混凝土外加剂基础知识讲座(2013年)

混凝土外加剂基础知识讲座(2013年)第一页，共90页。思考题在夏季高温季节，搅拌站商品混凝土经约1.5h的车程运输用于浇注隧道混凝土，需使用哪些外加剂？现需浇注东北地区一海工桥梁桩基混凝土，如何合理使用外加剂以提高混凝土耐久性？第二页，共90页。纲要混凝土外加剂定义与分类表面活性剂基本知识常用外加剂介绍特种外加剂介绍外加剂应用注意事项第三页，共90页。一、混凝土外加剂定义与分类第四页，共90页。外加剂定义外加剂定义（GB/T8075－2005）

一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。矿物外加剂（GB/T18736-2002）

矿物外加剂是在混凝土搅拌过程中加入的、具有一定细度和活性的用于改善新拌和硬化混凝土性能（特别是耐久性能）的某些矿物类产品。

粉煤灰矿粉第五页，共90页。外加剂定义狭义：一般是指掺量不大于水泥质量5％（特殊情况除外）的化学外加剂。广义：

化学外加剂和矿物外加剂第六页，共90页。混凝土外加剂的分类分类（按主要功能划分）改善流变性能:

减水剂、泵送剂，增稠剂调节凝结时间、硬化性能:

速凝剂、缓凝剂、早强剂、促凝剂改善耐久性:

引气剂、防水剂、阻锈剂改善其它性能:

膨胀剂、防冻剂、着色剂、减缩剂、养护剂、脱模剂等第七页，共90页。外加剂的用途

改善新拌混凝土、砂浆、水泥浆的性能

改善混凝土的和易性，减少离析、泌水，减小坍损，改善可泵性；缩短或延长初凝时间。改善硬化混凝土力学、耐久性能

提高强度、弹模；减少收缩或补偿收缩；提高抗渗、抗冻融、抗碳化能力；抑制碱集料反应。获得良好的经济效益

减少单方水泥用量；缩小构筑物尺寸。混凝土中不可缺少的第五组分。第八页，共90页。混凝土外加剂主要执行标准GB8076-2008《混凝土外加剂》JG/T223-2007《聚羧酸高性能减水剂》GB8075-2005《混凝土外加剂定义、分类、命名与术语》GB8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》第九页，共90页。二、表面活性剂基本知识第十页，共90页。表面活性剂定义定义

一种显著降低液体表面张力或二相间界面张力的物质。基本作用

降低分散体系中两相界面的界面自由能，提高分散体系的稳定性。分子构造

极性基团——原子团非极性基团——长碳链疏水基（亲油基）亲水基第十一页，共90页。表面活性剂分类按离子类型分类：如C12H25SO3-+Na+如C16H33NH3++Cl-如CH3CH(NH2)COOH第十二页，共90页。表面活性剂基本功能润湿：提高液体的润湿能力分散：增加粒子间静电斥力乳化：一种液体以微小液滴或液晶形式均匀分散到另一种不相混溶的液体介质中形成稳定的多相分散体系增溶：使不溶或微溶于水的有机化合物溶解度显著增大起泡消泡第十三页，共90页。减水剂作用机理

吸附分散

润湿

润滑第十四页，共90页。减水作用机理——（1）吸附分散（1）吸附分散（静电效应）:

减水剂的疏水基团定向吸附在水泥质点表面，水泥表面上带相同电荷，在静电斥力作用下絮凝结构解体，游离水释放。第十五页，共90页。减水剂作用机理——（2）润湿

表面活性剂在固体表面的吸附，或是生成表面化合物，都能改变固体的润湿性。第十六页，共90页。减水剂作用机理——（3）润滑润滑

减水剂极性亲水基团与氢键缔合，在水泥颗粒表面形成溶剂化水膜，减小摩擦，起到润滑作用。水泥第十七页，共90页。表面活性剂分子量与性能关系第十八页，共90页。三、常用外加剂介绍第十九页，共90页。常用外加剂减水剂缓凝剂早强剂引气剂常用外加剂第二十页，共90页。减水剂定义

普通减水剂（第一代）

在混凝土坍落度基本相同的条件下，能够减少拌和用水量的外加剂。（WR≥8%）高效减水剂（第二代）在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。（WR≥14%）高性能减水剂（第三代）比高效减水剂具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩，且具有一定引气性能的减水剂。（WR≥25%）第二十一页，共90页。减水剂性能评价指标减水率抗压强度比收缩率比含气量凝结时间差泌水率比1h经时变化量（坍落度）主要评价指标第二十二页，共90页。减水剂性能评价指标

