1、混凝土外加剂沙建芳2013.08.01,思考题,在夏季高温季节，搅拌站商品混凝土经约1.5h的车程运输用于浇注隧道混凝土，需使用哪些外加剂？ 现需浇注东北地区一海工桥梁桩基混凝土，如何合理使用外加剂以提高混凝土耐久性？,纲 要,混凝土外加剂定义与分类 表面活性剂基本知识 常用外加剂介绍 特种外加剂介绍 外加剂应用注意事项,一、 混凝土外加剂定义与分类,外加剂定义,外加剂定义（GB/T 80752005） 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和（或）硬化混凝土性能的材料。矿物外加剂（GB/T 18736-2002 ） 矿物外加剂是在混凝土搅拌过程中加入的、具有一定细度和活性
2、的用于改善新拌和硬化混凝土性能（特别是耐久性能）的某些矿物类产品。,粉煤灰,矿粉,外加剂定义,狭义：一般是指掺量不大于水泥质量5（特殊情况 除外）的化学外加剂 。广义： 化学外加剂和矿物外加剂,混凝土外加剂的分类,分类（按主要功能划分）改善流变性能: 减水剂、泵送剂，增稠剂调节凝结时间、硬化性能: 速凝剂、缓凝剂、早强剂、促凝剂改善耐久性: 引气剂、防水剂、阻锈剂改善其它性能: 膨胀剂、防冻剂、着色剂、减缩剂、养护剂、脱模剂等,外加剂的用途,改善新拌混凝土、砂浆、水泥浆的性能 改善混凝土的和易性，减少离析、泌水，减小 坍损，改善可泵性； 缩短或延长初凝时间。改善硬化混凝土力学、耐久性能 提高强
3、度、弹模； 减少收缩或补偿收缩； 提高抗渗、抗冻融、抗碳化能力； 抑制碱集料反应。获得良好的经济效益 减少单方水泥用量； 缩小构筑物尺寸。,混凝土中不可缺少的第五组分。,混凝土外加剂主要执行标准,GB 8076-2008 混凝土外加剂JG/T 223-2007聚羧酸高性能减水剂GB 8075-2005 混凝土外加剂定义、分类、命名 与术语GB 8077-2012 混凝土外加剂匀质性试验方法GB 50119-2003混凝土外加剂应用技术规范,二、 表面活性剂基本知识,表面活性剂定义,定义 一种显著降低液体表面张力或二相间界面张力的物质。 基本作用 降低分散体系中两相界面的界面自由能，提高分散体系
4、的稳定性。 分子构造 极性基团 原子团 非极性基团长碳链,表面活性剂分类,按离子类型分类：,如C12H25SO3-+Na+,如C16H33NH3+Cl-,如CH3CH(NH2)COOH,表面活性剂基本功能,润湿：提高液体的润湿能力分散：增加粒子间静电斥力乳化：一种液体以微小液滴或液晶形式均匀分散 到另一 种不相混溶的液体介质中形成稳定的多相分散体系增溶：使不溶或微溶于水的有机化合物溶解度显著增大起泡消泡,减水剂作用机理,吸附分散 润湿 润滑,减水作用机理（1）吸附分散,（1）吸附分散（静电效应）: 减水剂的疏水基团定向吸附在水泥质点表面，水泥表面上带相同电荷，在静电斥力作用下絮凝结构解体，游离
5、水释放。,减水剂作用机理（2）润湿,表面活性剂在固体表面的吸附，或是生成表面化合物，都能改变固体的润湿性。,减水剂作用机理（3）润滑,润滑 减水剂极性亲水基团与氢键缔合，在水泥颗粒表面形成溶剂化水膜，减小摩擦，起到润滑作用。,水泥,表面活性剂分子量与性能关系,三、 常用外加剂介绍,常用外加剂,减水剂,缓凝剂,早强剂,引气剂,常用外加剂,减水剂定义,普通减水剂（第一代） 在混凝土坍落度基本相同的条件下，能够减少拌和用水量的外加剂。（WR8%） 高效减水剂（第二代） 在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。 （WR14%） 高性能减水剂（第三代） 比高效减水剂具有更高减水率
