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混凝土的外加剂曾潮元 徐丽丽 于洪 文超 摘要:本文主要综述了混凝土外加剂中减水剂、早强剂、引气剂、缓 凝剂、速凝剂、防冻剂和减缩剂的定义、特点、作用机理、分类 关键词:混凝土外加剂 减水剂 早强剂随着社会的发展,为改善和调节混凝土的性能、节约水泥而掺加 的有机、无机或复合的化合物。混凝土外加剂在工程中的应用越来越 受到重视,外加剂的添加对改善混凝土的性能起到一定的作用。但外 加剂的选用、添加方法及适应性将严重影响其发展一、概述1.定义 混凝土外加剂,是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以 改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的材料 。除特殊情况外,掺量一 般不超过水泥用量的 5。外加剂的掺量虽小,但其技术经济效果却 显著,因此,外加剂已成为混凝土的重要组成部分,被称为第五组分, 获得愈来愈广泛的应用。2 意义 外加剂的使用是混凝土技术的重大突破。随着混凝土工程技术的发 展,对混凝土性能提出了许多新的要求。如:(1)泵送混凝土要求高 的流动性;(2)冬季施工要求高的早期强度;(3)高层建筑、海洋结 构要求高强、高耐久性。二、外加剂的分类混凝土外加剂种类繁多,根据混凝土外加剂的定义、分类、命名与术语(GB 8075-2005)的规定,混凝土外加剂按其主要功能分为四 类:(1)改善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。(2)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。(3)改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂、 减缩剂等。(4)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、防水剂和泵送剂等。目前,在工程中常用的外加剂主要有: 减水剂,引气剂,早强剂, 缓凝剂,防冻剂等。三、减水剂3.1 定义:减水剂是指在保持混凝土稠度不变的条件下,具有减水增 强作用的外加剂。3.2 减水剂的作用原理 :常用减水剂均属表面活性物质,其分子是由 亲水基团和憎水基团两个部分组成3.3 减水剂的技术经济效果: 根据使用目的不同,在混凝土中加入减 水后,一般可取得以下效果:(1)增加流动性 在用水量及水泥用量不变时,混凝土坍落度可增大100200mm,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效减水剂。(2) 提高混凝土强度 在保持流动性及水泥用量不变的条件下,可减少 拌合水量10%15%,从而降低了水灰比,使混凝土强度提高15% 20。特别是早期强度提高更为显著。掺入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。(3) 节约水泥 在保持流动性及水灰比不变的条件下,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%,且有利于降低工程成本。(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,透水性降低,从而可提高抗渗、 抗冻、抗化学腐蚀及防锈蚀等能力。此外,掺用减水剂后,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。防止因内外温差而引起的裂缝。3.4 常用的减水剂(1) 按减水剂的作用效果及功能情况,可分为普通减水剂、高效减水 剂、早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂及引气减水剂等。(2) 按凝结时间可分为标准型、早强型、缓凝型三种;(3) 按是否引气可分为引气型和非引气型两种:(4) 按其主要化学成分为:木质素磺酸盐系;多环芳香族磺酸盐系; 水溶性树脂磺酸盐系;糖蜜类、腐植酸盐和复合型减水剂等。3.4.1 木质素磺酸盐系减水剂 分类:根据其所带阳离子的不同,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)。