减水率

定义：坍落度基本相同时，基准混凝土和受检混凝土单位用水量之差与基准混凝土单位用水量之比。第二十三页，共90页。减水剂性能评价指标抗压强度比

定义：掺外加剂混凝土与基准混凝土同龄期抗压强度的比值。第二十四页，共90页。收缩率比

定义：28d龄期时受检混凝土与基准混凝土的收缩率的比值。第二十五页，共90页。混凝土外加剂主要技术要求第二十六页，共90页。普通减水剂木质素磺酸盐：造纸废液经适当处理得到的产品，兼有减水、引气、缓凝功能。糖钙：制糖工业副产品——废蜜与石灰乳制成的产品。兼有减水、缓凝功能。第二十七页，共90页。木质素磺酸盐糖钙掺量0.1%~0.3%0.1%~0.3%减水率8%~14%5%~8%含气量增加2~5%增加1~2%缓凝延长2~4h延长3~10h泌水性能减小泌水减小泌水抗压强度比105~120%100~110%其它遇硬石膏做调凝剂的水泥，可能产生假凝；超掺时严重缓凝，可能不凝；目前市场减水剂中已很少单独使用普通减水剂，一般与高效减水剂复合使用。第二十八页，共90页。普通减水剂应用范围应用范围（1）普通混凝土（2）大体积混凝土（3）大坝混凝土（4）水工混凝土（5）泵送混凝土等

主要用于配制强度等级不大于C30的混凝土，可用于现浇混凝土，钢筋混凝土及预应力混凝土，但是由于普通减水剂具有一定的引气、缓凝作用，不宜单独使用于蒸养混凝土。大体积混凝土碾压混凝土第二十九页，共90页。高效减水剂主要品种

1.萘系高效减水剂（使用量最广，减水率较高）2.蒽系高效减水剂（用量少，价格便宜）

3.三聚氰胺系高效减水剂（减水增强效果好，价格较高）

4.氨基磺酸盐系高效减水剂（减水率高，保坍较好）

5.脂肪族高效减水剂（减水率较高，保坍一般）第三十页，共90页。萘系高效减水剂分子结构

萘系粉剂萘系水剂第三十一页，共90页。萘系高效减水剂产品性能特点减水率：18%～25%，甚至更高；引气：几乎不引气，掺量高时含气量增加；缓凝：无缓凝；强度：早期强度高，28d强度提高20~40％；坍损：采用超掺法，或混凝土浇筑前添加效果较好；与缓凝剂复配是减小坍损的经典方法。第三十二页，共90页。萘系高效减水剂应用范围：（1）流态混凝土（2）泵送混凝土（3）蒸养混凝土（4）高强高性能混凝土仍是目前市场用量最大的产品，应用技术成熟。管桩第三十三页，共90页。高性能减水剂聚羧酸系高性能减水剂（PCA/PC)大减水低收缩优良保坍有害离子含量低分子可调第三十四页，共90页。高性能减水剂聚羧酸系高性能减水剂的分子模型第三十五页，共90页。高性能减水剂基本性能对比第三十六页，共90页。高性能减水剂应用范围

高流态高保坍高强、超高强混凝土上海环球金融中心（世界第三高楼）第三十七页，共90页。引气剂定义：

在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。品种：松香类引气剂皂苷类引气剂其他类型引气剂应用范围：

广泛应用于具有抗冻要求的混凝土和高性能混凝土中。第三十八页，共90页。引气剂含气量对新拌性能的影响能够提高流动性降低混凝土泌水，避免离析含气量对硬化性能的影响优质引气剂可以提高混凝土抗渗性能在一定的含气量范围，混凝土强度有一定的降低大幅度提高混凝土的抗冻融性能提高混凝土抗碳化能力降低混凝土的弹性模量干缩稍有增加第三十九页，共90页。调节凝结时间、硬化性能外加剂主要品种缓凝剂早强剂速凝剂第四十页，共90页。缓凝剂定义：能够延长混凝土或砂浆初、终凝时间的外加剂。主要品种糖类及碳水化合物羟基羧酸及其盐类多元醇及其衍生物弱无机酸及其盐类有机磷酸盐类木质素磺酸盐、腐殖酸盐第四十一页，共90页。缓凝剂作用机理1.吸附理论

