建筑材料12 第五章 05.doc

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课 题
第五章 （5）
课时数
2
授课日期
第

周
星期

第

节
目
的
要
求
1、 了解外加剂
重
点
与
难
点
重点、难点：种类

授
课
方
式
课堂讲授

板
书
设
计

第五节 混凝土外加剂
一、 减水剂
二、 引气剂
三、 早强剂
四、 缓凝剂
五、 防冻剂
六、 速凝剂
七、 外加剂的选择与使用

作
业
布
置

练习本
课
后
小
结

教学过程：
外加剂：是指能有效改善混凝土某项或多项性能的一类材料。
其掺量一般只占水泥质量的5%以下，却能显著改善混凝土的和易性、强度、
耐久性或调节凝结时间及节约水泥。
外加剂的应用促进了混凝土技术的飞速进步，技术经济效益十分显著，使得高强高性能混凝土的生产和应用成为现实，并解决了许多工程技术难题。如远距离运输和高耸建筑物的泵送问题；紧急抢修工程的早强速凝问题；大体积混凝土工程的水化热问题；纵长结构的收缩补偿问题；地下建筑物的防渗漏问题等等。目前，外加剂已成为除水泥、水、砂子、石子以外的第五组成材料，
（一）、外加剂的分类：
混凝土外加剂一般根据其主要功能分类：
1．改善混凝土流变性能的外加剂。主要有减水剂、引气剂、泵送剂等。
2．调节混凝土凝结硬化性能的外加剂。主要有缓凝剂、速凝剂、早强剂等。 　　3．调节混凝土含气量的外加剂。主要有引气剂、加气剂、泡沫剂等。
4．改善混凝土耐久性的外加剂。主要有防水剂、阻锈剂、抗冻剂等。
5．提供混凝土特殊性能的外加剂。主要有防冻剂、膨胀剂、着色剂、引气剂和泵送剂等。
（二）、建筑工程中常用的混凝土外加剂品种：
1、减水剂：减水剂是指在混凝土坍落度相同的条件下，能减少拌合用水量；或者在混凝土配合比和用水量均不变的情况下，能增加混凝土坍落度的外加剂。
根据减水率大小或坍落度增加幅度分为普通减水剂和高效减水剂两大类。此外，尚有复合型减水剂，如引气减水剂，既具有减水作用，同时具有引气作用；早强减水剂，既具有减水作用，又具有提高早期强度作用；缓凝减水剂，同时具有延缓凝结时间的功能等等。
1）．减水剂的作用机理：
减水剂提高混凝土拌合物流动性的作用机理主要包括分散作用和润滑作用两方面。减水剂实际上为一种表面活性剂，长分子链的一端易溶于水——亲水基，另一端难溶于水——憎水基，如图4-17所示。