其中木钙减水剂(又称 M 型减水 剂)使用较多。木钙减水剂的掺量,一般为水泥质量的0.2%0.3%。 作用:当保持水泥用量和混凝土坍落度不变时,其减水率为10% 15%,混凝土 28d 抗压强度提高 10% 20%;若保持混凝土的抗压 强度和坍落度不变,则可节省水泥用量 10%左右;若保持混凝土的 配合比不变,则可提高混凝土坍落度80一 100mm。注意:但是木钙减水剂对混凝土有缓凝作用,掺量过多或在低温下缓 凝作用更为显著,而且还可能使混凝土强度降低,使用时应注意。木 钙减水剂是引气型减水剂,掺用后可改善混凝土的抗渗性、抗冻性、 降低泌水性。使用范围:木钙减水剂可用于一般混凝土工程,尤其适用于大模板、 大体积浇注、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。木钙减水剂不宜 单独用于冬季施工,在日最低气温低于5C时,应与早强剂或早强剂、 防冻剂等复合使用。木钙减水剂也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力 混凝土。3.4.2 多环芳香族磺酸盐系减水剂 组成:多环芳香族磺酸盐系减水剂的主要成分为萘或萘的同系物的磺 酸盐与甲醛的缩合物,故又称萘系减水剂。萘系减水剂的结构特点是 憎水性的主链为亚甲基连接的双环或多环的芳烃,亲水性的官能团则 是连在芳环上的-SO3M等。用量:萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的 0.5% 1.0%。 性能:混凝土 28d 强度提高 20%以上。在保持混凝土强度和坍落度 相近时,则可节约水泥用量10%20%。应用:萘系减水剂对不同品种水泥的适应性较强。适用于配制早强、 高强、流态、防水、蒸养等混凝土。也适用于日最低气温0C以上施 工的混凝土,低于此温度则宜与早强剂复合使用。3.4.3 水溶性树脂系减水剂 组成:水溶性树脂系减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料的减水 剂,如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等,我国生产的SM减水剂即是将 三聚氰胺与甲醛反应生成三羟甲基三聚氰胺,再经硫酸氢钠磺化而得 的以三聚氰胺树脂磺酸钠为主要成分的减水剂。CRS减水剂则是以古 玛隆一苟树脂磺酸钠为主要成分的减水剂。用量及性能:SM减水剂掺量为水泥质量的0.5%2.0%,其减水率 为15%27%,混凝土 3度提高30%100%, 28d强度提高20%一 30%。 CRS 减水剂掺量为水泥质量的 0.75% 2.0%,其减水率为 18%30 %,混凝土 3d强度提高40%130%, 28d强度可提高20% 一 30%。特点:这二种减水剂除具有显著的减水、增强效果外,还能提高混凝 土的其他力学性能和混凝土的抗渗、抗冻性,对混凝土的蒸养适应性 也优于其他外加剂。应用:水溶性树脂系减水剂为高效减水剂,适用于早强、高强、蒸养 及流态混凝土等。四、早强剂4.1 定义:早强剂,是加速混凝土早期强度发展,并对后期强度无显 著影响的外加剂。4.2作用:早强剂能加速水泥的水化和硬化,缩短养护期,从而达到 尽早拆模、提高模板周转率,加快施工速度的目的。早强剂可以在常 温、低温和负温不低于一5 C)条件下加速混凝土的硬化过程,多用 于冬季施工和抢修工程。4.3 分类:早强剂主要有无机盐类(氯盐类、硫酸盐类)和有机类及有 机一无机的复合物三大类。4.4氯盐早强剂 组成:氯盐早强剂主要包括氯化钙、氯化钠、氯化铝等。合理掺加氯 盐类早强剂,会对混凝土的早期强度发展有利。注意:不过氯盐类的早强剂只准在不配筋的素混凝土中掺加,对于钢 筋混凝土,特别是预应力钢筋混凝上,以及有金属预埋件的混凝土中, 要慎重使用这类外加剂,限制Cl含量的引入量,甚至要禁止使用。 作用机理:第一,氯化物与水泥中的 c3A 形成更难溶于水的水化氯 铝酸盐,加速了水泥中的 c3A 水化,从而使水泥水化加速; 第二,氯化物与水泥水化所得的氢氧化钙生成难溶于水的氧氯化钙, 降低液相中氢氧化钙的浓度,加速c3s的水化。另外,由于氯化物多 为易溶盐类,具有盐效应,可加大硅酸盐水泥熟料矿物的溶解度,加 快水化反应进程,从而加速水泥及混凝土的硬化。