《建筑材料》课件-第九章 混凝土的外加剂

混凝土的外加剂PART

061.减水剂2.引气剂4.维勃稠度法3.缓凝剂5.特种外加剂混凝土是土木、建筑、水利以及许多工程中使用得十分广泛的材料，随着科学技术的不断发展，对混凝土的各方面性能就会不断地提出各种新的要求。如何满足这些要求，可以采用多种途径，而使用混凝土外加剂则是其中一种效果显著、使用方便、经济合理的手段。外加剂概述特别是在重点工程中，要求混凝土具有良好的耐久性，使用寿命为100年，必须按高性能混凝土的要求施工，因此，配制高性能混凝土所需的高效减水剂更是必不可少的。目前，混凝土外加剂已逐渐成为混凝土中除砂、石、水泥和水之外必不可少的第五组分材料。

外加剂在国民经济建设

和混凝土技术发展中的重要作用品种较多，功能各异，提高和改善混凝土各项性能。外加剂新品种和应用技术迅速发展，促进了混凝土施工新技术的发展，在保证顺利施工和控制质量方面功效巨大。满足工程耐久性要求的最佳、最有效、最易行的途径之一。1．改善混凝土性能，促进了施工技术革命金茂大厦

通过应用泵送剂和泵送技术将混凝土一泵到顶。三峡大坝:以百年耐久性设计为目标的举世瞩目的工程，使用缓凝高效减水剂、泵送剂、引气剂等。青藏铁路：自然条件严酷的青藏铁路顺利施工，使用了引气剂、减水剂、防冻剂等。杭州湾跨海大桥:当时世界最长的跨海大桥造桥史上的丰碑，使用了聚羧酸系高性能减水剂等。外加剂——优质工程必不可少的新材料高难混凝土技术的实现都离不开混凝土外加剂；几乎所有重要的混凝土工程、所有的混凝土搅拌站均使用各类外加剂。2．节约资源，保护环境外加剂促进了工业副产品（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、钢渣等）的应用；节约水泥10~15%，即少用20~45kg/m3，一个工程可以节约成千上万吨的水泥。卢沟桥畔300万t钢渣堆场木质素磺酸盐减水剂环保作用每生产1吨木质素磺酸盐减水剂可以消纳2.5吨造纸废液（浓度40%）避免了废液直接排入江河中造成环境污染在取得良好经济效益的同时，为保护环境做出了突出的贡献。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？外加剂的定义：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外加剂定义（《混凝土外加剂术语》GB/T8075－2017）：

混凝土外加剂是混凝土中除胶凝材料、骨料、水和纤维组分以外，在混凝土拌制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，对人、生物及环境安全无有害影响的材料。其掺量不大于水泥质量5％（特殊情况除外）。矿物外加剂（GB/T18736-2017）

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。

粉煤灰磨细的矿渣混凝土外加剂的分类（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。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。外加剂的用途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。混凝土外加剂主要执行标准GB8076-2008《混凝土外加剂》JG/T223-2017《聚羧酸高性能减水剂》GB8075-2017《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》GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》工程上常用的混凝土外加剂主要有：减水剂早强剂缓凝剂引气剂防冻剂速凝剂膨胀剂等1.减水剂

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%）

1）增加流动性。W,W/B=定值，坍落度可增大100～200mm，明显提高混凝土流动性，且不影响混凝土的强度。泵送混凝土或其他大流动性混凝土均需掺入高级减水剂。1.减水剂的技术经济效果2）提高混凝土强度

B,流动性定值，可减少拌和水量10％～15％，从而降低水灰比，使混凝土强度提高15％～20％，特别是早期强度提高更为显著。3）节约水泥 流动性,W/B=定值，可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10％～15％。掺人高效减水剂是制备早强、高强、高性能混凝土的技术措施之一4）改善混凝土的耐久性

由于减水剂的掺入，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低40％～80％，从而可提高抗渗、抗冻、耐化学腐蚀及防锈蚀等能力。

此外，还可以改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度和防止因内外温差而引起的裂缝。配制特种混凝土。

（1）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。2.减水剂的类型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。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

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）（2）高效减水剂萘系粉剂萘系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。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。萘系高效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（3）高性能减水剂基本性能对比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）