图4-17 表面活性剂（减水剂）                           图4-18 减水剂作用机理示意图

　　（1）分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%～30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性（如图4-18a）。当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性（如图4-18b）。
（2）润滑作用：减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜（图4-18c），这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。2）．减水剂的主要功能：
（1）配合比不变时显著提高流动性。
（2）流动性和水泥用量不变时，减少用水量，降低水灰比，提高强度。 　　（3）保持流动性和强度不变时，节约水泥用量，降低成本。
（4）配置高强高性能混凝土。
3）、常用减水剂品种：
（1）木质素系减水剂：木素质系减水剂主要有木质素磺酸钙（简称木钙，代号MG），木质素磺酸钠（木钠）和木质素磺酸镁（木镁）三大类。工程上最常使用的为木钙。
（2）萘磺酸盐系减水剂：简称萘系减水剂，萘系减水剂多数为非引气型高效减水剂，适宜掺量为0.5%～1.2%，减水率可达15%～30%，相应地可提高28天强度10%以上，或节约水泥10%～20%。
萘系减水剂对钢筋无锈蚀作用，具有早强功能。但混凝土的坍落度损失较大，故实际生产的萘系减水剂，极大多数为复合型的，通常与缓凝剂或引气剂复合。
萘系减水剂主要适用于配制高强、早强、流态和蒸养混凝土制品和工程，也可用于一般工程。
（3）树脂系减水剂：为非引气型早强高效减水剂，性能优于萘系减水剂，但目前价格较高，适宜掺量0.5%～2.0%，减水率可达20%以上，1天强度提高一倍以上，7天强度可达基准28天强度，长期强度也能提高，且可显著提高混凝土的抗渗、抗冻性和弹性模量。
掺SM减水剂的混凝土粘聚性较大，可泵性较差，且坍落度经时损失也较大。目前主要用于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸汽养护混凝土和铝酸盐水泥耐火混凝土等。
（4）糖蜜类减水剂：糖蜜类减水剂是以制糖业的糖渣和废蜜为原料，经石灰中和处理而成的棕色粉末或液体。适宜掺量0.2%～0.3%，减水率10%左右。主要用于大体积混凝土、大坝混凝土和有缓凝要求的混凝土工程。
（5）复合减水剂：单一减水剂往往很难满足不同工程性质和不同施工条件的要求，因此，减水剂研究和生产中往往复合各种其他外加剂，组成早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、缓凝引气减水剂等等。随着工程建设和混凝土技术进步的需要，各种新型多功能复合减水剂正在不断研制生产中，如2～3h内无坍落度损失的保塑高效减水剂等。
2、早强剂：早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。
1）、主要功能：是缩短混凝土施工养护期，加快施工进度，提高模板的周转率。
2）、主要作用机理：是加速水泥水化速度，加速水化产物的早期结晶和沉淀。
3）、主要用途：有早强要求的混凝土工程及低温、负温施工混凝土、有防冻要求的混凝土、预制构件、蒸汽养护等等。
4）、主要品种：有氯盐、硫酸盐和有机胺三大类，但更多使用的是它们的复合早强剂。
（1）氯化钙早强剂：适宜掺量0.5%～3%。由于Cl-对钢筋有腐蚀作用，故钢筋混凝土中掺量应控制在1%以内。CaCl2早强剂能使混凝土3天强度提高50%～100%，7天强度提高20%～40%，但后期强度不一定提高，甚至可能低于基准混凝土。此外，氯盐类早强剂对混凝土耐久性有一定影响。此外，为消除CaCl2对钢筋的锈蚀作用，通常要求与阻锈剂亚硝酸钠复合使用。
（2）硫酸盐类早强剂：建筑工程中最常用的为硫酸钠早强剂。适宜掺量为0.5%～2.0%；早强效果不及CaCl2。对矿渣水泥混凝土早强效果较显著，但后期强度略有下降。硫酸钠早强剂在预应力混凝土结构中的掺量不得大于1%；潮湿环境中的钢筋混凝土结构中掺量不得大于1.5%；严格控制最大掺量，超掺可导致混凝土后期膨胀开裂，强度下降；混凝土表面起“白霜”，影响外观和表面装饰。