6、、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩，且具有一定引气性能的减水剂。 （WR25%）,减水剂性能评价指标,减水率抗压强度比收缩率比含气量凝结时间差泌水率比1h经时变化量（坍落度）,主要评价指标,减水剂性能评价指标,减水率 定义：坍落度基本相同时，基准混凝土和受检混凝土单位用水量之差与基准混凝土单位用水量之比。,减水剂性能评价指标,抗压强度比 定义：掺外加剂混凝土与基准混凝土同龄期抗压强度的比值。,收缩率比 定义：28d龄期时受检混凝土与基准混凝土的收缩率的比值。,混凝土外加剂主要技术要求,普通减水剂,木质素磺酸盐：造纸废液经适当处理得到的产品， 兼有减水、引气、缓凝功能。糖 钙： 制糖工业副产品废
7、蜜与石灰乳制成 的产品。兼有减水、缓凝功能。,目前市场减水剂中已很少单独使用普通减水剂，一般与高效减水剂复合使用。,普通减水剂应用范围,应用范围（1）普通混凝土（2）大体积混凝土（3）大坝混凝土（4）水工混凝土（5）泵送混凝土等 主要用于配制强度等级不大于C30的混凝土，可用于现浇混凝土，钢筋混凝土及预应力混凝土，但是由于普通减水剂具有一定的引气、缓凝作用，不宜单独使用于蒸养混凝土。,大体积混凝土,碾压混凝土,高效减水剂,主要品种 1. 萘系高效减水剂（使用量最广，减水率较高） 2.蒽系高效减水剂（用量少，价格便宜） 3.三聚氰胺系高效减水剂（减水增强效果好，价格较高） 4.氨基磺酸盐系高效减
8、水剂（减水率高，保坍较好） 5.脂肪族高效减水剂（减水率较高，保坍一般）,萘系高效减水剂分子结构,萘系粉剂,萘系水剂,萘系高效减水剂,产品性能特点减水率：18%25%，甚至更高；引气：几乎不引气，掺量高时含气量增加；缓凝：无缓凝；强度：早期强度高，28d强度提高2040；坍损：采用超掺法，或混凝土浇筑前添加效果较好；与缓凝剂复配是减小坍损的经典方法。,萘系高效减水剂,应用范围：（1）流态混凝土（2）泵送混凝土（3）蒸养混凝土（4）高强高性能混凝土,仍是目前市场用量最大的产品，应用技术成熟。,管桩,高性能减水剂,聚羧酸系高性能减水剂（PCA/PC) 大减水 低收缩 优良保坍 有害离子含量低 分子
9、可调,高性能减水剂,聚羧酸系高性能减水剂的分子模型,高性能减水剂,基本性能对比,高性能减水剂,应用范围 高流态 高保坍 高强、超高强混凝土,上海环球金融中心（世界第三高楼）,引气剂,定义： 在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。品种：松香类引气剂皂苷类引气剂其他类型引气剂应用范围： 广泛应用于具有抗冻要求的混凝土和高性能混凝土中。,引气剂,含气量对新拌性能的影响能够提高流动性降低混凝土泌水，避免离析含气量对硬化性能的影响优质引气剂可以提高混凝土抗渗性能在一定的含气量范围，混凝土强度有一定的降低大幅度提高混凝土的抗冻融性能提高混凝土抗碳化能力降低混凝土的弹性模量干缩
10、稍有增加,调节凝结时间、硬化性能外加剂,主要品种 缓凝剂 早强剂 速凝剂,缓凝剂,定义：能够延长混凝土或砂浆初、终凝时间的外加剂。主要品种糖类及碳水化合物羟基羧酸及其盐类多元醇及其衍生物弱无机酸及其盐类有机磷酸盐类木质素磺酸盐、腐殖酸盐,缓凝剂作用机理,1. 吸附理论 缓凝剂在未水化水泥颗粒吸附或在已水化相上吸附形成缓凝剂膜层，阻止水的浸入，从而延缓了C3S和C3A的水化。2. 络盐理论 与液相中Ca2+形成络合物膜层，延缓水泥水化。随液相中碱度提高，络合物膜层破坏，水化继续。3. 沉淀理论 无机缓凝剂在水泥颗粒表面与水泥中组分生成不溶性缓凝剂盐层，阻碍水化反应进行。4. 成核生成抑制理论 缓