缓凝剂在未水化水泥颗粒吸附或在已水化相上吸附形成缓凝剂膜层，阻止水的浸入，从而延缓了C3S和C3A的水化。2.络盐理论

与液相中Ca2+形成络合物膜层，延缓水泥水化。随液相中碱度提高，络合物膜层破坏，水化继续。3.沉淀理论

无机缓凝剂在水泥颗粒表面与水泥中组分生成不溶性缓凝剂盐层，阻碍水化反应进行。4.成核生成抑制理论

缓凝剂吸附在Ca(OH)2晶核上，抑制它继续生长，达到缓凝效果。几种理论均有局限性。第四十二页，共90页。糖类缓凝剂常用产品：

蔗糖葡萄糖制糖废蜜和糖钙第四十三页，共90页。糖类缓凝剂产品性能低掺量即具有强烈的缓凝效果；与减水剂复合使用，具有增加流动度降低粘度作用；但在高标号中使用可能增加粘度；显著降低水泥水化发热速率，延迟放热峰的出现降低混凝土坍落度损失早期强度有下降，后期强度有提高。适用范围：高温施工混凝土、大体积混凝土、商品混凝土等。第四十四页，共90页。糖类缓凝剂注意事项在低温时缓凝明显，需要根据气温及时调整掺量有研究表明：高掺量蔗糖可引起促凝，这是因为糖加速了水泥中铝酸盐的水化，并抑制石膏的作用。（极少发生）还原糖和多元醇会大大降低硬石膏、氟石膏、半水石膏在水中的溶解度导致水泥假凝，要注意不同水泥的适应性。第四十五页，共90页。羟基羧酸及其盐类常用产品：

葡萄糖酸钠及葡萄糖酸柠檬酸及柠檬酸钠酒石酸及酒石酸钾钠第四十六页，共90页。羟基羧酸及其盐类产品性能特点保坍：与减水剂复合，可有效增加和保持水泥浆体的工作性，起到控制坍落度损失的作用。辅助塑化：葡萄糖酸钠具有一定的辅助塑化效应。缓凝：环境温度<20℃具有明显的缓凝作用，通常掺量为0.03%~0.1%。但对温度敏感，多数羟基羧酸盐在高温时对C3S的抑制程度明显减弱。高温缓凝作用弱；泌水：过量掺入会增大混凝土的泌水；根据适应性有效选择缓凝剂。第四十七页，共90页。小结缓凝剂对混凝土凝结时间的延缓程度，取决于所用缓凝剂的类型及掺量、水泥的品种及用量、掺合料、水灰比、环境温度、掺加顺序等因素。普通硅酸盐水泥缓凝效果依次为，糖类>羟基羧酸类>木钙类缓凝剂对硬化混凝土早期有所降低，后期有增加，收缩轻微增加。超长缓凝时对混凝土早期、后期强度均有影响，须提高设计标号。超掺可能导致永久性不凝。第四十八页，共90页。早强剂定义：可加速混凝土早期强度发展的外加剂。主要品种：

无机盐类早强剂有机物类早强剂复合早强剂

第四十九页，共90页。无机盐类早强剂常用产品：

氯盐硫酸盐硝酸盐及亚硝酸盐碳酸盐

其中最常用的就是氯盐和硫酸盐。第五十页，共90页。氯盐早强剂CaCl2作用机理

CaCl2与水泥中的C3A作用，生成不溶性水化氯铝酸钙，并与C3S水化析出的氢氧化钙作用，生成氧氯化钙，有利于水泥石结构形成，同时降低液相中碱度，加速C3S水化反应，提高早期强度。CaCl2+C3A+10H2OC3A·CaCl2·10H2OCaCl2+3Ca(OH)2+12H2OC3A·3Ca(OH)2·12H2O第五十一页，共90页。氯盐早强剂氯盐产品性能特点早强效果好混凝土后期强度降低钢筋与混凝土粘结强度降低对钢筋有明显的锈蚀作用混凝土收缩增加较大第五十二页，共90页。氯盐早强剂下列情况下禁用预应力混凝土相对湿度大于80%，露天及经常淋雨、受水流冲刷的结构大体积混凝土直接接触酸碱或其他侵蚀介质的结构处于60℃以上结构，需要经常蒸养的钢筋混凝土预制件有外观质量要求的混凝土薄壁结构骨料具有活性的混凝土结构第五十三页，共90页。硫酸盐早强剂硫酸盐早强剂作用机理

能与C3A迅速反应生成水化硫铝酸钙，形成早期骨架，由于上述反应，溶液中氢氧化钙浓度降低，加速C3S水化反应，提高早期强度。Na2SO4+Ca(OH)2+2H2OCaSO4·2H2O+2NaOHCaSO4·2H2O+C3A+10H2OC3A·CaSO4·12H2O第五十四页，共90页。硫酸盐早强剂硫酸盐产品性能特点早强作用明显，后期强度会有下降不导致钢筋锈蚀与矿物掺合料同时使用时，早强作用优于普通水泥混凝土提高抗硫酸盐侵蚀性能增加混凝土收缩注意事项硫酸钠随温度降低，溶解度下降，容易结晶沉淀。容易导致碱集料反应硫酸钙与水泥矿物反应膨胀，容易导致混凝土开裂，强度下降。用于蒸养混凝土掺量一般不超过1%，否则生成大量钙矾石导致膨胀破坏。第五十五页，共90页。有机物类早强剂常用产品

