7chapter5Part3水泥混凝土

第四节混凝土外加剂 混凝土的第五组分定义 在拌制混凝土过程中掺入的不超过水泥重量的5 特殊情况除外 且能使混凝土按需要改变性质的物质 称为混凝土外加剂 混凝土外加剂的分类 按化学成分可分成三类 1 无机化合物 多为电解质盐类 2 有机化合物 多为表面活性剂 3 有机无机复合物 按功能分为五类 1 改善混凝土拌合物流变性能 如各种减水剂 引气剂 泵送剂 2 调节混凝土凝结硬化性能 如早强剂 速凝剂 缓凝剂 3 调节混凝土含气量 如引气剂 消泡剂 泡沫剂 发泡剂 4 改善混凝土耐久性能 如防水剂 阻锈剂 引气剂 5 改善混凝土其他性能 如保水剂 黏结剂 膨胀剂 着色剂 防冻剂 一 混凝土外加剂的物理化学基础 1 有机化合物 多为各种表面活性剂表面活性剂是指将其配成溶液后 能吸附在液 气与液 固界面 并显著降低其界面张力的物质 表面活性剂分子结构亲水基团 以羟基 OH 羧酸盐基 COOH 磺酸盐基及胺基为代表的原子团 易溶于水 极性 对水等极性分子具有较强的亲和力 憎水基团 以脂肪烃及芳香烃等为代表的原子团 难溶于水 非极性 对空气 油等非极性分子具有较强的亲和力 当分子中亲水基团的亲水性较强而憎水基团的憎水性较弱时 表面活性剂呈亲水性的 反之呈憎水性的 分类按离子类型分类 表面活性剂分为离子型和非离子型 其中离子型分为三种 阴离子型 水中电离出正离子 亲水基团带负电荷 如以磺酸盐 羧酸盐等为亲水基团的表面活性剂 阳离子型 水中电离出负离子 亲水基团带正电荷 两性离子型 当溶于水 其亲水基团既能带正电荷 又能带负电荷 对水泥混凝土的作用表面活性剂主要起物理化学作用 改变水泥浆体的物理化学性质 根据表面活性剂的不同 可起到 分散保水引气调凝等多种作用 2 无机化合物 包括金属单质 氧化物和无机盐类 金属单质 铝粉 加气剂 生产加气混凝土 Al OH 2H2OAl OH 3 H2氧化物和无机盐类 早强剂 氯化钙 氯化钠 硫酸钠等 速凝剂 铝酸钠 硅酸钠 碳酸钠等 缓凝剂 氧化锌 硼砂 氟硅酸钠等 二 减水剂 减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下 能减少拌合用水量 提高混凝土强度 或在和易性及强度不变条件下 节约水泥用量的外加剂 多为亲水性阴离子表面活性剂 按减水能力及其兼有的功能有 普通减水剂 高效减水剂 早强减水剂 引气减水剂等 一 减水剂的作用机理及使用效果 作用机理分散作用 引气作用 润湿作用 使用效果 根据使用条件的不同 混凝土掺用减水剂后可以产生以下三方面的效果 在配合比不变的条件下 可增大混凝土拌和物的流动性 且不致降低混凝土的强度 在保持流动性及水灰比不变的条件下 可以减少用水量及水泥用量 以节约水泥 在保持流动性及水泥用量不变的条件下 可以减少用水量 从而降低水灰比 使混凝土的强度与耐久性得到提高 二 常用的减水剂 1 木质素系减水剂2 萘系减水剂3 三聚氰胺树脂系减水剂4 氨基磺酸盐系减水剂5 羧酸基接枝共聚物系减水剂6 复合减水剂 1 木质素系减水剂 有木质素磺酸钙 木质素磺酸钠 碱木素等 以木钙为例 简称 剂 由生产纸浆或纤维浆的废液 经发酵提取酒精后的残渣 再经磺化 石灰中和 过滤喷雾干燥而成 主要成分木质素磺酸钙60 以上 含糖率低于12 pH值为4 6 1 木质素系减水剂 M剂的特性掺量0 2 0 3 减水率10 左右 混凝土28天抗压强度提高10 20 在保持混凝土强度和坍落度不变的情况下 可节约水泥8 10 有缓凝作用 并可减少水泥水化放热的速率 价格低廉 用途广泛 木钙的改性方法 用分子筛将低分子量的部分滤除 采用生物或化学方法进行降糖 采用磺化及氧化法增大分子量及活性 将木钙与木钠复合使用等 2 萘系减水剂 萘系减水剂为高效减水剂 以煤焦油中分馏出的萘及萘的同系物为原料 经磺化 水解 缩聚 中和而得 主要成分是萘或萘同系物磺酸盐甲醛缩合物 属阴离子高分子表面活性剂 有NF NNO FDN MF ZB等等 萘系减水剂的特性掺量较小 适宜掺量为0 5 1 5 多为0 5 0 75 减水率15 20 以上 混凝土28天抗压强度提高20 以上 有早强作用 减水率高 不引气 水泥适应性好 