混凝土外加剂-详细机理解析课件.ppt

1、混凝土外加剂混凝土外加剂混凝土外加剂的定义混凝土外加剂的定义 混凝土、砂浆或水泥净浆等拌和时、拌和前或额混凝土、砂浆或水泥净浆等拌和时、拌和前或额外拌和工序中掺入的，其掺量小于或等于水泥重外拌和工序中掺入的，其掺量小于或等于水泥重量量5%，能保持混凝土、砂浆或水泥净浆的正常性，能保持混凝土、砂浆或水泥净浆的正常性能，并可以按使用要求对混凝土、砂浆或水泥净能，并可以按使用要求对混凝土、砂浆或水泥净浆改性的产品，称作混凝土、砂浆或水泥净浆用浆改性的产品，称作混凝土、砂浆或水泥净浆用外加剂，简称为外加剂，简称为混凝土外加剂混凝土外加剂。功能功能:（1 1）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂

2、、）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂、灌浆剂等）灌浆剂等）（2 2）调节凝结时间）调节凝结时间 硬化性能（硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等缓凝剂、早强剂、速凝剂等）（3 3）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等）（4 4）改善其他性能（加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、）改善其他性能（加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、碱碱-集料反应抑制剂等）集料反应抑制剂等）掺加方法：掺加方法：先掺法、后掺法、同掺法。先掺法、后掺法、同掺法。适宜用外加剂的工程适宜用外加剂的工程u在自然条件养护下的混凝土制品和构件，掺用减水剂后能改在自然条件养护下的混凝土制品和构

3、件，掺用减水剂后能改善和易性，或者提高强度，或者节约水泥。善和易性，或者提高强度，或者节约水泥。u冬季现场浇注混凝土施工冬季现场浇注混凝土施工时，可掺用早强剂或早强型减水剂。时，可掺用早强剂或早强型减水剂。u夏季施工、大坝等大体积混凝土工程夏季施工、大坝等大体积混凝土工程中，可掺用缓凝型减水中，可掺用缓凝型减水剂以降低水泥水化反应的放热速度，这样可使温升降低，有剂以降低水泥水化反应的放热速度，这样可使温升降低，有利于减少混凝土收缩裂缝的产生，保证混凝土质量。利于减少混凝土收缩裂缝的产生，保证混凝土质量。u在在喷射混凝土、防水堵漏喷射混凝土、防水堵漏等工程中可掺用塑凝剂，能使混凝等工程中可掺用塑

4、凝剂，能使混凝土很快凝结。土很快凝结。u在在大模板或钢筋密集的预应力钢筋混凝土工程大模板或钢筋密集的预应力钢筋混凝土工程中，可使用中，可使用高效减水剂。高效减水剂。u港工、水工混凝土港工、水工混凝土中，可适当选用引气剂或引气减水剂、中，可适当选用引气剂或引气减水剂、缓凝剂等。可以降低水泥用量，提高混凝土拌和物和硬化缓凝剂等。可以降低水泥用量，提高混凝土拌和物和硬化混凝土的混凝土的耐久性耐久性。u一些有一些有高标号的混凝土高标号的混凝土（60100MPa）、超高标号混凝）、超高标号混凝土（土（100MPa以上）的工程中，可掺用高效减水剂。以上）的工程中，可掺用高效减水剂。u在大型设备基础在大型设

5、备基础螺栓孔等灌浆螺栓孔等灌浆时；时；大体积混凝土工程大体积混凝土工程防止防止产生裂缝；产生裂缝；补偿混凝土收缩补偿混凝土收缩；防止裂缝和对混凝土补强时；防止裂缝和对混凝土补强时的屋面、地下防水工程中，均可掺用的屋面、地下防水工程中，均可掺用膨胀剂膨胀剂。u许多混凝土许多混凝土预制构件厂预制构件厂在生产各种预制构件时，可掺用合适在生产各种预制构件时，可掺用合适的外加剂，以改善工艺条件、工艺过程，或减少蒸养，或养的外加剂，以改善工艺条件、工艺过程，或减少蒸养，或养护时间等，均有利于混凝土预制构件的质量提高。护时间等，均有利于混凝土预制构件的质量提高。u在在砌筑砂浆砌筑砂浆中可掺用砂浆塑化剂，使砂