保坍剂是能够保持混凝土坍落度不快速损失的外加剂，保坍剂实质上是缓凝剂，延缓水泥水化凝结，达到保持坍落度的作用。2.引气剂引气剂定义：

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，起到改善混凝土和易性，提高混凝土抗冻性和耐久性的外加剂。1）显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。大量均匀分布的封闭气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性得到提高。大量微小气泡占据于混凝土的孔隙，切断毛细管通道，使抗渗性得到改善。1.引气剂的效果2）降低强度。由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。（一般含气量每增加1％时，其抗压强度将降低4％～5％，抗折强度降低2％～3％。）强度的降低还受到骨料最大粒径的影响，最大粒径越大，则强度降低率越小。在一定条件下，引气反而可以提高混凝土的抗折强度。

牺牲少量强度来大幅度提高混凝土耐久性或使用寿命是值得的，损失的强度通过其它技术得到弥补。另外，引气剂使混凝土成本增加很小，带来许多施工便利，那么混凝土结构的综合成本只会降低。3）改善混凝土拌合物和易性

引气剂引进了大量微小且独立的气泡，这些气泡如滚珠一样，减少了颗粒间的摩擦阻力，使混凝土的和易性得改善。尤其在骨料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中。同时，由于水分均匀分布在大量气泡的表面，使能自由移动的水量减少，混凝土拌合物的保水性、粘聚性也随之提高。4）泌水性

引气剂使混凝土拌合物中的骨料与水泥浆的黏聚性加大，使它们的离散性减弱，使拌合物更好地处于均质状态，使拌合用的水分能更长时间地停留在水泥浆中而减少了泌水性。5）耐久性

引气剂使混凝土用水量减少，泌水率减低，混凝土内部的大毛细孔减少。微小的气泡占据着混凝土的自由空间，切断了毛细管的通道，这些微小空间可以作为体积膨胀的“缓冲阀”，降低和延缓其它物理膨胀(如盐晶体结晶压等)和化学反应膨胀(如碱骨料反应和硫酸盐反应等)引起的混凝土破坏，使混凝土的抗渗性得到改善。

抗化学物质侵蚀作用和对碳化的抵抗作用等也同时得到提高。在相同条件下，使用引气剂的混凝土耐久性或使用寿命可提高5倍以上，因此给国家带来的经济效益是非常巨大的。掺量：

通常为水泥质量的0.002％~0.01％，掺入后可使混凝土拌合物中引气量达到3％~5％。2.引气剂的类型（1）松香树脂类：松香热聚物、松香皂类等。（2）烷基和烷基芳烃磺酸盐类:十二烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基苯酚聚氧乙烯醚等。（3）脂肪醇磺酸盐类:脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠等。（4）皂甙类:三萜皂甙等。（5）其他:蛋白质盐、石油磺酸盐等。可用于：（大坝、堤防、桥梁、公路、严寒地区建筑）抗冻混凝土抗渗混凝土贫混凝土轻混凝土等不宜用于：蒸养混凝土预应力混凝土。3.引气剂的应用4.引气剂发展：

复合型高效引气剂及高性能引气减水剂。配制泵送剂、防冻剂等多功能复合外加剂。3.缓凝剂混凝土的外加剂缓凝剂定义：缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间,并对其后期强度无不良影响的外加剂。缓凝剂的加入会显著延长混凝土在塑性状态下的凝结时间，从而使得混凝土有较长的时间可以用于输送、浇筑及最后加工。主要品种:

无机缓凝剂和有机缓凝剂两大类。1.缓凝剂的作用（1）可以延缓混凝土的初、终凝时间，从而影响混凝土的早期强度；（2）可以抑制水化放热速度，减慢放热速率并降低热峰，从而防止混凝土早期温度裂缝的出现，这一点对于大体积混凝土特别有利；（3）能降低新拌混凝土坍落度的经时损失。（1）无机盐类缓凝剂

1）磷酸盐、偏磷酸盐类

缓凝作用较强，在相同掺量情况下，磷酸盐类缓凝剂中缓凝作用最强的是焦磷酸钠，最弱的是正磷酸。注意：若水泥中磷酸盐含量高，掺加磷酸二氢钠或磷酸钠作为缓凝剂时，可能会出现瞬凝现象。2.缓凝剂的类型2）硼砂：白色粉末状结晶物质。吸湿性强，易溶于水和甘油，其水溶液呈弱碱性。在干燥空气中易缓慢风化。常用掺量为水泥用量的0.1%～0.2%。3）氟硅酸钠：白色结晶物质，密度2.68g/cm3，微溶于水，不溶于乙醇，有腐蚀性。一般掺量为水泥用量的0.1%～0.2%。4）其他：氯化锌、碳酸锌以及锌、铁、铜、镉的硫酸盐也具有一定的缓凝作用，但是，由于缓凝作用不稳定，因此不常使用。