4.5 硫酸盐早强剂 常用的硫酸盐早强剂为硫酸钠、硫酸钾和硫酸钙。注意:掺硫酸盐早强剂的混凝土要注意预防泛碱和白华现象。硫酸盐 的掺量应通过实验确定,以免引起碱集料反应破坏或硫酸盐过量产生 的侵蚀破坏。4.6 硝酸盐和亚硝酸盐早强剂 硝酸盐和亚硝酸盐均对水泥水化过程起促进作用。这些盐类不仅能作 为混凝土的早强剂组分,而且可以作为混凝土防冻剂组分使用。其主 要品种有:亚硝酸钙一硝酸钙,硝酸钙一尿素、亚硝酸钙一硝酸钙一 尿素、亚硝酸钙一硝酸钙一氯化钙,以及亚硝酸钙一硝酸钙一氯化钙 一尿酸等。 亚硝酸钠的掺入还可以防止混凝土内部钢筋的锈蚀,其 原因是可以促使钢筋表面形成致密的保护膜。所以氯盐早强剂或氯盐 防冻剂中常复合有亚硝酸钠组分。4.7 有机化合物早强剂 最常用的有机化合物早强剂为三乙醇胺。三乙醇胺是一种表面活性 剂,掺入水泥混凝土中,在水泥水化过程中起催化剂的作用,它能够 加速 C3A 的水化和钙矾石的形成。三乙醇胺常与氯盐早强剂复合使 用,早强效果更佳。常用的有机化合物早强剂还有甲酸钙、乙酸和乙 酸盐等。4.8 复合型早强剂和早强减水剂 通过对各种早强剂组分之间的复合,以及早强剂组分与减水剂组分之 间的复合,可以收到比单一早强剂更好的改性效果。如:大幅度提高 混凝土的早期强度发展速率;既能较好地提高混凝土的早期强度,又 对混凝土后期强度发展带来好处;既具有一定减水作用,又能大幅度 加速混凝土早期强度发展;既能起到良好的早强效果,又能避免有些 早强组分引起混凝土内部钢筋锈蚀等。4.9 早强剂的发展方向(1) 非氯盐、非硫酸盐类早强剂及复配外加剂的生产和应用;(2) 低氯离子、低硫酸根离子、低碱金属离子含量的早强剂及复配外 加剂的生产和应用;(3) 大掺量矿渣粉或粉煤灰混凝土早强型外加剂的研制;(4) 开展早强剂与水泥/掺合料适应性的研究,以更科学地选择早强剂, 收到最佳和最经济的应用效果。五、缓凝剂5.1 定义:缓凝剂,是指能延缓混凝土凝结时间,并对混凝土后期强 度发展无不利影响的外加剂。5.2 分类:缓凝剂主要有四类:糖类,如糖蜜:木质素磺酸盐类,如 木钙、木钠:羟基羧酸及其盐类,如柠檬酸、酒石酸:无机盐类,如 锌盐、硼酸盐等。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜,其中糖蜜的缓凝效果 最好。5.3 缓凝剂的作用原理 缓凝剂的作用原理十分复杂,至今尚没有一个比较完满的分析理论。 常有以下几种解释:(1) 吸附理论认为缓凝剂被吸附在未水化水泥颗粒表面上,这是通过 离子键、氢键或偶极间作用,由于屏蔽而防止水分子靠近,阻碍了水 化反应。(2) 沉淀理论认为是缓凝剂与水泥中某些组分生成了不溶性物质,它 包围了水泥颗粒从而阻碍了水化反应进行。(3) 又有的理论认为是 Ca(OH)2 晶核上吸附了缓凝剂,妨碍了它的进 一步生成、长大,这须使溶相中达到一定过饱和以后,Ca(OH)2才能 继续生长。由于 Ca(0H)2 不能及时析出就妨碍了硅酸盐相的进一步 水化。(4) 总之,水泥水化反应延缓,以及凝结的推迟,是由于缓凝剂吸附 于水泥颗粒表面或水化产物表面所引起的。但目前还很难指出哪些化 合物能有缓凝作用。5.4 作用:缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热和增强作用,对钢筋 也无锈蚀作用。5.5 应用:主要适用于大体积混凝土和炎热气候下施工的混凝土,泵 送混凝土及滑模施工的混凝土,以及需长时间停放或长距离运输的混 凝土。5.6 注意:缓凝剂不宜用于日最低气温 5C 以下施工的混凝土,也 不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。六. 引气剂6.1 定义:引气剂指在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀的微 小气泡,以减少混凝土拌合物的泌水、离析,改善和易性,并能显著 提高硬化混凝土抗冻性、抗渗性的外加剂。6.2 分类:目前,应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、烷基苯 磺酸盐等。6.3 作用机理
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