价格相对便宜 与各种外加剂复合性能好 可配制高强混凝土及高性能混凝土等 塌落度损失较大 3 三聚氰胺树脂高效减水剂 水溶性树脂 简称蜜胺树脂减水剂 SM 由三聚氰胺 甲醛 亚硫酸钠按适当比例 在一定条件下经磺化 缩聚而成 为阴离子表面活性剂 SM树脂减水剂 为非引气型早强高效减水剂 其各项功能与效果均比萘系减水剂还好 蜜胺树脂减水剂特性当掺量为0 5 2 0 减水率达20 27 最高可达30 对混凝土早强与增强效果显著 能使混凝土1d强度提高一倍以上 7d强度即可达普通混凝土28d的强度 28d抗压强度可提高30 60 可用来配制80 100MPa的高强混凝土及蒸汽养护的混凝土 并可提高混凝土的抗渗 抗冻性能及弹性模量 与铝酸盐水泥有较好的适应性 可用于配制耐火及耐高温的混凝土 塌落度较大 价格昂贵 4 氨基磺酸盐减水剂 是一种非引气型可溶性树脂减水剂 ASPF 亲水基团为羧基 磺酸基等 优点 掺量少 适宜掺量0 5 1 减水率高 掺量0 5 1 减水率达13 27 掺量1 5 减水率达34 塌落度损失小 90min混凝土塌落度基本不变 含碱量低 可配制水灰比较小的高性能混凝土 缺点 掺量稍过量 即容易泌水 当与萘系减水剂复合 混凝土不泌水 不发黏 塌落度损失小 5 羧酸盐接枝共聚物减水剂 是一种全新的高性能减水剂 是通过 分子设计 人为形成的 梳状 或 树枝状 结构 及在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的支链 侧链 在主链上也有能使水泥颗粒带电的磺酸盐或其它基团 可以起到传统减水剂的作用 更重要的是一旦主链吸附在水泥颗粒表面后 支链与其它颗粒表面的支链形成立体交叉 阻碍了颗粒相互接近 从而达到分散 即减水 作用 这种空间位阻作用不以时间延长而弱化 因此 羧酸盐接枝共聚物减水剂的分散作用更为持久 减水率高 一般在30 以上 塌落度损失小 1 2h塌落度基本不损失 后期强度高 28d强度增长一般都在20 以上 掺量较小 一般都在0 3 以下 价格高 5 复合减水剂 可与引气剂 早强剂或消泡剂等复合 不同减水剂也可复合 制得引气减水剂 早强减水剂 缓凝减水剂等许多品种 减水剂的使用 掺加方法同掺法后掺法滞水掺入法水泥遇水后其中的C3A C4AF能迅速反应 在体系中显著减少 这时加入减水剂被C3A C4AF消耗量也显著减少 大量的减水剂能比较充分地被C3S C2S吸附 直接表现为混凝土和易性较好 坍落度损失较小 减小塌落度损失 三 缓凝剂 作用1 气温较高或运距较长时 防止混凝土过早凝结 失去可塑性 2 防止出现冷缝 在分层浇筑混凝土时 当浇筑上层混凝土时 若下层混凝土已经初凝 则两层混凝土间形成较弱胶结面 品种1 有机缓凝剂 木质素磺酸盐及其衍生物 羟基羧酸及其盐类 糖类及其衍生物 有机磷酸及其盐类 丙烯酸类共聚物等 2 无机缓凝剂 磷酸盐 硼砂 锌盐等 作用机理不同的品种 机理不同 主要是通过吸附 化学反应等方式 阻碍水泥的水化 常用缓凝剂1 木钙2 糖蜜3 柠檬酸4 酒石酸5 酒石酸钠等 四 引气剂 引气剂是指在混凝土搅拌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 引气剂也是表面活性剂 其憎水基团朝向气泡 亲水基团吸附一层水膜 由于引气剂离子对液膜的保护作用 使气泡不易破裂 引入的这些微小气泡 直径为20 1000 在拌合物中均匀分布 明显地改善混合料的和易性 提高混凝土的耐久性 抗冻性和抗渗性 使混凝土的强度和弹性模量有所降低 品种松香热聚物 松脂皂及801引气剂等 品牌有DH9 PC 2 H10 AEA等 作用机理降低界面张力 引气 稳定泡膜 作用效果改善混凝土拌和物的和易性 提高混凝土的耐久性 抗冻性 抗渗性 抗裂性 强度和耐磨性下降 五 早强剂 能加速混凝土早期强度发展的外加剂 多用于冬季施工或紧急抢修工程 常用的早强剂有 氯盐类 硫酸盐类 有机胺类等 一 氯盐类早强剂 氯盐类早强剂主要有氯化钙 氯化钠 氯化钾 氯化铝及三氯化铁等 其中以氯化钙应用最广 氯化钙的早强作用主要是因为它能与 3 和 a 2反应 生成不溶性复盐水化氯铝酸钙和氧氯酸钙 增加水泥浆体中固相比例 提高早期强度 同时液相中 