6、浆中可掺用砂浆塑化剂，使砂浆和易性和易性提高，有时提高，有时可减少或不用石灰等辅助材料就有较好的和易性。并使工人可减少或不用石灰等辅助材料就有较好的和易性。并使工人在施工中操作方便，减轻劳动强度。在施工中操作方便，减轻劳动强度。u在在注水泥注水泥和和灌浆灌浆工程中，可选用合适的外加剂，如缓凝剂、工程中，可选用合适的外加剂，如缓凝剂、减阻剂等以改善工作条件，提高工程质量。减阻剂等以改善工作条件，提高工程质量。第一次重大突破：十九世纪中叶法国首先出现的第一次重大突破：十九世纪中叶法国首先出现的钢筋混凝土；钢筋混凝土；第二次重大突破：第二次重大突破：1928年法国的年法国的E.Freyssinet创

7、创始预应力技术；始预应力技术；近二十年来的树脂、聚合物、浸渍混凝土以及外近二十年来的树脂、聚合物、浸渍混凝土以及外加剂的发展，尤其是高效减水剂的出现，它对混加剂的发展，尤其是高效减水剂的出现，它对混凝土的改性及改进工艺等方面的成果，是第三次凝土的改性及改进工艺等方面的成果，是第三次重大突破。重大突破。以高效减水剂的研制和应用为标志，使混凝土技以高效减水剂的研制和应用为标志，使混凝土技术进入塑性干硬性流动性的第三代。术进入塑性干硬性流动性的第三代。水泥应用科学技术史上的重大突破水泥应用科学技术史上的重大突破外加剂的发展外加剂的发展n外加剂的应用已经有近百年的历史，最早使用外加剂的应用已经有近百年

8、的历史，最早使用的外加剂是的外加剂是氯化钙氯化钙（促进混凝土早期强度快速（促进混凝土早期强度快速发展），十九世纪末叶被发现。发展），十九世纪末叶被发现。由于它的使用会引起钢筋的锈蚀，所以目由于它的使用会引起钢筋的锈蚀，所以目前已经禁止用它在钢筋混凝土结构中。前已经禁止用它在钢筋混凝土结构中。1935年美国的年美国的E.W.Scripture 首先首先研制成木质素磺酸盐为主要成分的研制成木质素磺酸盐为主要成分的塑化剂（提高混凝土和易性）。塑化剂（提高混凝土和易性）。1962年日本花王石碱公司首先研制以年日本花王石碱公司首先研制以 萘磺酸甲醛缩萘磺酸甲醛缩合物钠盐为主要成分的减水剂（合物钠盐为主要

9、成分的减水剂（water reducing admixtures）。）。其特点：基本上不影响混凝土的凝结时间和不引气其特点：基本上不影响混凝土的凝结时间和不引气（引气量小于（引气量小于2）。适用于制备高强或大流动性混凝土）。适用于制备高强或大流动性混凝土（抗压强度可达（抗压强度可达100MPa或塌落度为或塌落度为20cm以上）。以上）。我国所生产的同类产品有我国所生产的同类产品有NF、FDN、SN2、UNF和和JN等。等。1964年联邦德国研制成磺化三聚氢胺甲醛树脂减水年联邦德国研制成磺化三聚氢胺甲醛树脂减水剂。剂。其特点：基本上不影响混凝土的凝结时间和不引气其特点：基本上不影响混凝土的凝结时

10、间和不引气（引气量小于（引气量小于2）。适用于制备高强或大流动性）。适用于制备高强或大流动性混凝土（抗压强度可达混凝土（抗压强度可达100MPa或塌落度为或塌落度为20cm以以上）。上）。我国所生产的同类产品有我国所生产的同类产品有SM减水剂等。减水剂等。六十年代苏联研制成功一种由环氧氯丙烷与甲苯二胺六十年代苏联研制成功一种由环氧氯丙烷与甲苯二胺聚合而成的水溶性环氧树脂外加剂，简称聚合而成的水溶性环氧树脂外加剂，简称No.89树脂。树脂。这种外加剂对混凝土性能有良好的增强效果，尤其能这种外加剂对混凝土性能有良好的增强效果，尤其能使混凝土的抗折强度显著提高，此外，也能使混凝土使混凝土的抗折强度显

