1、1外加剂的基本知识讲义一、 含义：混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质，它对于新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要的作用，它已经成为混凝土组成中不可缺少的重要组份，我们常称它为混凝土的第五组份。二、分类：（一） 、按其功能来分类：1、改善混凝土拌和物流变性能的外加剂（减水剂，引气剂，泵送剂等） 。2、调节混凝土凝结时间及硬化性能的外加剂（缓凝剂，早强剂，速凝剂等）。3、改善混凝土耐久性的外加剂（引气剂，阻锈剂，抗冻剂，防水剂，抗渗剂等） 。4、改善混凝土其它性能的外加剂（发泡剂，着色剂，膨胀剂等） 。（二） 、按其化学成份分类：1、有机类外加剂。2、无机类外加剂。3、
2、有机、无机复合类外加剂（三） 、按其使用效果分类：1、减水剂（普通，高效，高性能） 。2、调凝剂（缓凝剂，早强剂，速凝剂） 。3、引气，消泡剂。4、防水剂。5、防冻剂。6、膨胀剂。7、阻锈剂，脱模剂，养护剂，泵送剂。8、复合型外加剂（缓凝减水剂，早强减水剂，改性复合外加剂等） 。2三、外加剂的应用：（一） 、是混凝土极为重要的组份之一。可以使混凝土改善（改变）性能，我国从 50 年代开始逐步掌握和应用了外加剂。（二） 、外加剂的应用是一个循序前进不断发展进步的过程。（三） 、外加剂的品种研发工作的进展及产品的推回市场，同时使用过程也是逐步扩大和发展，目前，二十一世纪推出了高性能减水剂和特殊品种
3、的外加剂。（四） 、外加剂的使用已有单一品种的使用已不断发展到复配应用，加入不同性能的外加剂达到我们所需的要求，并在制造过程中预先设计好所需要的产品。（五） 、一些工程应用情况的介绍。1、三峡工程的应用。2、上海东海大桥和杭州湾大桥。3、我国的高速铁路及磁悬浮铁路桥墩、立柱、无轨道板。4、高速公路的建设。5、机场码头的建设扩建，水利站的建设。混凝土的一些基本概念一、 混凝土的概念及组成：混凝土是以胶凝材料、砂、石、水、化学外加剂和微细活性材料（即矿物外加剂）组成的结构材料。（一）胶凝材料：其中有水泥、粉煤灰、矿粉、磨细天然沸石、硅灰。1、水泥：硅酸盐水泥（南方，主要）和铝酸盐水泥（北方大多）硅
4、酸盐水泥的分类：普通硅酸水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。2、粉煤灰：是用燃煤炉发电的电厂排放出来的烟道灰。3、矿粉：是炼铁高炉排出的熔渣，经水淬而成。经过磨细 S-95，S-105 。34、磨细天然沸石：是天然斜发沸石和丝光沸石的多水结构微晶组成的矿石经破碎、磨细 粉料。5、硅灰：二氧化硅蒸汽直接冷凝成非晶态的球状微粒，是电炉生产硅铁合金或单晶硅的副产品。（二）砂：细度模数为 2.62.9 的中砂。（三）石：粒径为 520mm（圆孔） ，采用二级配，其中 510 mm 占40%，1020 mm 占 60%。二、混凝土的级配及标号：（一）标号：C50，
5、C 代表立方体抗压强度标准值，50 代表强度等级 50MPa，所表示的是混凝土立方体抗压标准强度，即指按标准方法制作和养护的长度为 150 mm 的立方体试件，在 28 天龄期，用标准试验方法测得的强度总体分布中具有不低于 95%保证率的抗压强度值。混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值的依据，同时也是混凝土施工中控制工程质量和工程验收时的重要依据。（二）混凝土分为：普通混凝土和高强混凝土1）普通混凝土：划分为C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55 和 C60 等 12 个等级。A.C7.5C15 用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构；B
