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1、水泥和外加 剂 常 识山西凯迪建材有限公司研发中心水泥和外加剂常识1第一章 水泥一、水泥的分类：硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，铁铝酸 盐水泥，硫酸盐水泥四大类。二、目前市场应用最广泛的水泥是普通（PO ）硅酸盐 水泥，凡有硅酸盐水泥熟料加 0-5的石灰石或粒化高炉矿渣和适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥。1、硅酸盐水泥（1）掺合料硅酸盐水泥包括普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥。（2）特种硅酸盐水泥包括中低热水泥、道路水泥、抗硫酸盐水泥、白色水泥、快硬水泥。（3）PI 型水泥：水泥熟料+适量的石膏磨细PII 型水泥：水泥熟料+5以内的石灰石或粒化高炉矿渣+ 适量石膏2
2、、硅酸盐水泥的化学成分和矿物成分（1）化学成分：氧化钙 CaO 60-67%氧化硅 SiO2 19-24%氧化铝 A12 O 3 4-7%氧化铁 Fe2 O3 2-5%（2）有害成分：氧化镁 MgO密胺树脂系 萘系古玛隆树脂系 氨基磺酸 盐 聚 羧酸系。引气大小的排列：甲基萘系古玛隆树脂系 密胺树脂系 萘系 氨基磺酸 盐。凝结时间快慢：密胺树脂系萘系 古玛隆树脂系氨基磺酸盐。掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子链实际上在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态。不同的吸附态则是因高效减水剂分子链结构不同所致，它直接影响在掺有该类减水剂混凝土的坍落度经时变化，A、B 所示是萘系和三聚氰 胺吸附状
3、态，呈棒状链，因而是平直吸附，静态排斥作用弱，其结果是坍落度损失大，而氨聚磺酸盐类高效减水剂在水泥微粒表面呈环状、引线状和水泥和外加剂常识12齿轮状梳子吸附，如 C、D 使水泥微粒之间的静电斥力呈立体的、交错纵横的，立体的静电斥力 zeta 电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度损失小，而多 羧 基系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥微粒表面吸附状态多呈现齿状，这种减水剂不但具有对水泥微粒极好的分散性，而且能保持坍落度经时变化很小。因为：其一是由于接枝共聚物有很大量的羧基存在，具有一定的整合能力，加之枝链的立体静电力构成对粒子间聚合作用的阻碍；其二是在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐
4、渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一效应不断得以重现；其三是接枝共聚物的 zeta 电位绝对值比其他高效减水剂低，因此达到相同分散效果时所需要的电荷总量也不如其他减水剂那样多，换句话说，掺量一样时，接枝共聚物 对水泥粒子的分散效果更好。6、高效减水剂对混凝土的影响高效减水剂 的使用大幅度降低混凝土拌合用水量，降低水灰比，因而硬化后的混凝土孔隙率就较低。此外，高效减水剂对水泥的分散性能好，因而改变水泥水化程度，提高混凝土各个龄期的强度。但一年龄期或更长的抗压强度则与不掺减水剂的空白混凝土相差不大。能提高混凝土的抗折抗弯强度，但幅度小于抗 压强度的提高，尤其是对高强混凝土时，此 趋势更明显。 水泥
5、和外加剂常识13对中低强度混凝土来 说 ，掺高效减水剂后混凝土静力弹性模量有所提高，但 C60 以上高强度混凝土则 很少提高，而且强度越高，骨粒弹性模量的大小对混凝土弹 性的影响越显著。对收缩的影响，对于减少用水量的混凝土，收缩值小于不掺的空白混凝土，用于增加坍落度而改善和易性时，收缩值高于或相差于不掺的空白混凝土，但也不会超过技术指标规定限值的 110-4。高效减水剂对 混凝土徐 变的影响与对收缩的影响规律相同，只是当掺高效减水 剂而不节约水泥，抗 压强 度明显提高时徐变显著减小。对于抗冻融性的影响。非引气性高效减水剂对于混凝土抗冻融性有所提高，引气性高效减水剂对于混凝土抗冻融性大大提高。抗