11、著提高，此外，也能使混凝土的抗裂、抗渗等性能得到明显改善。的抗裂、抗渗等性能得到明显改善。外加剂的分类外加剂的分类 按外加剂的按外加剂的主要作用主要作用分类：分类：1.改善新拌混凝土、砂浆或水泥净浆和易性的外加剂。改善新拌混凝土、砂浆或水泥净浆和易性的外加剂。包包括普通减水剂、高效减水剂、引气剂；括普通减水剂、高效减水剂、引气剂；2.调节混凝土、砂浆或水泥净浆凝结、硬化速度的外加剂。调节混凝土、砂浆或水泥净浆凝结、硬化速度的外加剂。包括促凝剂、早强剂、缓凝剂等；包括促凝剂、早强剂、缓凝剂等；3.调节混凝土、砂浆或水泥净浆含气量的外加剂。调节混凝土、砂浆或水泥净浆含气量的外加剂。包括引包括引气剂

12、、发泡剂等；气剂、发泡剂等；4.改善混凝土、砂浆或水泥净浆物理力学性能的外加改善混凝土、砂浆或水泥净浆物理力学性能的外加剂。剂。包括引气剂、膨胀剂、抗冻剂、防水剂等；包括引气剂、膨胀剂、抗冻剂、防水剂等；5.增强混凝土中钢筋抗腐蚀性的外加剂。增强混凝土中钢筋抗腐蚀性的外加剂。如阻锈剂等；如阻锈剂等；6.能为混凝土、砂浆或水泥净浆提供特殊性能的外加能为混凝土、砂浆或水泥净浆提供特殊性能的外加剂。剂。包括引气剂、着色剂、脱模剂等。包括引气剂、着色剂、脱模剂等。按外加剂按外加剂化学成分化学成分及其性能分类及其性能分类1.无机物类无机物类 包括各种无机盐类、一些金属单质和少量氢氧化物等。这包括各种无机

13、盐类、一些金属单质和少量氢氧化物等。这类物质多用于调凝剂、防冻剂、着色剂及发泡剂等。类物质多用于调凝剂、防冻剂、着色剂及发泡剂等。2.有机物类有机物类 这类物质种类很多，其中大部分属于表面活性剂的范畴内，这类物质种类很多，其中大部分属于表面活性剂的范畴内，有阴离子型、阳离子型、非离子型以及高分子型表面活性剂有阴离子型、阳离子型、非离子型以及高分子型表面活性剂等。有一些属于高聚物的高分子化合物，在一定条件下能作等。有一些属于高聚物的高分子化合物，在一定条件下能作为外加剂使用。有一些有机物，为外加剂使用。有一些有机物，它本身并不具有明显的表面它本身并不具有明显的表面活性作用，但也可以在某种用途中作

14、为外加剂使用。活性作用，但也可以在某种用途中作为外加剂使用。混凝土减水剂的物理化学基础混凝土减水剂的物理化学基础物质表面的概念物质表面的概念各种界面示意图各种界面示意图物质的性质在界面的变化，主要有以下几个方面：物质的性质在界面的变化，主要有以下几个方面：1）物质结构的不连续性）物质结构的不连续性 界面两侧的物质结构形式不同；2）作用力场的不连续性）作用力场的不连续性:在物质内部，原子、分子或离子 处于均衡力场中，一般情况下，它们处于平衡状态。但是这种平衡在表面处遭到破坏，使得位于表面的那些原子、分子或离子处于特殊的力场作用下；3）浓度的不连续性）浓度的不连续性 在物理、化学性质明显分区的界面

15、两侧，物质的浓度既不可能相同，也不可能连续。液滴的表面分子（或原子）受内外液滴的表面分子（或原子）受内外作用力不平衡，液滴内部的分子密作用力不平衡，液滴内部的分子密度总是大于表面以外的分子密度，度总是大于表面以外的分子密度，所以表面分子受到内部的引力作用所以表面分子受到内部的引力作用比外部的大，这就使得表面有缩小比外部的大，这就使得表面有缩小的趋势。的趋势。为避免表面缩小，必须提供一个反为避免表面缩小，必须提供一个反抗向内拉的作用力，将液体分子重抗向内拉的作用力，将液体分子重新拉回到表面上来表面张力。新拉回到表面上来表面张力。表面张力（表面能）表面张力（表面能）表面活性剂表面活性剂（或界面活性

