建筑材料 教学课件 ppt 作者李国新。 第五章 外混凝土加剂

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1、第五章 混凝土外加剂,第一节 混凝土外加剂的概念及分类,一、混凝土外加剂的概念,混凝土外加剂是一种在混凝土拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料，以下简称外加剂。,第 一 节 混 凝 土 外 加 剂 的 概 念 及 分 类,二、外加剂在现代混凝土中的地位,化学外加剂是现代混凝土不可或缺的第五组分，是推动混凝土科技向前发展的关键因素。没用化学外加剂的开发与推广应用，就不可能有泵送混凝土、大流动性混凝土、高强混凝土及高性能混凝土等现代混凝土的广泛应用。,第一节 混凝土外加剂的概念及分类,三、外加剂在现代混凝土中的作用,（1）改善混凝土拌合物和易性； （2）调节混凝土的凝结

2、硬化时间； （3）降低水胶比，提高混凝土强度； （4）提高混凝土耐久性（包括防渗抗裂、抗冻、抗化学腐蚀、抗碱骨料反应及抗碳化等）； （5）节约水泥，增加矿物掺合料的使用量，降低混凝土综合成本； （6）满足混凝土的某些特殊要求，如：水下不分散、着色、自养护、自应力等。,第一节 混凝土外加剂的概念及分类,四、混凝土外加剂的分类,1、按主要功能分类 （1）改善拌合物流变性能：各种减水剂、引气剂、泵送剂。 （2）调节混凝土凝结时间、硬化性能：缓凝剂、速凝剂、早强剂。 （3）改善混凝土耐久性：引气剂、防冻剂、防水剂、阻锈剂。 （4）特殊功能外加剂：加气剂、膨胀剂、着色剂、消泡剂、养护剂等。 对具有一种以

3、上功能的外加剂，则按某一种以上功能命名。如早强减水剂、缓凝减水剂等。,第一节 混凝土外加剂的概念及分类,2、按化学成分分类 （1）无机物外加剂。如早强剂中的氯化钙、硫酸钠等。 （2）有机物外加剂。如各种减水剂、早强剂中的三乙醇胺。 （3）复合外加剂。如复合早强剂、复合防冻剂等。,第 一 节 混 凝 土 外 加 剂 的 概 念 及 分 类,第二节 表面活性剂,混凝土外加剂中相当部 分是有机物质,如:减水剂、 有机缓凝剂、有机早强剂、 引气剂、有机防水剂、泡 沫剂、减缩剂等等。,这些有机物质 中绝大部分为 表面活性剂。,为什么要介绍表面活性剂?,第二节 表面活性剂,一.表面活性剂的概念,第二节 表

4、面活性剂,如果A物质能降低B物 质的表面张力，则称B物质 （溶质）对A物质（溶剂） 有表面活性。水是最常见、 用得最多的溶剂，因此，通 常将能降低水的表面张力的 物质，称之为表面活性物质； 而将在低浓度下即能显著降 低水的表面张力的物质，叫 表面活性剂。,溶质浓度 C,表面吸附量,第二节 表面活性剂,1.表面活性物质及表面活性剂的定义,2表面活性剂分子结构特点,C12H25 SO3-Na+,非极性基,极性基,阴离子部分,阳离子 部分,第二节 表面活性剂,2.低分子表面活性剂分子结构特点,异极性分子:一端为极性基，易与极性物质亲和；一端为非极性基，易与非极性物质亲和(相似相溶原理)。,第二节 表

5、面活性剂,极性固体 颗粒,3.高分子表面活性剂分子结构特点,高分子表面活性剂:一个碳氢链上带有多个极性基团。 线型结构 梳型结构,第二节 表面活性物质,二、表面活性剂种类,表 面 活 性 剂,阴离子型,非离子型：醇、醛、酮、醚、酯等,阳离子型:伯、仲、叔、季胺,两性型：氨基羧酸、氨基磺酸,离子型,硫酸酯类R-O-SO3Na,磺酸盐类：R-SO3Na,羧酸盐类：R-COONa,磷酸酯：R-O-PO3Na2,第二节 表面活性剂,三、表面活性剂的作用,作用：分散、絮凝、润湿、乳化、起泡（引气）、消泡、洗涤、加溶、渗透、杀菌、防腐、抗静电、柔软、固色、偶联、保水、润滑、扩散等等。 应用领域：材料、化工

