盐复合类复合型（防冻、早

11、强、引气、减水等组分的复合）。（四）防冻剂（antifreeze agent）复合型防冻剂作用机理：防冻组分降低水的冰点，使水泥在负温下能继续水化；早强组分提高混凝土的早期强度，抵抗水结冰产生的膨胀应力；减水组分减少混凝土中的成冰量，并使冰晶细小且均匀分散，减轻对混凝土的破坏应力；引气组分引入适量封闭微气泡，减缓冰胀应力。 防冻剂的综合效果能显著提高混凝土的抗冻性。 防冻剂适用于冬期施工混凝土，其应用应符合有关规范的规定。(五）外加剂与水泥及混凝土的相容性（补充） 从实践中发现，不同的水泥和外加剂在配制混凝土时，性能会有差异，有些外加剂起不到改善混凝土性能的作用，甚至出现了负面影响（如混凝土和

12、易性差、凝结不正常等），人们把这些问题归结为水泥与外加剂的相容性（Compatibility，也称为适应性）。 相容性是一个范围很广的概念，包括了外加剂与水泥（掺合料、骨料）相互作用中表现出来的混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能、体积稳定性等方面的变化的合理性和优劣性。 目前判断相容性的好坏，主要从掺外加剂后混凝土工作性能好坏的角度进行评价。 相容性好表现为同一配合比的混凝土拌合物获得的流动性大（或达到同流动性时所需外加剂用量少）、坍落度经时损失小、抗离析、抗泌水性能好、凝结时间正常等相容性好相容性不好影响相容性的主要因素有:减水剂的化学结构式和平均分子质量；减水剂的磺化程度及相关基团；减水

13、剂的形态（固体比液体效果低5%）、掺量与掺加方式；水泥的化学和矿物组成，尤其是C3A和碱含量；水泥的细度；水泥中CaSO4的含量与型态；混合材或掺合料的品种、质量、数量；水泥的温度和存放时间；混凝土的配合比（如水灰比）骨料含泥量等。 总之，相容性的好坏与水泥、外加剂、掺合料、骨料、配合比等诸多因素有关，这些因素相互交织在一起，共同对外加剂的使用效果产生影响。 为改善这一问题，工程中应用外加剂时，可能的情况下应多选择几种外加剂和水泥（掺合料）先进行相容性试验，从而选择相容性好的水泥和外加剂 。（六）、使用外加剂的注意事项(补充） 1、混凝土外加剂的使用应符合混凝土外加剂应用技术规范（GB5011

14、9-2003）中的要求。 2、外加剂品种和掺量的选择一定要根据工程特点，混凝土性能、材料情况和施工条件通过试验确定。掺加方法一般为同掺和后掺，也可以根据实验确定。 3、外加剂掺量是指水泥质量（或胶凝材料）的百分数，一定要严格控制外加剂的掺量，超量会出现混凝土的质量问题（缓凝、离析、泌水扒板、强度降低、盐析-白霜等），一般为饱和点的80-90%即可。计量要准确，定期检定。（六）、使用外加剂的注意事项4、严禁使用对人体产生危害和对环境产生污染的外加剂，如含尿素、六价铬盐、亚硝酸盐（2g使人死亡、皮肤接触极限浓度为1.5%，大于此浓度后，皮肤发炎、斑疹）等有毒、有害成分的防冻剂、早强剂、阻锈剂。 （GB 185882001混凝土外加剂中释放氨的限量）5、复合外加剂为工程常用外加剂。七、纤维（p90) 为提高混凝土的力学性能（如抗拉、抗裂、抗弯、冲击韧性、体积稳定性）、耐久性和降低脆性，可在混凝土中加入各种纤维，制得纤维混凝土(fiber concrete) 常用的纤维材料：钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、合成纤维和天然纤维等。纤维的形状有圆形、平直、波纹状等；典型长度6-150mm，厚度