6、. C15C25 用于普通混凝土结构的梁、板、柱、楼梯及屋架等；C.C25 C30 用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等；D.聚羧酸减水剂用于 C40 以上比较合适，能发挥它的良好性能。2）高强混凝土：C60 以上，现在C70， C75， C80，C85， C90，C95，C100，C120 等等。三、外加剂与水泥的相互关系（一）外加剂对水泥水化的影响：4水泥是由“水泥生料”经过高温煅烧成水泥熟料。水泥熟料加入掺合料经过粉磨而得水泥。水泥熟料中主要由硅酸二钙C2S，硅酸三钙 C3S，铝酸三钙 C3A 和铁铝酸四钙 C4AF，四大部分组成。此四大组分遇水后均会发生水化应，而它水化反应
7、的速率各不同。其中C3AC 3SC 3AC 2S。如果单纯熟料遇水，C 3A 快速水化，形成大量的水化铝酸钙并几分钟内迅速凝结、硬化。所以水泥熟料粉磨时必须加入适量石膏（以调节水泥的凝结时间）及其它适量的掺合料成为各种牌号的水泥。混凝土原材料加水拌和后，水泥中四大组分即开始和水结合，发生水化反应，产生水化产物。水泥水化反应：C3S 2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2C2S 2(2CaOSiO2)+4H2O=2CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2C3A 3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2OC4AF 4CaOAl2O3Fe2O3+
8、7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3+H2O水泥浆体凝结，硬化后，将粗、细集料粘结合成一个整体。随着水泥水化的不断深入，混凝土的各项性能不断提高，所以水泥水化、硬化过程对水泥浆体的结构和混凝土性能起决定性的影响。（二）外加剂的加入被水泥水化产物迅速吸收也会发生相应反应。由于外加剂性能的不同，各种外加剂对水化过程的影响也不相同。同时，它必定对水泥水化反应的速率和水泥浆体的流变性能产生影响。如缓凝组分加入，刚开始时它能影响水泥速率和水泥流变性能，阻碍水泥和水的接触延缓水化。但时间一长，外加剂缓凝组分不断消耗，浓度下降，就不能控制和影响水化速率和水泥流变性能，造成混凝土坍落度的经时
9、损失和水泥流变性能变差。这时就得看缓凝组分加入后影响水化速率和水泥流变性能的能力大小，所以也就要选用不同的缓凝组分。又如加入某特定缓凝组分，它能和 C3A 或 C3S 能形成钙钒石晶体，并能包裹在 C3A 及 C3S 晶体表面，控制水分的渗入，让水化过程放慢，也就达到缓凝的效果。如水化产物：3CaOAl2O36H2O 与 CaSO4生成53CaOAl2O33CaSO431H2O（钙矾石=AFt）保护膜延缓水化。而加入早强组分即是促使 C3A 和石膏之间形成硫铝酸钙的反应，加速水化过程，就形成早强。四、外加剂与水泥的适应性问题。（一） 、由于各地生产的水泥组份有差异，含有的各种化合物成份、含量均
10、有所不同，所以使用外加剂过程中会遇到某种水泥对外加剂使用时感觉性能很好，而水泥品种一换，即使仍使用同一种外加剂，也会使它的性能指标大相径庭，这就是我们常说的外加剂和水泥的适应性问题。（二） 、应注意的问题：1、注意了解水泥厂生产的水泥的性能是否稳定，索要水泥成份分析单，使用的助磨剂，掺合料及量的情况。2、注意不同的地区水泥中成份差异较大，注意硫铝酸盐水泥在复配使用时的特殊要求。3、注意是否是新鲜水泥，一般水泥 10 天后即正常，新鲜水泥吸水性很强。4、注意水泥的细度，防止有的水泥厂为了达到强度标准，水泥颗粒磨得过细，所以10mm 颗粒，不能10%，它的吸水量很大。5、注意天气的温度，夏天和冬天
