第5章 混凝土Part4-新发展

1、 混凝土外加剂混凝土外加剂 混凝土外加剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中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情况掺量不超过水泥质量的5%。 混凝土中掺入外加剂，是行之有效的改混凝土中掺入外加剂，是行之有效的改善混凝土性能的措施。随着科学技术的不断善混凝土性能的措施。随着科学技术的不断进步，外加剂已越来越多地得到发展和使用。进步，外加剂已越来越多地得到发展和使用。因此，外加剂已成为混凝土中除由四种基本因此，外加剂已成为混凝土中除由四种基本材料以外的第五种组分。材料以外的第五种组分。1混凝土外加剂的分类混凝土外

2、加剂的分类 按化学成分可分成三类：按化学成分可分成三类： （）无机化合物，多为电解质盐类。（）无机化合物，多为电解质盐类。 （）有机化合物，多为表面活性剂。（）有机化合物，多为表面活性剂。 （）有机无机复合物。（）有机无机复合物。 按功能分为四类：按功能分为四类： （）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。（）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。如各种减水剂、泵送剂、保水剂等。 （）调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加（）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。剂。如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。 （）改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气（）改善混凝

3、土耐久性能的外加剂。如引气剂、防水剂和阻锈剂等。剂、防水剂和阻锈剂等。 （）改善混凝土其他性能的外加剂。如引气（）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。反应抑制剂、隔离剂、养护剂等。2 常用混凝土外加剂常用混凝土外加剂1减水剂减水剂 减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。下，能减少拌合用水量的外加剂。（1）减水剂的作用机理）减水剂的作用机理 减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由

4、亲水基团和憎水基团组成，当两种物质接触时由亲水基团和憎水基团组成，当两种物质接触时（如水水泥，水一油，水一气），表面活性剂（如水水泥，水一油，水一气），表面活性剂的亲水基团指向水，憎水基团朝向水泥颗粒（油的亲水基团指向水，憎水基团朝向水泥颗粒（油或气）。减水剂能提高混凝土拌合物和易性及混或气）。减水剂能提高混凝土拌合物和易性及混凝土强度的原因，是由于其表面活性物质间的吸凝土强度的原因，是由于其表面活性物质间的吸附一分散作用，及其润滑、湿润作用所致。附一分散作用，及其润滑、湿润作用所致。 水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，产生许多絮状物而形成絮凝结引

5、力的作用，产生许多絮状物而形成絮凝结构，使构，使10 30的拌合水（游离水）被包的拌合水（游离水）被包裹在其中，从而降低了混凝土拌合物的流动裹在其中，从而降低了混凝土拌合物的流动性。当加入适量减水剂后，减水剂分子定向性。当加入适量减水剂后，减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基端指向水溶液。吸附于水泥颗粒表面，亲水基端指向水溶液。由于亲水基团的电离作用，使水泥颗粒表面由于亲水基团的电离作用，使水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，致使带上电性相同的电荷，产生静电斥力，致使水泥颗粒相互分散，导致絮凝结构解体，释水泥颗粒相互分散，导致絮凝结构解体，释放出游离水，从而有效地增大了混凝土拌合

6、放出游离水，从而有效地增大了混凝土拌合物的流动性。物的流动性。|阴离子表面活性剂类减水剂，其亲水基团极性很阴离子表面活性剂类减水剂，其亲水基团极性很强，易与水分子以氢键形式结合，在水泥颗粒表强，易与水分子以氢键形式结合，在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜下图，这层水是很面形成一层稳定的溶剂化水膜下图，这层水是很好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从而使混好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从而使混凝土流动性进一步提高。减水剂还能使水泥更好凝土流动性进一步提高。减水剂还能使水泥更好地被水湿润，也有利于和易性的改善。地被水湿润，也有利于和易性的改善。 （）减水剂的经济技术效果（）减水剂的经济技术效

7、果 掺减水剂的混凝土与未掺减水剂基准混掺减水剂的混凝土与未掺减水剂基准混凝土相比，凝土相比，具有如下效果：具有如下效果： 在保证混凝土混合物和易性和水泥用量在保证混凝土混合物和易性和水泥用量不变的条件下，可减少用水量，降低水灰比，不变的条件下，可减少用水量，降低水灰比，从而提高混凝土的强度和耐久性。从而提高混凝土的强度和耐久性。 在保持混凝土强度（水灰比不变）和坍在保持混凝土强度（水灰比不变）和坍落度不变的条件下，可节约水泥用量。落度不变的条件下，可节约水泥用量。 在保持水灰比与水泥用量不变的条件下，在保持水灰比与水泥用量不变的条件下，可大大提高混凝土混合物的流动性，从而方可大大提高混凝土混合

8、物的流动性，从而方便施工。便施工。（3）减水剂的常用品种）减水剂的常用品种 木质素系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（木镁）之分，其中以木钙使用最多，并简称剂，它属于阴离子表面活性剂。剂，它属于阴离子表面活性剂。 剂是以生产纸浆或纤维浆的亚硫酸木浆废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、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。蒸发浓

