第4章水泥溷凝土及砂浆2(外加剂和掺合料)

1、第四章 水泥混凝土及砂浆主讲：徐锋建筑材料 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。一、按功能分为四类：（）改善混凝土拌合物流变性能的改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如各种减水剂、泵送剂、保水剂等。（）调节混凝土凝结时间，硬化性能的调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加剂。如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。（）改善混凝土耐久性能的改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂、防水剂和阻锈剂等。（）改善混凝土其他性能的改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂、碱骨料反应抑制剂、隔离剂、养护剂等。砼外加剂4.1.3 4.1.

2、3 外加剂外加剂二、二、 减水剂 （1）作用机理 由于水泥颗粒之间和水泥颗粒与水之间的的相互吸力，导致水泥颗粒在水中分散困难，水泥颗粒容易相互粘聚形成絮凝结构，有1030%的拌和水被包含在其中，从而降低了水泥浆的流动性。 当减水剂加入水泥浆中，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，作定向排列，组成了单分子或多分子吸附层，使水泥浆结构发生了的变化： 水泥颗粒表面带相同电荷，相互间的静电斥力使水泥颗粒易于分散； 减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒表面溶剂化层增厚，产生空间位阻，增加了水泥颗粒间的滑动能力，减少了粘滞性，增加润滑性； 水泥颗粒易于湿润，自动粘聚能力减弱，塑化能力增强。 减水剂分子在水泥颗粒表

3、面的吸附加入减水剂后，絮凝结构被打破加减水剂前的絮凝结构减水剂分散水泥的机理 加减水剂前 加减水剂后絮 凝分 散没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆（2）减水剂的技术经济效果 在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增大100200mm； 在保持坍落度不变的情况下，使用水量减少10%15%，抗压强度增加15%40%； 在保持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥10%15%； 混凝土的渗水性可降低40%80%； 可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂现象。 不同减水剂的减水率木质磺酸盐 515%密胺树脂 525%萘磺酸盐甲醛缩合物 1525%聚丙烯酸盐 2030%聚羧酸脂 2540% （3）常

4、用减水剂木质素系减水剂 木质素系减水剂主要有木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）和木质素磺酸镁（木镁）之分，其中以木钙使用最多，并简称剂以木钙使用最多，并简称剂。 剂是以生产纸浆或纤维浆的亚硫酸木浆废液为原料，采用石灰乳中和，经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制成，为棕黄色粉状物。 剂为普通减水剂，其适宜掺量为0.20.3，减水率10左右。 剂对混凝土有缓凝作用，一剂对混凝土有缓凝作用，一般缓凝般缓凝。砼外加剂萘系减水剂 萘系减水剂为高效减水剂高效减水剂，它是以工业萘或由煤焦油中分熘出的含萘及萘的同系物熘分为原料，经磺化、水解、缩合、中和、过滤、干燥而制成，为棕色粉末。 这类减水剂品种

5、很多，目前我国生产的主要有、mf、建型、等。 萘系减水剂适宜掺量为，其减水率较大，为 %，增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。砼外加剂 树脂类减水剂 此类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂。 我国产品有树脂减水剂，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。适宜掺量为05.，减水率达。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，强度即可达空白混凝土d的强度，长期强度亦明显提高，并可提高混凝土的抗渗、抗冻性能。砼外加剂糖蜜类减水剂 糖蜜类减

6、水剂为普通减水剂，它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中，国内产品粉状有tf、st、3fg等，糊状有糖蜜。 糖蜜减水剂含糖较多，属非离子表面活性剂适宜掺量为0.20.3，减水率10左右，故属缓凝减水剂属缓凝减水剂。 砼外加剂三、调节混凝土凝结时间的外加剂 土木工程应用中，有时需要调节混凝土的凝结时间：例如：隧道内衬、水下工程施工要求混凝土喷出后能迅速凝结；道路修补工程要求混凝土早期强度高，以便早日开放交通；冬天施工，要求混凝土强度增长快，以免冻坏；大体积工程要求混凝土缓慢凝结，以免水化放热太快引起温度应力和变形开裂。调节凝结时间的外加剂种类 早强剂 早强