11、使用外加剂时情况是不一样的，夏天防止快凝，及坍损过快，冬天防止缓凝过长或不凝。6、散装水泥的温度，当 t65，外加剂适应性明显不好。7、外加剂本身原因造成与水泥的适应性不好，以后内容中讲解。外加剂的复配一、 复配前的准备（一）了解水泥的情况，对水泥有一个初测1、水泥的矿物成分，水泥中 C3A 和 C4AF 比例越大，减水剂分散效果就差。62、二水石膏调凝剂，改换了半水石膏、无水石膏（硬石膏） ，遇水形成不了钙矾石包裹在 C3A 表面的作用不能延缓了水化过程。3、碱含量大，使缓凝和坍损会增大。加速铝酸盐相的溶出，导致水泥粒子对减水剂吸附量增大。4、水泥细度大，使水和水泥接触表面增大，水化速率就加
12、快，塑化效果差了。330mm 应当占 90%。5、水泥掺合料加入煤碴石，使水泥塑化效果下降，对外加剂有较大影响。6、新鲜水泥表面正电荷强，吸附能力强，对外加剂吸附能力增强，坍损也就较快。7、水泥的温度高，水化速度快，塑化也差，坍损快。（二）对要使用的外加剂有一个初测进行均质性指标检测，了解产品的性能1、不管是自行生产的还是外购的，都必须进行均质性指标检测，检测母液本身的质量（母液没有加过复配辅料） 。2、如果是外购的外加剂，应进行一个质量的评定，质量进行比较的选择应要有统一的标准来进行评定，按标准进行。如同一时间同一牌子同一生产厂的水泥。水灰比一样，秤取的减水剂量应一致（扣水不扣水也一致） ，
13、减水剂的含固量取统一标准。送样进行评定才能选出母液质量好的产品。3、选母液产品质量稳定的，那么复配后的产品质量也稳定。如果已经选择经过复配的外加剂那也必须按（2）要求进行检测。4、PC 最大的特别是对水的敏感性很强，加入水多了会泌水，少一点则打不开，保坍性能不好，所以对计量要求准确。（三）水泥适应性的初配（水泥与外加剂的相容性试验）1、流动度与经时损失的测试，选用与水泥适应性能好的合适的外加剂。虽然流动度不是唯一影响的指标，但可初配用。2、减水剂和各辅料之间的相容性问题，外加剂辅料本身也有相容性的问题。PC 之间也有相容性问题，PC 之间相容性较好，可以相互混溶，以取长补短，提高性能。3、辅助
14、的加入还须注意一个复配加料的顺序，防止分层和沉淀析出。74、各种不同的母液可以通过改性来提高综合性能。如萘磺酸减水剂在液合工序中加入 PC 的改性剂，也可以反过来在 PC 的聚合中加入其它减水剂的改性剂，让其它减水剂作为一个中间体（某单体）参与聚合，大大改善了相容性。木质素磺酸钠，木质素磺酸钙会增大含气量，降低强度。但它用的很多，可任意复配。萘，氨基，脂肪与 PNa 阿共同使用，PNa 和聚磷酸钠叠加使用减水率会提高。5、外加剂的复配本身是一门实践科学，只有通过不断试验才能复配出性能好的，价格优的产品。不要指望不做试验能解决复配问题的。（四）常用解决混凝土材料相容性问题措施1、采用复合外加剂，
15、多元外加剂和多元辅料的复合应用，二元多元复合作用和多组份叠加效应。 （不同组份等效用量原则）2、选择大水泥厂的水泥，质量稳定。水泥中粗细颗粒的级配恰当，可以得到良好流变性，水泥中 330mm 的颗粒主要起强度的增强作用，应当占 90%以上，10mm 颗粒只起早强作用，且需水量大，限10%，目前很多水泥生产单位为了提高水泥的强度，颗粒越磨越细，水泥此表面积增大，导致水泥的吸水量增大。3、地材的使用必须遵照要求；特别当使用风化的石子，含泥量高的石子和黄沙，无活性超细的矿石粉时应注意吸水量的问题，一般含泥量应2%。二、常用的复配原料：（一）外加剂：木质素磺酸钠（钙） （镁）萘磺酸甲醛缩合物，氨基磺酸
16、，脂肪族，三聚氰胺减水剂，最近几年聚羧酸减水剂等，可以直接原液使用或经过加入复配原料复配后使用。（二）常用的缓凝复配料：目前复配辅料最多的是缓凝剂，用来调整外加剂加入混凝土后控制凝结时间及保塑性。也即延缓水泥的水化硬化速度，以使新拌混凝土在较长时间内保持塑性。1、常用的无机盐类缓凝剂：8磷酸盐：三聚磷酸钠、磷酸二氢钠（二氢钾） 、焦磷酸钠和六偏磷酸钠最好。磷酸盐与 Ca(OH)2反应在已生成的熟料表面形成不溶性的磷酸钙，从而阻碍了水泥水化的进行。一般掺量 12.5%（PC 计）硼砂（四硼酸钠）硼酸盐的分子与溶液中的 Ca 形成结合物。从而抑制了 Ca(OH)2 结晶的析出，结合物以 C3A3C
