混凝土外加剂讲义分析课件

混凝土外加剂选讲王栋民北京2005.12中国矿业大学（北京）混凝土外加剂选讲王栋民中国矿业大学（北京）1主要内容：历史脉络减水剂缓凝剂早强剂引气剂促凝剂膨胀剂主要内容：促凝剂2前言混凝土是迄今为止用量最大的人工材料，是建筑业的“粮食”

2000年达48亿立方米；外加剂掺量低而对混凝土性能影响巨大，混凝土六大组分不可或缺的组分；外加剂是现今商品混凝土中的“食盐”。前言混凝土是迄今为止用量最大的人工材料，是建筑业的“粮食”

3定义

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中，用以改善混凝土性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5％。定义

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中，用以改善混凝土性能的4混凝土外加剂的历史沿革蒙昧时代

古罗马时代：牛血、牛油、牛奶和尿，火山灰

秦代（公元前221年）：修建万里长城时就曾用糯米汁

宋代（公元1170年）：建筑和州城时曾用到糯米—石灰

明代：《天工开物》中记载用石灰1份加河砂2份，外加糯米、羊桃藤汁搅拌均匀制贮水池

混凝土外加剂的历史沿革蒙昧时代

古罗马时代：牛血、牛油、牛5近代：

1885年，氯化钙作为硬化调凝剂；

1895年，产生减水剂；

1910年，减水剂得到工业化；

1930s，美国应用了引气剂，并逐步得到推广；

1935年，MasterBuilder，“普浊里”，木质素磺酸钙，1937年美国，第一个减水剂专利近代：

1885年，氯化钙作为硬化调凝剂；

1895年，6现代

1950s我国引入前苏联松香皂化物，并得到一定应用。

1962年，服部健一等，萘磺酸盐甲醛缩合物。1964年日本花王石碱公司对此进行销售。

1963年，联邦德国研制成功三聚氰胺甲醛缩聚物。

1970s我国研制成功萘系减水剂。

1980s末期，日本触媒研制成功聚羧酸系减水剂。现代

1950s我国引入前苏联松香皂化物，并得到一定应用。7混凝土减水剂什么是减水剂(WaterReducingAgent)？

在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。

能大幅度减少用水量的外加剂为高效减水剂(HighRangeWaterReducingAgent)，i.e.超塑化剂(Superplasticizer)混凝土减水剂什么是减水剂(WaterReducingAg8减水剂的作用