三乙醇胺二乙醇胺三异丙醇胺甲酸钙乙酸钠等

第五十六页，共90页。有机物类早强剂醇胺产品性能特点对钢筋无锈蚀作用掺量小，一般为0.02～0.05％，低温早强好，具有一定的后期增强效果对掺量敏感正常掺量范围内对凝结时间影响小，无促凝效果与水泥存在适应性问题，掺量大于0.1％对凝结时间影响不明确（速凝or严重缓凝）第五十七页，共90页。复合型早强剂复合遵循的原则相容性好，不分层、沉淀、变质等功能互补无显著负面作用常用产品三乙醇胺-硫酸盐复合早强剂、三乙醇胺-氯盐复合早强剂无机盐复合早强剂。第五十八页，共90页。小结无机盐早强剂降低混凝土新拌性能一般没有引气作用，降低混凝土泌水醇胺对凝结时间影响不明确，无机盐类较高掺量促凝混凝土收缩增大使用前需要进行水泥适应性试验，确定使用量第五十九页，共90页。四、特种外加剂第六十页，共90页。特种外加剂特种外加剂膨胀剂防水剂阻锈剂防冻剂防腐剂速凝剂絮凝剂改善混凝土抗渗性改善混凝土抗化学侵蚀性提高钢筋阻锈性能实现混凝土快速凝结提高新拌混凝土抗冻能力，实现低温施工水下混凝土不分散第六十一页，共90页。膨胀剂定义：

膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土（包括砂浆及水泥净浆）产生可控制的膨胀以减少收缩的外加剂。种类：硫铝酸钙类膨胀剂氧化镁膨胀剂石灰系膨胀剂第六十二页，共90页。膨胀剂相关标准第六十三页，共90页。膨胀剂应用范围：广泛用于有抗裂防渗要求的混凝土中。后浇带游泳池隧道第六十四页，共90页。防水剂定义

能降低混凝土在静水压力下的透水性、提高混凝土抗渗性能的外加剂。执行标准

JC474-2008《砂浆、混凝土防水剂》公司产品

KLJ®-Ⅰ混凝土防水剂KLJ®-Ⅳ渗透结晶型防水剂KLJ®-V液态高效混凝土防水剂第六十五页，共90页。防水剂作用机理产生胶体或沉淀，阻塞和切断毛细空隙；起憎水作用，是产生的气泡互不连通；改善工作性，减少用水量；在水泥石气泡壁上形成憎水薄膜适用范围主要用于有防渗要求的混凝土，如隧道、水池等第六十六页，共90页。速凝剂定义

速凝剂是使水泥混凝土快速凝结硬化的外加剂。产品性能凝结速度快，一般终凝在10min以内早期强度高，后期强度较基准有较多下降具有一定的收缩变形对钢筋无锈蚀作用应用范围地铁工程、地下隧道、水工涵洞等工程的初期支护和最终衬砌厂房、烟囱等修复和加固道路、堤坝、住宅边坡工程及各种地基工程第六十七页，共90页。速凝剂注意事项充分注意对不同水泥的适应性；必须根据试验确定速凝剂用量；根据当地气温进行调整掺量，一般气温低增加掺量，气温升高降低掺量；注意控制水胶比在0.4～0.5，不能过大；干燥收缩值大，需要注意湿养护，防止干裂；检测时注意搅拌方式、水泥的存放时间、速凝剂的加入方式。第六十八页，共90页。阻锈剂定义

阻锈剂是指能够抑制或减轻混凝土中钢筋或其他预埋金属锈蚀的外加剂。按使用方式掺入型，主要用于新建工程的预防。渗透型，主要用于老工程的修复。第六十九页，共90页。阻锈剂作用机理通过阻止和减缓电极的阳极过程达到抑制钢筋锈蚀的作用在阴极部位生成一种难溶的膜，从而起到保护钢筋的作用提高阳极与阴极之间的电阻，从而阻止锈蚀的电化过程应用范围