11、凝剂吸附在Ca(OH)2晶核上，抑制它继续生长，达到缓凝效果。 几种理论均有局限性。,糖类缓凝剂,常用产品： 蔗糖 葡萄糖 制糖废蜜和糖钙,糖类缓凝剂,产品性能低掺量即具有强烈的缓凝效果；与减水剂复合使用，具有增加流动度降低粘度作用；但在高标号中使用可能增加粘度；显著降低水泥水化发热速率，延迟放热峰的出现降低混凝土坍落度损失早期强度有下降，后期强度有提高。,适用范围：高温施工混凝土、大体积混凝土、商品混凝土等。,糖类缓凝剂,注意事项在低温时缓凝明显，需要根据气温及时调整掺量有研究表明：高掺量蔗糖可引起促凝，这是因为糖加速了水泥中铝酸盐的水化，并抑制石膏的作用。（极少发生）还原糖和多元醇会大大降
12、低硬石膏、氟石膏、半水石膏在水中的溶解度导致水泥假凝，要注意不同水泥的适应性。,羟基羧酸及其盐类,常用产品： 葡萄糖酸钠及葡萄糖酸 柠檬酸及柠檬酸钠 酒石酸及酒石酸钾钠,羟基羧酸及其盐类,产品性能特点保坍：与减水剂复合，可有效增加和保持水泥浆体的工作性，起到控制坍落度损失的作用。辅助塑化：葡萄糖酸钠具有一定的辅助塑化效应。缓凝：环境温度羟基羧酸类木钙类缓凝剂对硬化混凝土早期有所降低，后期有增加，收缩轻微增加。超长缓凝时对混凝土早期、后期强度均有影响，须提高设计标号。超掺可能导致永久性不凝。,早强剂,定义：可加速混凝土早期强度发展的外加剂。主要品种： 无机盐类早强剂 有机物类早强剂 复合早强剂,
13、无机盐类早强剂,常用产品： 氯盐 硫酸盐 硝酸盐及亚硝酸盐 碳酸盐 其中最常用的就是氯盐和硫酸盐。,氯盐早强剂,CaCl2作用机理 CaCl2 与水泥中的C3A作用，生成不溶性水化氯铝酸钙，并与C3S水化析出的氢氧化钙作用，生成氧氯化钙，有利于水泥石结构形成，同时降低液相中碱度，加速C3S水化反应，提高早期强度。CaCl2 + C3A+10H2O C3ACaCl210H2OCaCl2 +3Ca(OH)2+12H2O C3A3Ca(OH)212H2O,氯盐早强剂,氯盐产品性能特点早强效果好混凝土后期强度降低钢筋与混凝土粘结强度降低对钢筋有明显的锈蚀作用混凝土收缩增加较大,氯盐早强剂,下列情况下禁
14、用预应力混凝土相对湿度大于80%，露天及经常淋雨、受水流冲刷的结构大体积混凝土直接接触酸碱或其他侵蚀介质的结构处于60以上结构，需要经常蒸养的钢筋混凝土预制件有外观质量要求的混凝土薄壁结构骨料具有活性的混凝土结构,硫酸盐早强剂,硫酸盐早强剂作用机理 能与C3A迅速反应生成水化硫铝酸钙，形成早期骨架，由于上述反应，溶液中氢氧化钙浓度降低，加速C3S水化反应，提高早期强度。,Na2SO4 + Ca(OH)2+2H2O CaSO42H2O+2NaOHCaSO42H2O+C3A+10H2O C3ACaSO412H2O,硫酸盐早强剂,硫酸盐产品性能特点早强作用明显，后期强度会有下降不导致钢筋锈蚀与矿物掺
15、合料同时使用时，早强作用优于普通水泥混凝土提高抗硫酸盐侵蚀性能增加混凝土收缩注意事项硫酸钠随温度降低，溶解度下降，容易结晶沉淀。容易导致碱集料反应硫酸钙与水泥矿物反应膨胀，容易导致混凝土开裂，强度下降。用于蒸养混凝土掺量一般不超过1%，否则生成大量钙矾石导致膨胀破坏。,有机物类早强剂,常用产品 三乙醇胺 二乙醇胺 三异丙醇胺 甲酸钙 乙酸钠等,有机物类早强剂,醇胺产品性能特点对钢筋无锈蚀作用掺量小，一般为0.020.05，低温早强好，具有一定的后期增强效果对掺量敏感正常掺量范围内对凝结时间影响小，无促凝效果与水泥存在适应性问题，掺量大于0.1对凝结时间影响不明确（速凝 or 严重缓凝）,复合型