9、缩、喷雾干燥而制成，为棕黄色粉状物。剂因原料丰富，价格低廉，并具有较好的塑化剂因原料丰富，价格低廉，并具有较好的塑化效果，故目前应用十分普遍。效果，故目前应用十分普遍。 剂为普通减水剂，其适宜掺量为剂为普通减水剂，其适宜掺量为0.20.3，减水率减水率10左右。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。萘系减水剂萘系减水剂 萘系减水剂为高效减水剂，萘系减水剂为高效减水剂，它是以工业萘或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、干燥而料，经磺化、水解、缩合、中和、过滤、干燥而

10、制成，为棕色粉末，其主要成分为制成，为棕色粉末，其主要成分为一萘磺酸盐甲一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有、种很多，目前我国生产的主要有、MF、建型、建型、等。等。 萘系减水剂适宜掺量为，萘系减水剂适宜掺量为，其减水率较大，为其减水率较大，为 %增强效果显著，增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温温以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制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。高强、早强、流态等混凝土。 树脂类减水剂树脂类减水

11、剂 此类减水剂为水溶性树脂，此类减水剂为水溶性树脂，主要主要为磺化三聚为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂。它氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂。它是由三聚氰胺、甲醛、亚硫酸钠按适当比例、在是由三聚氰胺、甲醛、亚硫酸钠按适当比例、在一定条件下经磺化、缩聚而成，为阴离子表面活一定条件下经磺化、缩聚而成，为阴离子表面活性剂。我国产品有树脂减水剂，为非引气型性剂。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。适宜掺量为水剂还好。适宜掺量为05.，减，减水率达。对混凝土早强与增强效水率达。对混凝土早强与增强

12、效果显著，能使混凝土果显著，能使混凝土1d 强度提高一倍以上，强度提高一倍以上，强度即可达空白混凝土强度即可达空白混凝土d的强度，长期强度亦的强度，长期强度亦明显提高，并可提高混凝土的抗渗、抗冻性能及明显提高，并可提高混凝土的抗渗、抗冻性能及弹性模量。弹性模量。|糖蜜类减水剂糖蜜类减水剂 糖蜜类减水剂为普通减水剂，它是糖蜜类减水剂为普通减水剂，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，石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有国内产品粉状有TF、ST、3

13、FG等，糊状等，糊状有糖蜜。有糖蜜。 糖蜜减水剂适宜掺量为糖蜜减水剂适宜掺量为，减水率，减水率10左右，故属缓凝左右，故属缓凝减水剂。减水剂。羧酸盐接枝共聚物减水剂减水率高，大于30%坍落度损失小，12h基本无损失后期强度高掺量小，小于0.3%早强剂早强剂 能加速混凝土早期强度发展的外加剂，称为能加速混凝土早期强度发展的外加剂，称为早强剂。早强剂。（）氯盐类早强剂（）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氯化钙的早强作用

14、主要是因为它能与3和和a（）（）2反应，生成不溶性复盐水化氯铝酸钙和反应，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（）强度；同时液相中（）2浓度降低，也使浓度降低，也使 3、C2S 加速水化，使早期强度提高。加速水化，使早期强度提高。|氯化钙的适宜掺量为。氯氯化钙的适宜掺量为。氯化钙早强效果显著，能使混凝土强化钙早强效果显著，能使混凝土强度提高度提高 ，强度提，强度提高高%。氯化钙早强剂因其。氯化钙早强剂因其能产生氯离子，易促使钢筋产生锈蚀，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

15、范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不得超过水泥质量的 ；在无筋混凝；在无筋混凝土中掺量不得超过。土中掺量不得超过。 （）硫酸盐类（硫酸钠、硫酸钙、硫代硫（）硫酸盐类（硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠）酸钠） 硫酸盐的早强作用主要是与水泥的水化产硫酸盐的早强作用主要是与水泥的水化产物物a（）（）2 反应，生成高分散性的化学反应，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

16、，同时加固相体积，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，常以复合使用效果更佳。使用时应防止引起碱集料反应。应防止引起碱集料反应。|（）有机胺类（三乙醇胺，三乙丙（）有机胺类（三乙醇胺，三乙丙醇胺）醇胺） 三乙醇胺是一种非离子型表面活性剂，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，但能在水泥的水它不改变水化生成物，但能在水泥的水化过程中起着化过程中起着“催化作用催化作用”，与其他早，与其他早强剂复合效果更好。强剂复合效果更好。（）

17、其它：如甲酸盐等（）其它：如甲酸盐等 有些减水剂具有早强效果。也有些早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。强减水剂是由早强剂和减水剂复合而成。引气剂与引气减水剂引气剂与引气减水剂 引气剂引气剂是指在混凝土搅拌过程中能引入大量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。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。引入的这些液膜的保护作用，使气泡不易破