广泛用于工业建筑、海工及水工工程、立交桥、公路桥、盐碱地建设工程、已有工程的修复等。第七十页，共90页。防冻剂定义

能使混凝土在负温下硬化、并在规定条件下达到预期性能的外加剂。执行标准

JC475-2004《混凝土防冻剂》公司产品

SBTJM®-Ⅴ系列混凝土防冻剂

PCA®-VI聚羧酸减水防冻剂第七十一页，共90页。防冻剂作用机理降低液相体系冰点；促进水化，尽快达到临界强度，增强混凝土自身抗冻能力；适用范围主要适用于低温及负温施工混凝土。第七十二页，共90页。絮凝剂定义在水中施工时，能增加混凝土粘稠性，抗水泥和集料分离的外加剂。适用范围主要用来配制水下不分散混凝土，通过絮凝剂的絮凝作用，使得混凝土混合料能够实现在水中浇注成型而不会发生各相、各组分之间的分离，且获得设计所需的强度。公司产品SBT®-NDA水下不分散混凝土抗分散剂第七十三页，共90页。五、外加剂应用注意事项第七十四页，共90页。外加剂的选择选择依据强度等级抗渗等级抗冻融性耐久性弹性模量施工工艺及施工季节，冬季或夏季浇筑部位和体积原材料品质（水泥、矿物掺合料、砂、石）第七十五页，共90页。外加剂的选择强度等级

根据强度等级选择合适的减水率，强度小于等于C30混凝土可以选择价格相对便宜的高效减水剂，可以复配普通减水剂适用。使用高性能减水剂时，可以大幅度提高矿物掺合料用量，降低水灰比，降低胶凝材料用量。强度等级高于C30混凝土宜采用减水率高于20%的高效减水剂，当要求流态混凝土时，可以采用高性能减水剂。第七十六页，共90页。外加剂的选择抗渗等级

可以采用减水剂复合膨胀剂，提高抗渗等级。抗冻融性

强度不变的情况下，通过引气剂，增加混凝土含气量，提高抗冻融性。添加减水剂，降低水灰比，提高混凝土强度也可提高抗冻融性。耐久性

提高耐久性，外加剂采用高性能减水剂，可以添加矿物掺合料，增加混凝土密实性，钢筋混凝土可以添加功能型外加剂，如阻锈剂。第七十七页，共90页。外加剂的选择弹性模量

采用减水剂增加弹性模量，引气剂可以降低弹性模量。施工工艺及施工季节

采用缓凝剂来调节混凝土凝结时间，采用保坍剂来保持混凝土流变性能时间。冬季负温，可以添加防冻剂，早强剂。浇筑部位和体积

浇筑后浇带混凝土添加膨胀剂，路面需要养护剂。大体积混凝土需要缓凝剂调节水化热和膨胀剂补偿体积收缩。第七十八页，共90页。外加剂的掺量原则

1.基于技术效果和经济效果考虑，在保证技术要求的条件下，采用最经济掺量。2.超掺可能带来负面影响3.根据施工具体条件经过试验来确定。第七十九页，共90页。外加剂的掺量外加剂类型主要成分一般掺量/%普通减水剂木质素磺酸盐0.1~0.3高效减水剂萘系0.5~1.2三聚氰胺甲醛缩合物0.5~1.2氨基磺酸盐甲醛缩合物0.3~1.0引气剂松香皂类0.003~0.015皂甙类0.01~0.02烷基苯磺酸钠0.005~0.01缓凝剂羟基羧酸及其盐类0.05~0.2糖类（蔗糖、葡萄糖等）0.05~0.2早强剂氯盐类0.5~1.0硫酸盐类(硫酸钠等）1.0~2.0醇胺类0.02~0.05常用外加剂掺量注：表中掺量为占胶凝材料的质量分数第八十页，共90页。外加剂的掺量饱和点：外加剂与水泥净浆流动度变化曲线的拐点。用于判断外加剂与水泥适应性。试验方法（GB50119－2003）1.净浆流动度试验，测试F0、F30、F60；2.绘制以掺量为横坐标，流动度为纵坐标的曲线。饱和点外加剂掺量低、流动度大、流动度损失小的外加剂与水泥适应性好。第八十一页，共90页。外加剂饱和点第八十二页，共90页。饱和点掺量表面层中表面活性剂分子浓度大于溶液中浓度，称正吸附，表面自由能降低临界胶束浓度：表面活性剂毫无间隙地密布于液面形成单分子膜，空气与水接近于完全隔绝状态，若再增加表面活性剂浓度，表面活性剂分子排列成憎水基向里、亲水剂向外的胶束的最低浓度。第八十三页，共90页。外加剂的掺加方法常用方法先掺法：粉状外加剂先与水泥混合后，再加集料与水搅拌。有