16、早强剂,复合遵循的原则相容性好，不分层、沉淀、变质等功能互补无显著负面作用常用产品三乙醇胺-硫酸盐复合早强剂、三乙醇胺-氯盐复合早强剂无机盐复合早强剂。,小结,无机盐早强剂降低混凝土新拌性能一般没有引气作用，降低混凝土泌水醇胺对凝结时间影响不明确，无机盐类较高掺量促凝混凝土收缩增大使用前需要进行水泥适应性试验，确定使用量,四、 特种外加剂,特种外加剂,特种外加剂,改善混凝土抗渗性,改善混凝土抗化学侵蚀性,提高钢筋阻锈性能,实现混凝土快速凝结,提高新拌混凝土抗冻能力，实现低温施工,水下混凝土不分散,膨胀剂,定义： 膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土（包括砂浆及水泥净浆）产生可控制的膨胀以减
17、少收缩的外加剂。种类：硫铝酸钙类膨胀剂氧化镁膨胀剂石灰系膨胀剂,膨胀剂相关标准,膨胀剂,应用范围：广泛用于有抗裂防渗要求的混凝土中。,后浇带,游泳池,隧道,防水剂,定义 能降低混凝土在静水压力下的透水性、提高混凝土抗渗性能的外加剂。 执行标准 JC 474-2008砂浆、混凝土防水剂 公司产品 KLJ-混凝土防水剂 KLJ-渗透结晶型防水剂 KLJ-V液态高效混凝土防水剂,防水剂,作用机理产生胶体或沉淀，阻塞和切断毛细空隙；起憎水作用，是产生的气泡互不连通；改善工作性，减少用水量；在水泥石气泡壁上形成憎水薄膜 适用范围主要用于有防渗要求的混凝土，如隧道、水池等,速凝剂,定义 速凝剂是使水泥混凝
18、土快速凝结硬化的外加剂。产品性能凝结速度快，一般终凝在10min以内早期强度高，后期强度较基准有较多下降具有一定的收缩变形对钢筋无锈蚀作用应用范围地铁工程、地下隧道、水工涵洞等工程的初期支护和最终衬砌厂房、烟囱等修复和加固道路、堤坝、住宅边坡工程及各种地基工程,速凝剂,注意事项充分注意对不同水泥的适应性；必须根据试验确定速凝剂用量；根据当地气温进行调整掺量，一般气温低增加掺量，气温升高降低掺量；注意控制水胶比在0.40.5，不能过大；干燥收缩值大，需要注意湿养护，防止干裂；检测时注意搅拌方式、水泥的存放时间、速凝剂的加入方式。,阻锈剂,定义 阻锈剂是指能够抑制或减轻混凝土中钢筋或其他预埋金属锈
19、蚀的外加剂。按使用方式掺入型，主要用于新建工程的预防。渗透型，主要用于老工程的修复。,阻锈剂,作用机理通过阻止和减缓电极的阳极过程达到抑制钢筋锈蚀的作用在阴极部位生成一种难溶的膜，从而起到保护钢筋的作用提高阳极与阴极之间的电阻，从而阻止锈蚀的电化过程应用范围 广泛用于工业建筑、海工及水工工程、立交桥、公路桥、盐碱地建设工程、已有工程的修复等。,防冻剂,定义 能使混凝土在负温下硬化、并在规定条件下达到预期性能的外加剂。 执行标准 JC 475-2004混凝土防冻剂 公司产品 SBTJM-系列混凝土防冻剂 PCA-VI聚羧酸减水防冻剂,防冻剂,作用机理降低液相体系冰点；促进水化，尽快达到临界强度，
20、增强混凝土自身抗冻能力； 适用范围主要适用于低温及负温施工混凝土。,絮凝剂,定义 在水中施工时，能增加混凝土粘稠性，抗水泥和集料分离的外加剂。 适用范围 主要用来配制水下不分散混凝土，通过絮凝剂的絮凝作用，使得混凝土混合料能够实现在水中浇注成型而不会发生各相、各组分之间的分离，且获得设计所需的强度。 公司产品 SBT-NDA水下不分散混凝土抗分散剂,五、 外加剂应用注意事项,外加剂的选择,选择依据强度等级抗渗等级抗冻融性耐久性弹性模量施工工艺及施工季节，冬季或夏季浇筑部位和体积原材料品质（水泥、矿物掺合料、砂、石）,外加剂的选择,强度等级 根据强度等级选择合适的减水率，强度小于等于C30混凝土
21、可以选择价格相对便宜的高效减水剂，可以复配普通减水剂适用。使用高性能减水剂时，可以大幅度提高矿物掺合料用量，降低水灰比，降低胶凝材料用量。 强度等级高于C30混凝土宜采用减水率高于20%的高效减水剂，当要求流态混凝土时，可以采用高性能减水剂。,外加剂的选择,抗渗等级 可以采用减水剂复合膨胀剂，提高抗渗等级。抗冻融性 强度不变的情况下，通过引气剂，增加混凝土含气量，提高抗冻融性。添加减水剂，降低水灰比，提高混凝土强度也可提高抗冻融性。耐久性 提高耐久性，外加剂采用高性能减水剂，可以添加矿物掺合料，增加混凝土密实性，钢筋混凝土可以添加功能型外加剂，如阻锈剂。,外加剂的选择,弹性模量 采用减水剂增加