6、渗性提高：掺减水剂 混凝土抗渗性大大高于不 掺的空白混凝土。抗碳化性提高：对钢筋不会造成 锈蚀危害，只要掺入减水剂，就能使密实度提高，因而对防止混凝土中性化 (或称碳化破坏) 有好处。四、缓凝剂缓凝剂和缓凝减水剂总是与热天施工的混凝土或大体积混凝土、泵送混凝土联 系在一起。 这不仅仅是因 为它水泥和外加剂常识14延迟了水泥浆的凝结时间，而且可以延缓和降低水泥水化的放热速度和热量，从而使混凝土避免了温度应力引发的裂缝，更多时是用缓凝剂和高效减水剂复合以控制坍落度损失过快。 缓凝剂的特点：各种缓凝剂和缓凝减水剂主要是延缓、抑制 C3A 矿物和 C3 S 矿物组合的水化， 对 C2S 影响相对小得多
7、，因而不影响对水泥 浆中长期水化和长龄期强度增长。 缓凝剂主要有：糖类及碳水化合物、葡萄糖、糖蜜、蔗糖及糖酸钙等。1、多元醇及衍生物，多元醇，胺基衍生物，纤维素，纤维素醚。多元醇系产品型号很多，有早强性， 标准型，引气型，超凝型和缓凝型。多元醇缓 凝剂具有减水增强的作用。多元醇及其衍生物：酮酯的缓凝性较稳定，不随使用环境温度而改变。其中三元醇作用强，丙三醇 (甘油 )可使水泥水化完全停止，用于混凝土缓凝剂的还有木糖醇、阿糖醇、山梨醇和甘露醇等。2、羟基羧酸类：酒石酸、乳酸、 柠檬酸、酒石酸钾钠、水杨酸、醋酸。羟基羧酸盐是有机缓凝剂，也是最常用的缓凝剂，尤其是超低掺量使用，与促凝 剂或速凝剂复合
8、以起调凝控制水泥和外加剂常识15坍落度损失的作用，但高气温环境中缓凝效果降低，主要是减少了对水泥熟料矿物 C3A 的水化抑制，这是一个明显的缺点。最常用的柠檬酸在混凝土中的掺量一般为 0.03-0.1， 掺量为 0.05时，混凝土 28 天的强度仍有提高，继续增大掺量会影响强度，加入 柠檬酸能改善混凝土的抗冻性。 酒石酸及酒石酸钾钠二者均对水泥有强烈的缓凝作用，用量不超过水泥用量的 0.01-0.1，此掺量范围延缓混凝土 7 天以内的强度，但能促 进后期强度提高。3、无机盐类：硼酸盐、磷酸盐、氧硅酸 钠、 亚硫酸钠、硫酸亚铁、 钾盐等。无机盐类缓凝剂品种很多，首推磷酸盐和偏磷酸盐，在磷酸盐中，
9、相同掺量下，焦磷酸钠 三聚磷酸盐多聚磷酸盐。偏磷酸钠的缓凝作用同聚磷酸盐一样强烈，需要超缓凝时，更多 选用焦磷酸钠，而不是聚磷酸钠，聚磷酸钠主要为三聚磷酸钠，但往往含少量磷酸盐，白色粉末或粒状固体，效果优于磷酸三钠。4、糖密性减水剂：又称糖钙，其中有 30的还原糖，10-15的胶体物质， 1-2的钙镁盐类，PH 为 6-7，掺量在0.1-0.6，初凝延长 1-6 小时，终凝延长 3-1 3 小时。低聚水泥和外加剂常识16糖减水剂(缓凝性) ：低聚糖是纤维素、糊精等多糖类物质水解的中间产物，是一种近于黑色的水溶性粘稠液体，干燥粉碎后的固体粉末呈棕色，属于多元醇缓凝减水剂。 在糖类缓凝剂中，常用葡
10、萄糖和食用白糖，但不同掺量环境温度越低，缓凝效果越 强，因此必 须不断调整 掺量以符合施工使用需要。5、木钙缓凝减水剂掺量为 0.2-0.5，一般减水率 为10左右，初凝和终凝可延 长 3 个小时， 掺量超过 0.5，坍落度增加幅度较小，缓凝 时间大大变长，会影响混凝土的 2 8 天强度。缓凝剂和其它外加剂，尤其早强型外加剂存在相容性。外加剂复合使用前应先行试验。缓凝减水剂(木钙糖钙) 和多元醇类缓凝剂有时会引起混凝土急凝现象，因此要注意 进行水泥适应性试验，合格后方可使用，若试验结果使水泥假凝，可以试用，先加水拌和混凝土稍长(1.5-2min 后)再加入缓凝减水剂的措施，往往可以避免假凝的发