6、、医药、环工、食品加工、化妆品、印染、皮革加工等。,第二节 表面活性剂,第二节 混凝土减水剂,一、减水剂定义及作用,1、定义： 在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂称为混凝土减水剂。 基于GB8076-1997标准测定的减水率大小，将减水剂分为普通减水剂（减水率5%）和高效减水剂(减水率10%)。,2、作用： 降低水灰比（水胶比），提高混凝土强度； 增大工作度，使混凝土易于浇注、成型密实； 不改变混凝土强度和工作度，在减少用水量的同时降低水泥用量； 改善混凝土拌合物的可泵性。,在同W/C的情况下，掺减水剂 前后混凝土拌合物流动性比较,二、减水剂分子结构特点,二、减水剂

7、的作用机理,1、水泥颗粒在水中的存在状态,絮凝状态,分散状态,絮团是天性 （1）粉体颗粒团聚能降低表面积，减少表面能，是能量降低的过程（自由焓能最小原理）。 (2)水泥水化初期，硅酸盐矿物颗粒表面带负电，铝酸盐矿物颗粒表面带正点，正负电荷相吸。 分散需强制：机械搅拌、超声波分散、 加分散剂（减水剂就是分散剂）,为什么？,2、减水剂的作用机理,水泥浆的絮凝结构 减水剂的分散作用示意,2、减水剂的作用机理,（1）吸附分散 水泥加水拌和后，由于颗粒间的分子引力的作用，而形成许多絮凝结构，使1030的水包裹其中，从而降低了混凝土拌合物的流动性。加入减水剂，由于定向排列而产生静电斥力，导致水泥颗粒相互分

8、散，絮凝结构解体，包裹其中的拌合水释放出来，从而有效地增大了混凝土拌合物的流动性。 （2）润湿作用 定向排列，降低了表面张力，提高了水对水泥颗粒的润湿作用。表现为流动性增大。 大量试验证明，减水剂品种不同，其作用机理不完全相同。,第三节 混凝土减水剂,加减水剂前 加减水剂后,絮凝,分散,减水剂分散水泥的机理示意图,三、常用混凝土减水剂,（一）普通减水剂,1、木质素磺酸盐减水剂,（1）来源 （2）种类:有木钠、木镁、木钙，为阴离子表面活性剂。 （3）应用 单独使用于强度等级不高或流动性不大的泵送混凝土、大体积混凝土、夏季施工混凝土等；作为缓凝、减水或引气组分用于配制泵送剂、缓凝高效减水剂等复合外

9、加剂。,（4）特点及应用时应注意的问题： 同时具有减水、缓凝及引气作用；不宜用于有早强要求、蒸养要求的混凝土。 掺量：0.2%0.3%，最大不超过0.5，否则将出现严重缓凝而减水率并不提高的现象；减水率：712 缓凝时间13h。 配制液体外加剂时不能有沉淀，配制粉体外加剂时不能有结粒或结块，要搅拌均匀。 以硬石膏、氟石膏为缓凝组分的水泥，在应用前应先做适应性试验。,2、糖蜜类减水剂,（1）来源 （2）种类:糖蜜（制糖工业的残渣废蜜，又叫糖稀）；糖钙（糖稀经石灰中和，喷雾干燥后生产的，以蔗糖化钙为主要成分的棕褐色粉末）。 （3）应用 单独使用于泵送混凝土、大体积混凝土、夏季施工混凝土等；作为缓凝

10、或减水用于配制泵送剂、缓凝高效减水剂等复合外加剂。,(4) 特点及应用时应注意的问题 同时具有减水及缓凝气作用；不宜用于有早强要求、蒸养要求的混凝土。 掺量：0.2%0.3%，减水率：610。 缓凝性比木钙强，缓凝时间3h。 配制液体外加剂时不能有沉淀，配制粉体外加剂时不能有结粒或结块，要搅拌均匀。 以硬石膏、氟石膏为缓凝组分的水泥，在应用前应先做适应性试验。,三、常用混凝土减水剂,（二）高效减水剂,1、萘磺酸盐甲醛缩合物（萘系高效减水剂）,(1) 种类 低浓性萘系高效减水剂（Na2SO4含量520，一般1518），高浓性萘系高效减水剂（Na2SO4含量5）。 (2) 应用 作为增大混凝土流动

11、性，降低水胶比以提高强度，节约水泥等为目的，可以单独用于一般混凝土工业，特别是泵送混凝土、大流动性混凝土、高强高性能混凝土等；作为减水组分用于配制泵送剂、缓凝高效减水剂及引气高效减水剂等复合外加剂。,(3) 特点及应用时应注意的问题 阴离子型聚合物电解质，无缓凝及引气作用；合成工艺成熟、稳定，价格适中，减水率较大，目前占我国高效减水剂用量的80以上。 掺量：胶凝材料的0.5%1.0%（固体计），减水率：1525。 与水泥适应性一般，坍落度经时损失较大，大多与缓凝剂复合使用。,2.磺化三聚氰胺甲醛缩合物(水溶性树脂类减水剂）,该类减水剂又叫磺化三聚氰胺，蜜胺树脂高效减水剂。 (1) 应用 与萘系