22、弹性模量，引气剂可以降低弹性模量。施工工艺及施工季节 采用缓凝剂来调节混凝土凝结时间，采用保坍剂来保持混凝土流变性能时间。冬季负温，可以添加防冻剂，早强剂。浇筑部位和体积 浇筑后浇带混凝土添加膨胀剂，路面需要养护剂。大体积混凝土需要缓凝剂调节水化热和膨胀剂补偿体积收缩。,外加剂的掺量,原则 1. 基于技术效果和经济效果考虑，在保证技术要求的条 件下，采用最经济掺量。 2. 超掺可能带来负面影响 3. 根据施工具体条件经过试验来确定。,外加剂的掺量,常用外加剂掺量,注：表中掺量为占胶凝材料的质量分数,外加剂的掺量,饱和点：外加剂与水泥净浆流动度变化曲线的拐点。用于判断外加剂与水泥适应性。 试验方
23、法（GB501192003）1. 净浆流动度试验，测试F0、F30、F60；2. 绘制以掺量为横坐标，流动度为纵坐标的曲线。 饱和点外加剂掺量低、流动度大、流动度损失小的外加剂与水泥适应性好。,外加剂饱和点,饱和点掺量,表面层中表面活性剂分子浓度大于溶液中浓度，称正吸附，表面自由能降低,临界胶束浓度： 表面活性剂毫无间隙地密布于液面形成单分子膜，空气与水接近于完全隔绝状态，若再增加表面活性剂浓度，表面活性剂分子排列成憎水基向里、亲水剂向外的胶束的最低浓度。,外加剂的掺加方法,常用方法先掺法：粉状外加剂先与水泥混合后，再加集料与水搅拌。有利于外加剂的分散。减少集料对外加剂的吸附。同掺法： 粉状外
24、加剂与混凝土集料混合在一起，一同加水搅拌，或液体外加剂与拌合水共同进入搅拌机。后掺法（滞水法）：混凝土加水搅拌一段时间后，再加入外加剂一起搅拌。多次掺入法：在搅拌过程中，把外加剂分几次加入混凝土拌合物中。 相同条件下，后掺法、分次加入法可以降低外加剂的掺量，最高可降低3040，尤其是对水泥矿物中C3A及C4AF 含量高的水泥。,外加剂的掺加方法,水泥矿物的吸附顺序： C3AC4AFC3SC2S 在C3A及C4AF已经水化后，减水剂进入溶液，可保证一定的浓度作用于C3S及C2S的水化过程，由此可减少外加剂掺量和减小坍损。,外加剂选用的基本规定,严禁使用对人体产生危害、对环境产生污染的外加剂。如六
25、价铬盐、亚硝酸盐等成分严禁用于饮水工程；含有硝铵、尿素等释放氨气的外加剂用于办公、居住等建筑工程时，其氨含量必须符合有关标准的规定。普通减水剂、缓凝型外加剂、引气型外加剂不宜用于蒸养混凝土。,外加剂选用的基本规定,用于钢筋混凝土外加剂中氯离子的含量不得大于外加剂折固质量的0.2%，用于预应力钢筋混凝土的外加剂中的氯离子含量不得大于外加剂折固质量的0.1%，由外加剂引入混凝土的氯离子质量不得大于0.02kg/m3；用于先张法预应力钢筋混凝土的外加剂中的硝酸根、碳酸根离子含量均不得大于折固外加剂质量的0.1%。当使用碱活性骨料时，由外加剂带入的碱含量（以Na2Oeq计）不宜超过1kg/m3。,使用注意事项,外加剂的复合使用：了解各种组分的性能，使用前应做外加剂适应性试验。品质检验：液体外加剂如有沉淀、漂浮、异味等异常现象，应经检验合格后方可使用或者降级使用。粉状外加剂如有结块，根据情况决定是否使用。掺量：根据原材料变化，小范围调整掺量；,使用注意事项,储存：阴凉干燥处，密闭储存。避免雨淋、暴晒、冰冻。搅拌：适当延长搅拌时间，以外加剂分散均匀为准。粉状 外加剂不得有团块状。养护：加强养护。 夏季：硬化后及时洒水、覆盖，表面保湿） 冬季:覆盖保温，防止冻害。,Thanks！,