a、同水灰比条件下增加混凝土的工作性，有利于施工；

b、同工作性条件下增加混凝土的强度和耐久性；

c、可以减少水泥用量，有利于环境保护；减水剂的作用

a、同水灰比条件下增加混凝土的工作性，有利于9减水剂的分类

普通减水剂：

木质素磺酸盐类（木钙、木钠、木镁）；

腐殖酸类

高效减水剂：

ß-萘磺酸盐甲醛缩合物（萘系）；

三聚氰胺甲醛缩合物（蜜胺系）；

氨基磺酸盐类；

脂肪族类；

共聚羧酸类（最新）。减水剂的分类

普通减水剂：

木质素磺酸盐类（木钙、木钠、木10各个减水剂的异同普通减水剂（木钙）：

减水率小，5％－8％，掺量0.2%-0.3%

引气量大，缓凝。高效减水剂：

减水率17％－25％，掺量0.7%-1.0%，几乎不引气不缓凝聚羧酸系：减水率30％以上，掺量0.1%-0.3%,有引气作用，缓凝各个减水剂的异同11合成

1、木质素磺酸盐：

原料来源于造纸废液

其组成复杂。

合成

1、木质素磺酸盐：

原料来源于造纸废液

其组成复杂。122、ß-萘磺酸盐甲醛缩合物

（1）磺化副反应：2、ß-萘磺酸盐甲醛缩合物

（1）磺化13（2）水解（2）水解14（3）缩合（3）缩合15（4）中和（4）中和163、三聚氰胺类

（1）单体的合成

3、三聚氰胺类

（1）单体的合成17（2）磺化（2）磺化18（3）缩合（3）缩合194、聚羧酸系4、聚羧酸系20作用机理

1、絮凝结构

包裹水水泥颗粒水泥颗粒电性质的不均一不规则形状作用机理

1、絮凝结构

包裹水水泥颗粒水泥颗粒电性质的不212、吸附与分散吸附的原因：超塑化剂为阴离子表面活性剂，水化初期水泥颗粒多呈正电性质，易静电吸引；范德华力；有报道称，超塑化剂参与水化，形成产物，有机矿物相；2、吸附与分散22分散：大量释放出包裹水流动性得到大大改善分散：大量释放出包裹水23减水剂的性能与评价

1、减水率（GB8076-1997)

是减水剂的最基本的性能，其优劣代表了减水剂的品质。现今多为20％－25％，聚羧酸系可达30％－40％。

2、流动性保持能力(JC473-2001)

是减水剂的基本性能，其优劣限制了减水剂的应用。减水剂的性能与评价

1、减水率（GB8076-1997)

243、含气量（GB8076-1997)

影响混凝土的强度。

含气量大则强度低。2％-5%。

4、凝结时间（GB8076-1997)

影响工程的施工进度。

凝结时间长则延长混凝土的拆模时间。3、含气量（GB8076-1997)

影响混凝土的强度255、抗压强度比（GB8076-1997)

影响混凝土材料的力学性能。

6、泌水率比（GB8076-1997)

影响混凝土均质性。5、抗压强度比（GB8076-1997)

267、收缩率（GB8076-1997)

影响混凝土的体积稳定性

8、相对耐久性（GB8076-1997)

对引气型减水剂设定。7、收缩率（GB8076-1997)279、钢筋锈蚀（GB8076-1997)

钢筋混凝土耐久性。9、钢筋锈蚀（GB8076-1997)