16、剂）是能显著改变（或界面活性剂）是能显著改变（降低）液体表面张力（降低）液体表面张力的物质。的物质。表面（界面）活性剂的基本性质和作用表面（界面）活性剂的基本性质和作用表面活性剂的分类方法：表面活性剂的分类方法：通常按化学结构、合成方法、性能、用途、所采用通常按化学结构、合成方法、性能、用途、所采用的主要原料或其组合情况等来分类。最常用和最方便的方的主要原料或其组合情况等来分类。最常用和最方便的方法是按法是按离子类型离子类型分类。分类。阴离子表面活性剂的亲水基一端能离解出阳离子，而使亲水阴离子表面活性剂的亲水基一端能离解出阳离子，而使亲水基团带上负电荷。基团带上负电荷。由于阴离子表面活性剂的价

17、格较便宜以及性能较好，因此，它的产量至今仍占表面活性剂的首位，混凝土中的减水剂也主要是阴离子表面活性剂。阳离子表面活性剂的亲水基团能离解出阴离子，而使亲水基阳离子表面活性剂的亲水基团能离解出阴离子，而使亲水基团带正电荷。团带正电荷。两性表面活性剂的亲水基一端既能离解出负（阴）离子，又两性表面活性剂的亲水基一端既能离解出负（阴）离子，又能离解出正（阳）离子，是具有二种亲水基团的表面活性剂。能离解出正（阳）离子，是具有二种亲水基团的表面活性剂。表面活性剂的基本性质和作用表面活性剂的基本性质和作用润湿作用润湿作用 液体能附着在固体上的现象。液体能附着在固体上的现象。或：液固二相接触后，体系界面自由能

18、液固二相接触后，体系界面自由能降低的现象降低的现象。界面自由能降低的大小即表示润湿程度大小。界面自由能降低的大小即表示润湿程度大小。润湿和表面张力可以用润湿角表示。润湿和表面张力可以用润湿角表示。分散作用分散作用 固体颗粒均匀地分散于一种液体中，这种液体就叫做分散液。易凝聚的固体微粒其凝聚倾向受到抑制的这易凝聚的固体微粒其凝聚倾向受到抑制的这种作用成为种作用成为分散作用。分散作用。而促进其凝聚倾向的作用而促进其凝聚倾向的作用称作称作凝聚作用。凝聚作用。发泡和消泡作用发泡和消泡作用 在混凝土中所生产的气泡处于水泥微粒的间隙中，在混凝土中所生产的气泡处于水泥微粒的间隙中，并被这些微粒所包围。加入表

19、面活性剂后，由于气泡膜上并被这些微粒所包围。加入表面活性剂后，由于气泡膜上存在着同性电荷，气泡间产生静电相斥作用，阻止各个气存在着同性电荷，气泡间产生静电相斥作用，阻止各个气泡凝集成大气泡，使得水泥石中可获得较为稳定的微气泡泡凝集成大气泡，使得水泥石中可获得较为稳定的微气泡引气剂的原理。引气剂的原理。u水泥颗粒间，通常在加水拌和时，由于缺少同性静电荷，水泥颗粒间，通常在加水拌和时，由于缺少同性静电荷，致使部分（致使部分（10-30%）水泥颗粒因受到凝聚力的作用而凝）水泥颗粒因受到凝聚力的作用而凝聚成团。若在溶液中加入少量的表面活性剂，就可显著地聚成团。若在溶液中加入少量的表面活性剂，就可显著地

20、降低其分散液的表面能。降低其分散液的表面能。水泥颗粒吸附减水剂后的物理化学性质水泥颗粒吸附减水剂后的物理化学性质絮凝状结构中，絮凝状结构中，包裹着很多拌包裹着很多拌和水，从而降和水，从而降低了新拌混凝低了新拌混凝土的土的和易性。和易性。减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成了单分面，而亲水基团指向水溶液，构成了单分子或多分子吸附膜。子或多分子吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面上带有相同符号的电荷，在电性粒表面上带有相同符号的电荷，在电性斥力的作用下，使水泥在加水初期所形斥力的作用下，

21、使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝状的凝聚体内的游离水释放出来，达到状的凝聚体内的游离水释放出来，达到减水的目的。减水的目的。常用外加剂常用外加剂（1 1）减水剂）减水剂 1 1）技术经济效益）技术经济效益 工作性、水泥用量不变工作性、水泥用量不变,可以减少用水量可以减少用水量,提高混凝土强提高混凝土强度；度；用水量、水泥用量不变用水量、水泥用量不变,可增大混凝土的流变性；可增大混凝土的流变性；工作性、强度不变工作性、强度不变,可节约水泥用量。可节约水泥用量。2 2）减水剂的种类）减水剂的种类 木质素磺酸盐类 聚烷基芳族磺酸盐类 三氯氰氨胶