11、生。 对于假凝的水泥可用羟基羧酸盐类缓凝剂。五、早强剂，外加剂能加速混凝土早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂，主要有：氯盐类和硫酸盐类。 1、氯盐类：氯化钾、氯化钠、氯化铵、 氯化钙、氯化锌、氯化锡、 氯化铁、氯化铝，通常多用 氯化钙，其效果好，成水泥和外加剂常识17本低，但对钢筋有锈蚀作用。 六水三氯化铝，强烈促凝，但长期强度偏低，故多和三已醇胺使用，作防水剂，可以提高混凝土密实性。2、硫酸盐和硫化硫酸盐早强有：元明粉、芒硝、硫酸 钙(石膏)硫酸铝 、硫化硫酸钠、硫化硫酸钙。硫酸钠在水泥硬化时，能较快的与水泥浆中 Ca(OH)2反应，生成 CaSO4 和 NaOH，然后和 C3A 反应
12、硫铝 酸盐而获得高的早期强度，原因是反 应生成的微晶 CaSO47H2O，比水泥中的石膏粉细而活性高。硫酸钠早强剂不锈蚀钢筋，且在矿渣水泥混凝土中有抗硫酸性，掺量为 0.8-2.0，蒸养时，控制在 1以内为宜，因为在蒸养过程中，硫酸钠影响水泥石结构，从而降低耐腐 蚀性。硫酸钙(石膏)加入混凝土略有缓凝，在相同掺量时，不如硫酸钠的早强作用高，但仍有明显的早强作用，石膏在混凝土中的最佳掺量随水泥碱含量和 C3A 含量而变 化。现时能获得最佳早强增长和最小干缩值，超过最佳掺量到降低强度和体积膨胀。六、引气剂：在拌合物拌合过程能引入大量均匀分布的稳定而又封闭的微小气泡的外加剂，称为引气剂。用于抗渗、抗
13、冻混凝土工程，品种分松香聚合物、松香 酯 皂、801 引气剂、皂角 S T 引气 剂。引气剂抗渗抗冻的机理：引气剂也是一种表面活性剂，水泥和外加剂常识18引气剂是定向吸附在气一液界面的稳定气泡。封闭气泡的作用：A、在混凝土拌合物中起 润滑作用；B、硬化后封闭毛细孔隙，堵塞开口孔隙而提高抗渗性，当开口孔隙的水结冰时，膨胀产 生挤压力，开口孔隙附近气泡可被压缩而消除膨胀挤压力，从而提高抗冻性；C、引气剂降低强度。D、引气 剂的 掺量以达到适合含气量来控制。粗集材 Dmm(石子) 最大粒径 含气量的控制20mm 5.5%0.5%40mm 4.5%0.5%80mm 3.5%0.5%120mm 3.0%
14、0.5%七、膨胀剂混凝土膨胀剂是与水泥和水拌合后，经水化反应生成钙钒石，或 氢氧化钙使混凝土 产生膨胀的外加剂。它的特点是：在有预应力的束缚下，这种膨胀转变成压应力，减少或消除混凝土干 缩和凝缩时的体积缩小，从而改善混凝土质量。生成的 钙钒石等晶体，具有充填、堵塞混凝土毛细孔隙的作用，提高混凝土的抗渗能力。它的主要品种有：硫铝 酸钙类膨胀剂：明矾石膨胀剂、UEA 膨胀剂 、AEA 膨 胀剂，是以水化硫 铝酸钙 即钙钒石为膨胀源或主要膨胀源； 氧化钙类膨胀剂：指与水泥和水拌合后生成氢氧化钙的膨胀剂，膨胀源以氢氧化钙为主，也称 CEA 膨胀剂；复合混凝土膨胀剂是指硫 铝酸钙水泥和外加剂常识19或氧
15、化钙类膨胀剂，分别与混凝土化学外加剂复合的，兼有混凝土膨胀剂与混凝土外加剂性能的混凝土膨胀剂，混凝土复合膨胀剂的品种很多，绝大多数是与缓凝剂复合，以减少坍落度经时损失，有利于商品混凝土的远距离运输和泵送。第四章 外加剂的最佳掺量和外加剂与水泥的相容性问题一、掺量混凝土中外加剂的用量虽然很小，但却明显的影响混凝土的性能(如和易性、强度、凝 结时间等) 及经济指标，特别是掺缓凝剂减水剂、引气 剂时， 掺量少，不明 显，而一旦超掺量使用就使浇筑的混凝土不凝结硬化或严重降低强度造成工程事故。1、外加剂的掺量应按以混凝土中胶凝材料(水泥+掺合料) 总 量百分比表示。2、外加剂的适宜掺量确定，例如减水剂掺量较小时，混凝土拌合物的流动性增加得很少，掺量过多时，流动度并不成正比增加，只有在一个狭小得最佳掺量范围内减水剂量稍一增加，拌合物的流 动性才有显著提高，适宜掺量范围即为上升段转入上平缓时，必须通过混凝土试配，确定外加剂的合理掺量，即技 术经济最合适的外加剂最佳掺量。水泥和外加剂常识20不同类型的外加剂的掺量有一定规律，无机盐早强剂掺量为 1-2，有机缓凝剂为 0.02-0.1，引气剂为 0.002-0.01，普通减水剂 0.2-0.3，膨 胀剂的掺量为 8-12，高效减水剂 0.5-1.0。同一种外加剂用于不同混凝土时，