18、裂。引入的这些微小气泡（直径为微小气泡（直径为201000）在拌合物中均匀）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。和弹性模量有所降低。 常用的加气剂有松香热聚物、松香皂、烷基常用的加气剂有松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类等。适宜掺量为水苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类等。适宜掺量为水泥质量的泥质量的0.0050.01%左右。左右。|缓凝剂及缓凝减水剂缓凝剂及缓凝减水剂 缓凝剂是指能延长混凝土凝结时间的外缓凝剂是指能延长混

19、凝土凝结时间的外加剂。加剂。 由于缓凝剂在水泥及其水化物表面上的由于缓凝剂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吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。缓凝剂同时还具有减水、增强、缓凝的效果。缓凝剂同时还具有减水、增强、降低水化热等功能。降低水化热等功能。 常用的缓凝剂及缓凝减水剂有糖类；羟常用的缓凝剂及缓凝减水剂有糖类；羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸，酒石酸钾钠等。基羧酸及其盐类，如柠檬酸，酒石酸钾钠等。 |防冻剂防冻剂 防冻剂防冻剂是指能降低水泥混凝土是指能降低水泥混凝土拌和物液相冰点，使混凝土在相应拌和物液相冰点，使混凝土在相应负温下免受冻害，并在规定养护条

20、负温下免受冻害，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。常用件下达到预期性能的外加剂。常用的外加剂有：氯盐类；氯盐与阻锈的外加剂有：氯盐类；氯盐与阻锈剂类（亚硝酸钠）；无氯盐类等。剂类（亚硝酸钠）；无氯盐类等。膨胀剂硫铝酸钙类氧化钙类金属类混凝土的掺和料粉煤灰 等量取代水泥法粉煤灰代砂法超量取代法硅粉改善混凝土和易性配置高强混凝土改善混凝土的孔隙结构，提高耐久性矿渣粉高强、超强混凝土提高耐久性改善和易性课堂练习某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为 30，施工要求混凝土坍落度为，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差5MPa。所用原材料情况如下： 水泥：42.5级普通硅酸盐水

21、泥，水泥密度为=3.10/cm，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08； 砂：中砂，级配合格，砂子表观密度os=2.60/cm； 石：530mm碎石，级配合格，石子表观密度og=2.65/cm3；试求： 混凝土计算配合比； 2若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为 ，石子含水率为1，试计算混凝土施工配合比。解解求混凝土计算配合比求混凝土计算配合比(1)(1)确定混凝土配制强度（确定混凝土配制强度（f fcu,0cu,0）f fcu,0cu,0= f= fcu,k cu,k + 1.645= 30 + 1.645+ 1.645= 30 + 1.6455 =38

22、.2 MPa5 =38.2 MPa(2)(2)确定水灰比（确定水灰比（W/CW/C）f fce ce = = c c f fce,kce,k = 1.08 = 1.08 42.5=45.9MPa 42.5=45.9MPa53. 09 .4507. 046. 02 .389 .4546. 0/0cebacuceafffCW， 由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由附表附表1-3, 干燥环境容许最大水灰比为干燥环境容许最大水灰比为0.65，故可确定水灰比为故可确定水灰比为0.53。（3 3）确定用水量（）确定用水量（m mw0w0） 查表查表512512，对于最大

23、粒径为，对于最大粒径为3030的碎石混的碎石混凝土，当所需坍落度为时凝土，当所需坍落度为时,1m,1m3 3混凝混凝土的用水量可选用土的用水量可选用185kg185kg。(4) (4) 计算水泥用量（计算水泥用量（m mc0c0）按附表按附表 1313，对于干燥环境的钢筋混凝土，最，对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为小水泥用量为225225，故可取，故可取 m mc0c0 3493493 3。kgCWmmwco34953. 0185/0 （5 5）确定砂率（）确定砂率（s s） 查表查表513513，对于采用最大粒径为，对于采用最大粒径为3030的碎石配制的混凝土，的碎石配制的混凝土，当

24、水灰比为当水灰比为0.530.53时，其砂率值可选取时，其砂率值可选取32%32% 37%37%，采用插入法选定），采用插入法选定）现取现取s s= = 。（）计算砂、石用量（）计算砂、石用量（s0s0、g0g0）用体积法计算，将用体积法计算，将m mc0c0=349=349；m mw0w0=185=185代入方程组代入方程组100011016 . 265. 21 . 3000wsogcmmmm %35%10000sgsommm |解此联立方程，则得：解此联立方程，则得：s0=641，| g0=1192（7 7）该混凝土计算配合比为：）该混凝土计算配合比为： m m3 3混凝土中各材料用量为：水泥：混凝土中各材料用量为：水泥： 349349，水，水 ：185185，砂：，砂：641641，碎石：，碎石：11921192。以质量比表示即为：。以质量比表示即为： 水泥：砂：石水泥：砂：石= =：1.84 1.84 ：3.423.42，0.530.53 2 2确定施工配合比确定施工配合比由现场砂子含水率为由现场砂子含水率为 ，石子含水率为，石子含水率为1 1，则施工，