（3）有机胺类早强剂：工程上最常用的为三乙醇胺。三乙醇胺的掺量极微，一般为水泥重的0.02%～0.05%，虽然早强效果不及CaCl2，但后期强度不下降并略有提高，且无其他影响混凝土耐久性的不利作用。但掺量不宜超过0.1%，否则可能导致混凝土后期强度下降。掺用时可将三乙醇胺先用水按一定比例稀释，以便于准确计量。此外，为改善三乙醇胺的早强效果，通常与其他早强剂复合使用。
（4）复合早强剂：为了克服单一早强剂存在的各种不足，发挥各自特点，通常将三乙醇胺、硫酸钠、氯化钙、氯化钠、石膏及其他外加剂复配组成复合早强剂效果大大改善，有时可产生超叠加作用。
3、引气剂：引气剂是指混凝土在搅拌过程中能引入大量均匀、稳定且封闭的微小气泡的外加剂。
1）、作用机理：为引气剂作用于气－液界面，使表面张力下降，从而形成稳定的微细封闭气孔。
2）主要类型：松香树脂、烷基苯磺碱盐、脂肪醇磺酸盐等等。最常用的为松香热聚树脂和松香皂两种。掺量一般为0.005%～0.01%。严防超量掺用，否则将严重降低混土强度。当采用高频振捣时，引气剂掺量可适当提高。
3）主要功能：
（1）改善混凝土拌合物的和易性。在拌合物中，相互封闭的微小气泡能起到滚珠作用，减小骨料间的摩阻力，从而提高混凝土的流动性。若保持流动性不变，则可减少用水量，一般每增加1%的含气量可减少用水量6%～10%。由于大量微细气泡能吸附一层稳定的水膜，从而减弱了混凝土的泌水性，故能改善混凝土的保水性和粘聚性。
（2）提高混凝土耐久性。由于大量的微细气泡堵塞和隔断了混凝土中的毛细孔通道，同时由于泌水少，泌水造成的孔缝也减少。因而能大大提高混凝土的抗渗性能。提高抗腐蚀性能和抗风化性能。另一方面，由于连通毛细孔减少，吸水率相应减小，且能缓冲水结冰时引起的内部水压力，从而使抗冻性大大提高。
4）应用和注意事项：引气剂主要应用于具有较高抗渗和抗冻要求的混凝土工程或贫混凝土，提高混凝土耐久性，也可用来改善泵送性。工程上常与减水剂复合使用，或采用复合引气减水剂。
由于引气剂导致混凝土含气量提高，混凝土有效受力面积减小，故混凝土强度将下降，一般每增加1%含气量，抗压强度下降5%左右，抗折强度下降2%～3%。故引气剂的掺量必须通过含气量试验严格加以控制，普通混凝土中含气量的限值可按表4-19控制：
表4-19 混凝土含气量限值
粗骨料最大粒径（mm）
10
15
20
25
40
含气量（%）≤
7.0
6.0
5.5
5.0
4.5
4、缓凝剂：缓凝剂是指能延长混凝土的初凝和终凝时间的外加剂。
1）常用类型：为木钙和糖蜜。糖蜜的缓凝效果优于木钙，一般能缓凝3h以上。
2）主要功能：
a．降低大体积混凝土的水化热和推迟温峰出现时间，有利于减小混凝土内外温差引起的应力开裂。
b．便于夏季施工和连续浇捣的混凝土，防止出现混凝土施工缝。
c．便于泵送施工、滑模施工和远距离运输。
d．通常具有减水作用，故亦能提高混凝土后期强度或增加流动性或节约水泥用量。　　5、速凝剂：速凝剂是指能使混凝土迅速硬化的外加剂。
一般初凝时间小于5min，终凝时间小于10h，1h内即产生强度，3天强度可达基准混凝土3倍以上，但后期强度一般低于基准混凝土。
常用的速凝剂品种有红星I型、711型、782型和8604型等。
速凝剂主要用于喷射混凝土和紧急抢修工程、军事工程、防洪堵水工程等。如矿井、隧道、引水涵洞、地下工程岩壁衬砌、边坡和基坑支护等等。
6、防冻剂：防冻剂指能使混凝土中水的冰点下降，保证混凝土在负温下凝结硬化并产生足够强度的外加剂。
主要适用于冬季负温条件下的施工。值得说明的一点是，防冻组分本身并不一定能提高硬化混凝土抗冻性。
常用防冻剂种类有：1．氯盐类防冻剂，2．氯盐类阻锈防冻剂， 3．氯盐类防冻剂， 4．无氯低碱/无碱类防冻剂。
7、 加气剂：以化学反应的方法引入大量封闭气泡，用以调节混凝土的含气量和表观密度，也可以用来生产轻混凝土。
常用的加气剂有：1．H2释放型加气剂，2．O2释放型加气剂，3．N2释放型加气剂，4．C2H2释放型加气剂，5．空气释放型加气剂，6．高聚物型加气剂。
综合考虑引气质量、可控制性和经济因素，实际工程中以Al粉较常用。