12、高效减水剂相近，且适用于清水混凝土及耐火缓凝土，适用于作光亮剂中的减水组份。但价格高于萘系，故用量少。,(2) 特点及应用时应注意的问题 阴离子型聚合物电解质，无缓凝及引气作用；合成工艺复杂，喷雾干燥不如萘系容易，多为水剂。 掺量：胶凝材料的0.5%1.0%（固体计），减水率：1525。 与水泥适应性及保坍效果与萘系相当。 配制的混凝土硬化后表面光洁，与铝酸盐水泥适应性好。,第三节 混凝土早强剂,一、早强剂的定义,能加速混凝土早期强度发展的外加剂称为早强剂（或能够提高混凝土早期强度的外加剂）。适于在低温施工时使用。在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂。,二、早强剂的作用,1、在常温养护的

13、混凝土中掺入适量的早强剂，可显著提高其早期强度，或缩短养护时间及拆模时间，提高施工效率。 2、在低温下养护的混凝土中掺入适量的早强剂，提高早期强度以提高低温下混凝土的防冻效果。 3、对蒸养混凝土而言，可缩短蒸养周期或降低蒸养温度，达到提高生产率、节约能耗和降低成本的目的，具有明显的技术经济效果。,三、早强剂分类,1、强电解质无机盐类早强剂。 2、水溶性有机化合物。 3、其他。,四、常用混凝土早强剂,1、氯化钙 无机盐，掺量为胶凝材料的12，可明显提高早期强度。 主要增强机理：氯化钙和铝酸三钙反应生成不溶性复盐水化氯铝酸钙，与氢氧化钙反应，生成不溶性的氧氯化钙。 CaCl2 + 3CaOAl2O

14、3 +H2O 3CaOAl2O3CaCl230H2O或3CaOAl2O3CaCl210H2O CaCl2 + 3Ca(OH)2 +H2O CaCl23Ca(OH)212H2O或CaCl2Ca(OH)2H2O 固相比例提高，有助于水泥浆结构的形成；上述反应迅速进行，氢氧化钙数量减少，加速硅酸钙的水化。,2、硫酸钠 俗名元明粉，增效成分以Na2SO410H2O最佳。掺量为胶凝材料的0.52.0。 二水硫酸钙分散度极高，迅速进一步反应生成钙矾石，体积膨胀，使水泥石致密。氢氧化钙被消耗，加速了硅酸钙的水化。对矿渣水泥、火山灰水泥比对普通水泥的早强效果更显著，这是由于硫酸盐可激发矿渣、火山灰等对混合材料

15、的潜在活性。,3、三乙醇胺（TEA） 有机液体，是一种非离子表面活性剂，掺量为胶凝材料的0.030.05%，不改变水泥水化产物，但对水泥水化起“催化作用”。单掺早强效果不明显，一般将其与氯化钠、氯化钙、硫酸钠等复合使用，效果明显。,4、复合早强剂 （1）无机与无机复合：亚硝酸钠氯化钠（或氯化钙）；硫酸钠氯化钠（或氯化钙）；亚硝酸钠氯化钠（或氯化钙）硫酸钠。 （2）有机与无机复合：TEA+氯化钠（或氯化钙）; TEA亚硝酸钠氯化钠（或氯化钙）；TEA+硫酸钠。,五、早强剂的工程应用及注意事项,1、氯盐类早强剂 （1）价格便宜，早强效果好，但锈蚀钢筋； （2）以无水氯化钙计，干燥环境中钢筋混凝土的

16、氯盐掺量不超过胶凝材料的1，潮湿环境中钢筋混凝土的氯盐掺量不超过胶凝材料的0.15,预应力钢筋混凝土的氯盐掺量不超过胶凝材料的0.06；素混凝土氯盐掺量不超过胶凝材料的3。 （3）氯盐宜与阻锈剂亚硝酸钠使用，比例为NaNO2:NaCl(or CaCl2)1.11.3。,2、硫酸钠 （1）硫酸钠为强电解质，对锌、铝埋件有腐蚀作用；有直流电作用的混凝土，如绝缘不好，硫酸钠会加速电化学腐蚀。因此，有镀锌、铝钢材，有铝、铁相接着部位，有外露锌、铝或钢筋预埋件而无防护措施结构，有直流电源的混凝土构件，禁止使用硫酸钠作早强剂。 （2）钢筋混凝土的硫酸钠用量应不超过胶凝材料的2；预应力钢筋混凝土的硫酸钠掺量应不超过胶凝材料的1。 （3）硫酸钠易导