7、剂能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期强度，而对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂。 防冻剂 在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂，它能降低冰点，促使水泥水化放热反应，达到抵抗冰体膨胀的临界强度 速凝剂 能使水泥混凝土急速凝结硬化(15min内初凝，210min内终凝)的外加剂。 缓凝剂 能延缓水泥混凝土凝结硬化时间，并对后期强度无显著影响的外加剂主要成分有： 氯化物：氯化钙、氯化钠； 硫酸盐：石膏、硫酸钠； 三乙醇胺以及复合早强剂。主要成分有：水溶性铝酸盐、纯碱、碳酸钠，碱金属硅酸盐等。主要成分有：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐等。主要成分：糖蜜、酒石酸、柠檬酸、硼酸盐、锌酸盐等。

8、早强剂的作用机理 通过同离子效应，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快速结晶沉淀； 形成结晶性很好、化学结合水量较大、且有一定形成结晶性很好、化学结合水量较大、且有一定膨胀性的不溶性复合盐水化物晶体膨胀性的不溶性复合盐水化物晶体，如氯铝酸钙、硫铝酸钙水化物，降低了孔隙率、加快了水泥浆结构的形成； 提高了水泥浆体的碱性，使水泥矿物的水化速度加快，如三乙醇胺；速凝剂的作用机理 使水泥生产时掺入的起调凝作用的石膏分解，使水泥生产时掺入的起调凝作用的石膏分解，从而使从而使c3a迅速水化迅速水化； 速凝剂中的组分与硫酸钙反应生成能促进水泥水化的化合物； 水溶性的铝酸盐能迅速促进水泥浆的凝结硬化。四

9、、四、引气剂 什么是引气剂？ 能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小气泡(孔径为0.012mm)，并在硬化后仍能稳定存在的外加剂。 组成特点：带有憎水基和亲水基的表面活性剂 物理化学特性：可溶于水；降低水的表面张力；能吸附在气泡表面，使之稳定。(1) 引气机理 搅拌水可产生气泡，但很快消失，为什么？ 水的表面张力使气泡不稳定！ 水中加入引气剂后水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡；通过吸附于气泡表面形成单分子膜，减小液气界面能(表面张力)，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。亲水基团憎水基团气泡引气剂稳泡作用的机理(2) 引气剂的作用效果 改善拌和物的和易性，减少用水量

10、5%9%，改善保水性，减少泌水性； 混凝土的抗渗性提高50%，抗冻标号提高3倍； 降低混凝土的强度，引入1%的空气，可使强度下降56%； 增大变形性，降低弹性模量，提高抗裂性和抗冲击性。 (3) 常用引气剂 松香热聚物； 松香皂； 烷基苯磺酸钠； 脂肪酸硫酸钠； 烷基酚环氧乙烷缩合物等。 其用量一般为水泥质量的(0.51.2)/10000 四、掺合料问题？ 混凝土中为什么要使用矿物外加剂或掺合料？ 代替水泥，所以也称水泥代用材料 改善混凝土微结构，尤其是界面过渡区结构 改善混凝土性能，尤其是耐久性 保护生态环境，节约资源和能源粉煤灰的生产fly ash煤粉+-电收尘器锅炉炉底灰粉煤灰烟囱1 1

11、、粉煤灰、粉煤灰从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰。 在混凝土的用水量不变的情况下，可以起到显著改善混凝土拌合物和易性的效应，增加流动性和粘聚性，还可降低水化热。 若保持混凝土拌合物原有的和易性不变，则可减少用水量，起到减水的效果，从而提高混凝土的密实度和强度，增强耐久性。 砼掺合料磨细高炉矿渣的生产铁水熔融矿渣高 炉水 池水淬烘干、粉磨球磨机2 2、粒化高炉矿渣粉、粒化高炉矿渣粉 粒化高炉矿渣粉（简称矿渣粉）是指符合gb/t 203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。 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

12、耐蚀性、抑制碱骨料反应和提高长期强度等，可用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土工程。砼掺合料加 密硅铁合金厂硅冶炼厂烟罩冷凝硅粉200300kg/m3500600kg/m3硅灰的生产3、硅粉的特性与应用 颗粒非常微细，在高效减水剂强烈的分散作用下，可填充水泥颗粒的间隙，从而进一步降低水胶比，提高强度和抗渗透性能； 由于会使拌合物粘聚性明显增大，并加剧自身收缩，通常限制掺量为10%以内； 由于表观密度小，运输时体积大、费用高，通常只用于等级很高的混凝土（100mpa）； 掺硅粉混凝土必须尽早开始湿养护，以避免开裂。硅灰、凝胶相和未水化水泥颗粒的堆积图像 掺加10硅灰的水泥浆体水化14天后的sem(3500倍)照片某