（2）有机缓凝剂

1）羟基羧酸、氨基羧酸及其盐

缓凝效果较强，分子结构中含有羟基，羧酸基或氨基，常见的有柠檬酸、葡萄糖酸、水杨酸等及其盐。掺量一般为水泥用量的0.05％-0.2％之间。

2）多元醇及其衍生物 缓凝作用较稳定，特别是在使用温度变化时仍有较好的稳定性。其中一元醇缓凝作用较小．但随烷基的增加，表面活性增强；丙三醇缓凝作用很强，甚至可以使水泥水化作用完全停止。 此类缓凝剂掺量一般为水泥用量的0.05％-0.2％之间。

3）糖类

葡萄糖、蔗糖及其衍生物和糖蜜及其衍生物，由于原料广泛、价格低廉，同时具有一定的缓凝作用，因此使用也较为广泛。其掺量一般为胶凝材料用量的0.1％-0.3%。适用范围：高温施工混凝土、大体积混凝土、商品混凝土等。4）纤维素类碳水化合物：

以甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐为代表的纤维素类碳水化合物也具有一定的缓凝作用，但它们主要用于改善混凝土的增粘保塑功能，一般掺量为0.1%以下。

特点是在浓度较低的情况下使水的粘度大大增加。3.混凝土缓凝剂应用现状（1）缓凝剂与高效减水剂的复配应用；（2）超缓凝剂的工程应用：主要应用于长时间干燥、高温环境下施工的混凝土工程以及需要长时间塑性的工程。（3）商品混凝土；（4）夏季高温混凝土：使用缓凝剂和缓凝减水剂是解决混凝土坍落度损失过快的一种有效的方法。（5）大体积混凝土：通过缓凝剂和缓凝减水剂延长水化时间，避免水化热的集中释放，降低温度峰值，同时辅以外部保温措施，可以降低温差应力引起的开裂和结构破坏。4.早强剂定义：早强剂是指能明显提高混凝土早期强度，对后期强度无不利影响的外加剂。一、主要品种

无机盐类早强剂有机物类早强剂复合早强剂

1.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。（1）氯盐类早强剂

主要有——氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等，其中以氯化钙应用最广。

其适宜掺量——为水泥质量的0.5%～1.0%，

能使混凝土3d强度提高50％～100％，7d强度提高20％～40％，同时能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻；

掺量不宜过多，否则会引起水泥速凝，不利于施工。还会加大混凝土的收缩。

缺点——采用氯化钙作早强剂，最大的缺点是含有Cl一离子，会使钢筋锈蚀，并导致混凝土开裂。

为了抑制氯化钙对钢筋的锈蚀作用，常将氯化钙与阻锈剂亚硝酸钠（NaNO2）复合使用；

在钢筋混凝土中，氯化钙的掺量不得超过水泥质量的1％，在无筋混凝土中掺量不得超过3％。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氯盐早强剂

主要有——硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝、硫酸铝钾等，其中硫酸钠应用较多。

硫酸钠分无水硫酸钠(白色粉末)和有水硫酸钠(白色晶粒)。

一般掺量为0.5%～2.0%，掺量1%～1.5%时，达到混凝土设计强度70％的时间可缩短一半左右.（2）硫酸盐早强剂

硫酸钠对钢筋无锈蚀作用，适用于不允许掺用氯盐的混凝土。但由于它与Ca(OH)2作用生成强碱NaOH，为防止碱一骨料反应，硫酸钠严禁用于含有活性骨料的混凝土。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（3）硝酸盐和亚硝酸盐早强剂（4）碳酸盐类早强剂

2.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

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）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。3.复合型早强剂二、应用范围

早强剂适用于蒸养混凝土、常温、低温和负温(最低气温)条件下施工的有早强或防冻要求的混凝土，但不宜单独用于在以下施工且有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。5.特种外加剂定义：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1.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2.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3.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。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。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4.阻锈剂定义：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聚羧酸减水防冻剂适用范围：主要适用于低温及负温施工混凝土。5.防冻剂定义：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。6.絮凝剂6.混凝土的外加剂选择使用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）1.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。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。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。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。2.外加剂的掺量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