2浓度降低 也使 3 C2S加速水化 使早期强度提高 适宜掺量为1 3 早强效果显著 能使混凝土2 3 强度提高40 100 7d强度提高25 氯化钙早强剂因其能产生氯离子 易促使钢筋产生锈蚀 故施工中必须严格控制掺量 我国规范中规定 在钢筋混凝土中氯化钙的掺量不得超过水泥质量的 在无筋混凝土中掺量不得超过 二 硫酸盐类 硫酸钠 硫酸钙 硫代硫酸钠 硫酸盐的早强作用主要是与水泥的水化产物 a 2反应 生成高分散性的化学石膏 它与 的化学反应比外掺石膏的作用快得多 能迅速生成水化硫铝酸钙 增加固相体积 提高早期结构的密实度 同时也会加快水泥的水化速度 因而提高混凝土的早期强度 硫酸钠的适宜掺量为 常以复合使用效果更佳 使用时应防止引起硫酸盐侵蚀和碱集料反应 三乙醇胺是一种非离子型表面活性剂 它不改变水化生成物 但能在水泥的水化过程中起着 催化作用 与其他早强剂复合效果更好 三 有机胺类 三乙醇胺 三乙丙醇胺 有些减水剂具有早强效果 也有些早强减水剂是由早强剂和减水剂复合而成 四 其它 如甲酸盐等 六 速凝剂 能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂 多用于喷射混凝土及紧急抢修工程 主要产品 红星一型 711型 782型及ZC 2等 主要成分 铝氧熟料 烧结铝酸钠 七 其它外加剂 防水剂 能够减少混凝土孔隙和填塞毛细管通道 以阻止渗水和吸水 在搅拌混凝土过程中掺入的外加剂 主要用于房屋建筑的屋面 地下室 隧道工程等 含氯盐的防水剂不能用于钢筋混凝土工程 防冻剂 使混凝土能在负温下硬化 并在规定时间内达到足够抗冻强度的外加剂 膨胀剂 能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂 第五节混凝土的掺合料 为了节约水泥 改善混凝土的性能 在混凝土拌制时掺入的掺量大于水泥质量5 的矿物质粉末 称为混凝土掺合料 一 粉煤灰 从煤粉炉排出的烟气中收集的颗粒粉末 按排放方式不同 湿排灰干排灰 静电收尘灰 机械收尘灰再加工 磨细灰 风选灰按所燃煤种不同 F类 无烟煤 烟煤 C类 褐煤 次烟煤 一 质量要求 化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3矿物组成 铝硅玻璃体 结构 玻璃微珠 实心 空心 多孔玻璃体玻璃碎屑结晶体碳粒 一般混凝土对粉煤灰的品质指标要求 烧失量 细度 3含量 需水量比等 按 GB1596 91 规定 用于混凝土中的粉煤灰分为I II III三个等级 其相应的技术要求列于P96表5 10 二 粉煤灰效应 粉煤灰由于其本身的化学成分 结构和颗粒形状等特征 在混凝土中可产生三种效应 总称为 粉煤灰效应 活性效应 颗粒形态效应 微骨料效应 三 粉煤灰对混凝土性能的改善作用 1 改善混凝土的和易性 2 能提高混凝土的强度 特别是后期强度 3 降低单位体积混凝土内的水化热 4 能减少混凝土的收缩 主要是减少干燥收缩 5 显著改善混凝土的耐久性 特别是改善混凝土的抗渗性 抗腐蚀性 抑止混凝土的碱 集料反应 四 掺用方法 1 等量取代水泥法2 粉煤灰代砂法3 超量取代水泥法4 双掺技术 减水剂 引气剂 二 硅粉 从冶炼硅铁及其他硅金属工厂的废烟气中回收的副产品 其主要成分为无定形二氧化硅 特点 细 0 1 1um 比表面积20000 25000m2 kg 活性高 作用效果 改善混凝土拌和物的和易性 配制高强混凝土 改善混凝土的孔隙结构 三 粒化高炉矿渣粉 粒化高炉矿渣粉 简称矿渣粉 是指符合GB T18046 2000标准规定的粒化高炉矿渣经干燥 粉磨 或添加少量石膏一起粉磨 达到相当细度且符合相应活性指数的粉体 按28d活性指数分为三个级别 矿渣各龄期的活性指数按下式计算 计算结果取整数A7 R7 R07 100式中A7 7d活性指数 R07 对比样品7d抗压强度 MPa R7 试验样品7d抗压强度 MpaA28 R28 R028 100式中A28 28d活性指数 R028 对比样品28d抗压强度 MPa R28 试验样品28d抗压强度 MPa 用途 粒化高炉矿渣粉可以等量取代水泥 并降低水化热 提高抗渗性和耐蚀性 抑制碱骨料反应和提