17、a(OH)2H2O 形式在水泥颗粒表面形成一层无定形的阴断层，从而延缓了水泥的水化与结晶析出，一般掺水泥量之 12%。2、有机类缓凝剂：a.羟基羧酸盐类柠檬酸、酒石酸、马来酸、水杨酸、苹果酸、琥珀酸等主要是化合物分子中具有羟基-OH 和羧基-COOH，具有很强的极性，它能吸附在水化物的晶核上，阻碍了结晶继续生长，推迟和延缓 C2S水化物结晶转化过程。它的使用和羟基羧酸盐相同，主要有羟基-OH 及羧酸基-COOH。b.糖类葡萄糖、蔗糖、糖蜜、糖钙c.多元醇及其衍生物类：聚乙烯醇、山梨醇、丙三醇（甘油） 、甘露醇等。它的作用同样是极性基团的吸附而达到缓凝。掺量：0.050.2%之间。（三）常用的早
18、强复配料：它是加速混凝土早期强度发展的外加剂。1、无机盐早强剂：a.氯化盐早强剂：氯化钠、氯化钙、氯化铁等b.硫酸盐早强剂；硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、硫氰酸钠、硫氰酸胺等。c.硝酸盐早强剂、硝酸钠，亚硝酸钠，硝酸钙、硝酸铁。d.碳酸盐早强剂，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾，碳酸锂。均可作早强剂。2、有机类早强剂：9甲醇、乙醇、乙二醇、三乙醇胺、三异丙醇胺、尿素等。掺量 0.020.05%胶凝材料质量，若加过量就会起到缓凝作用。3、有机类加无机盐复合早强剂三乙醇胺类的复合早强剂：三乙醇胺+硫酸钠；外加剂中掺量 0.5%+2.5%三乙醇胺+氯化物+亚硝酸钠 NaCl2 0.5%+NaNo2
19、1%+三乙醇胺 0.05%三乙醇胺+硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐等均可。它的早期强度和后期强度都有增加，而且适用于低温及负温下的早强，效果明显。4、无机盐类的复合早强剂：硫酸钠+氯化钙+亚硝酸钠硫酸钠+硫酸钙+亚硝酸钠 硫酸钠的掺量为水泥量的 0.52%，主要在低温，负温下使用，当 t上升,效果就不明显。外加剂复配原理及实例一、 复配的原理（一） 、外加剂的复配原理：利用母液（一般均为表面活性剂）加入了能影响和改变混凝土性能的无机盐，有机物或特殊化合物形成一种多元组份组成的外加剂，来达到我们所需要的目的。例：泵送剂；它是主要由减水剂+缓凝组份+ 引气组份+ 保塑（保水）组份而组成。早强型减水剂：它是
20、由减水剂+早强剂+ 促凝组份+消泡剂+其它组份而组成。（二） 、泵送剂1、泵送剂的要求；泵送剂主要应用在泵送混凝土上，使混凝土通过泵可以送至几十米到上百米高度，为了使混凝土具有可泵送性，它的性能上有多种要求，所以配制时10要加入不同组份来调配：1）减水率要高。因为泵送混凝土流动性好，坍落度大，必须采用减水率高的减水剂或复合减水剂。2）坍落度损失小。最好坍落度损失控制在 12h 之内损失 10%左右。3）不泌水，不离折，保水性好，尤其是压力泌水率要尽可能低，以保证泵送的顺利进行，不堵泵。4）有一定的缓凝使用。一方面可保持坍落度损失小，同时可降低水化热，推迟热峰出现，以避免产生温度裂缝。5）混凝土
21、内磨擦力小，既不要泌水又要易于流动，因此它也要求一定引气性，以减小阻力，防止堵泵。2、泵送剂的组成；1）减水剂：往往有二种以上减水剂复合。2）缓凝剂：减水剂本身不能满足坍损小的要求，就要加入缓凝剂，可以在无机或有机缓凝组份中选，最好也是二种复合用。3）引气剂：适当含气量可以减少泵送阻力，防止泌水，离折，最好选用气泡性能好，又不会影响混凝土强度的引气剂。4）保水组份：既有一定粘度，又有保水，减水作用，常用聚乙烯醇，纤维素等。5）其它组份：泵送剂=减水剂 +缓凝组份 +引气组份+保水（塑）组份 +其它组份（三） 、早强减水剂的组成及要求；1、早强减水剂的要求；1）具有早强性能，提高早期强度，缩短施工周期。2）控制初凝及终凝的时间。3）防止过快的水化而引起膨胀，造成混凝土裂缝。4）减少用水量，有减水作用。5）消除混凝土无规则的大气泡，避免强度下降。2、早强减水剂的组成；1）减水剂，具有一定减水率和增加流动性能。