22、甲醛树脂磺酸盐类 3 3）注意）注意 适应性适应性 原材料性能原材料性能 气温变化气温变化 搅拌制度搅拌制度1 1）机理）机理：引气剂为憎水性表面活性物质，能降低水引气剂为憎水性表面活性物质，能降低水泥泥-水水-空气的界面能，而且由于它的定向排列，形成单空气的界面能，而且由于它的定向排列，形成单分子吸附膜提高泡膜的强度，并使气泡排开水分而吸着分子吸附膜提高泡膜的强度，并使气泡排开水分而吸着固相粒子表面，因而能使搅拌过程混进的空气形成微小固相粒子表面，因而能使搅拌过程混进的空气形成微小而稳定的气泡、均匀分布于混凝土中。而稳定的气泡、均匀分布于混凝土中。2 2）常用种类）常用种类：有松香热聚物、烷

23、基磺酸钠和烷基苯：有松香热聚物、烷基磺酸钠和烷基苯碳酸钠等阴离子表面活性剂。碳酸钠等阴离子表面活性剂。3 3）适宜掺加量：）适宜掺加量：为水泥用量的为水泥用量的0.005%0.005%0.01%,0.01%,混凝混凝土中含气量为土中含气量为3%3%6%6%（2 2）引气剂）引气剂4 4）作用：）作用：由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少泌水和离析易性；减少泌水和离析 对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切断对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨毛细孔通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提

24、高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗胀的作用，因而提高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。蚀性。5 5）缺点：）缺点：由于气泡的存在，混凝土强度有些降低。由于气泡的存在，混凝土强度有些降低。1 1）机理）机理 早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。而具有早强的作用。2 2）种类）种类 通常采用复合早强剂，可以获得更为有效的早强作用。通常采用复合早强剂，可以获得更为有效的早强作用。常用的早强

25、剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早强剂。常用的早强剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早强剂。3 3）作用）作用 掺加三乙醇胺复合早强剂能提高砼的早期强度（掺加三乙醇胺复合早强剂能提高砼的早期强度（2d2d强度）强度）40%40%以上，以上，使砼达到使砼达到28d28d强度的养护时间缩短强度的养护时间缩短1/21/2。常用于混凝土快速低温施工。常用于混凝土快速低温施工。（3 3）早强剂）早强剂1 1）机理）机理 缓凝剂是能延缓混凝土的凝结时间，对混凝土后期物理力学性能无不利影响的缓凝剂是能延缓混凝土的凝结时间，对混凝土后期物理力学性能无不利影响的外加剂。缓凝剂能延缓水泥凝结时间，是因为

26、在水泥及其水化物表面上的吸附作用，外加剂。缓凝剂能延缓水泥凝结时间，是因为在水泥及其水化物表面上的吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。2 2）常用缓凝剂的种类）常用缓凝剂的种类 羟基羧酸盐羟基羧酸盐 如酒石酸、酒石酸甲纳、柠檬酸、水杨酸等。如酒石酸、酒石酸甲纳、柠檬酸、水杨酸等。多羟基碳水化合物多羟基碳水化合物 如糖蜜、含氧有机酸、多元醇等。如糖蜜、含氧有机酸、多元醇等。无机化合物无机化合物 如如NaNa3 3POPO4 4、NaNa2 2B B4 4O O7 7、NaNa2 2SOSO4 4等。等。3 3）应用）应用 缓凝剂用于缓凝剂用于

27、大体积混凝土大体积混凝土工程，可延缓混凝土的凝结时间，工程，可延缓混凝土的凝结时间，保持工作性，保持工作性，延长放热延长放热时间，时间，消除或减少裂缝，保证结构整体性消除或减少裂缝，保证结构整体性。（4 4）缓凝剂缓凝剂砼拌和用水砼拌和用水1.1.拌和用水水质不纯最常见的危害拌和用水水质不纯最常见的危害 影响混凝土的和易性和凝结；有损于混凝土强度发展；降低混凝土耐久性,加快钢筋腐蚀,导致预应力钢筋脆断；使混凝土表面出现污斑等。2.2.为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。水的分类：水的分类：饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。要求：要求：能饮用的水均能用于制备砼。