钢筋混凝土耐久性。28早强剂定义：

加速混凝土早期强度发展的外加剂。

分类

无机类：

硫酸盐类，氯盐，亚硝酸盐类，碳酸盐类。

有机类：

醇类，有机胺类，小分子羧酸类。早强剂定义：

加速混凝土早期强度发展的外加剂。

29无机类

1、氯化物

主要：氯化钙（常用），氯化钠，氯化钾，氯化锂，氯化铁，氯化铝等。

掺量：1％－2.5%

优点：价格低廉，性能好

劣处：腐蚀钢筋，后期强度有所降低。无机类

1、氯化物

主要：氯化钙（常用），氯化钠，氯化钾，氯302、硫酸盐

主要：硫酸钠（常用），硫酸钾，硫酸钙，硫酸镁，硫酸铁，硫代硫酸钠、明矾、硫酸铝等

掺量：1％－3％

优点：早期强度高，增加抗硫酸盐侵蚀能力

劣处：后期强度有所下降2、硫酸盐

主要：硫酸钠（常用），硫酸钾，硫酸钙，硫酸镁，硫313、有机类

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

掺量：0.01%-1%

优点：掺量低，早强效果明显。劣处：价格较高，后期强度有所下降。3、有机类

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

掺32缓凝剂定义

延长混凝土凝结时间的外加剂。

分类

糖类，多元醇及其衍生物，羟基羧酸类，无机盐类。缓凝剂定义

延长混凝土凝结时间的外加剂。

33糖类

主要品种：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸钙，庚糖等

常用：葡萄糖酸钠。

掺量：0.1%-0.3％

主要机理：羟基与羧基延缓了水泥的水化。糖类

主要品种：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸钙，庚糖等

常用34多元醇类

主要品种：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

掺量：0.05%-0.2%

极性基团的吸附使水化进程延缓。多元醇类

主要品种：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

掺量35羟基羧酸类

主要品种：柠檬酸（钠），葡萄糖酸（钠），酒石酸（钠），马来酸，水杨酸，苹果酸，琥珀酸。

掺量：0.05%-0.2%

主要机理：羟基与羧基吸附与晶核上，阻碍了结晶过程，延缓水化。羟基羧酸类

主要品种：柠檬酸（钠），葡萄糖酸（钠），酒石酸36无机类

主要品种：磷酸盐，硼砂，氟硅酸钠等

掺量：0.1%-2%

主要机理：螯合钙离子，抑制CH的结晶。无机类

主要品种：磷酸盐，硼砂，氟硅酸钠等

掺量：0.1%-37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。

主要类型

松香类（用量最广），烷基磺酸盐，木质素磺酸盐，脂肪酸盐，石油磺酸盐等引气剂定义

在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封38掺量较小

水泥质量的0.003%-0.02%

影响因素

水泥：碱含量大，则引气效果差；

细掺料：

砂：细砂引气量大好

砂率：砂率高，引气量大

石子：卵石比碎石引气量大掺量较小

水泥质量的0.003%-0.02%

39促凝剂定义

能使混凝土或砂浆迅速凝结硬化的外加剂。

用途：主要用于喷射混凝土或砂浆。促凝剂定义

能使混凝土或砂浆迅速凝结硬化的外加剂。

40性能要求

可使混凝土在3－5min内初凝，10min内终凝；

较高的早期强度，后期强度不能降低太大；

使混凝土具有一定粘度，防止混凝土喷射时回弹过大；

尽量减小水灰比，防止收缩，提高混凝土抗渗性；

对钢筋无锈蚀作用。性能要求

可使混凝土在3－5min内初凝，10min内终凝；41主要类型

铝氧熟料（偏铝酸钠）＋碳酸盐＋生石灰；

铝氧熟料（偏铝酸钠）＋明矾石

水玻璃掺量

3％－5％

主要类型

铝氧熟料（偏铝酸钠）＋碳酸盐＋生石灰；

铝氧熟料（42膨胀剂定义

能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。

用途

配制补偿收缩混凝土、自应力混凝土以及防水。

膨胀剂定义

能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。

43主要类型

（1）、硫铝酸盐类

掺量：8％－10％，>12%可配制自应力混凝土

基本机理：生成钙矾石，产生膨胀。

（2）、石灰类

掺量：10％左右

基本机理：生石灰水化的体积膨胀主要类型

（1）、硫铝酸盐类

掺量：8％－10％，>12%可44（3）、其它类型

铁粉类：膨胀源为氧化铁。常用铁屑加氧化剂制成。氧化镁类：膨胀源为氧化镁。（3）、其它类型

铁粉类：膨胀源为氧化铁。常用铁屑加氧化剂制45对混凝土性能的影响

水化争水，流动性有所减小；

凝结时间提前；

泌水率略低；

含气量影响不大；

限制条件下强度无明显不利情况；

抗渗性得到提高；

抗冻性得到改善。对混凝土性能的影响

水化争水，流动性有所减小；

凝结时间提前46参考文献混凝土外加剂的原理与应用，陈建奎，中国计划出版社，1997混凝土外加剂，熊大玉混凝土外加剂应用基础，蒋亚清，化工出版社，2004参考文献混凝土外加剂的原理与应用，陈建奎，中国计划出版社，147混凝土外加剂选讲王栋民北京2005.12中国矿业大学（北京）混凝土外加剂选讲王栋民中国矿业大学（北京）48主要内容：历史脉络减水剂缓凝剂早强剂引气剂促凝剂膨胀剂主要内容：促凝剂49前言混凝土是迄今为止用量最大的人工材料，是建筑业的“粮食”

2000年达48亿立方米；外加剂掺量低而对混凝土性能影响巨大，混凝土六大组分不可或缺的组分；外加剂是现今商品混凝土中的“食盐”。前言混凝土是迄今为止用量最大的人工材料，是建筑业的“粮食”

50定义

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中，用以改善混凝土性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5％。定义

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中，用以改善混凝土性能的51混凝土外加剂的历史沿革蒙昧时代

古罗马时代：牛血、牛油、牛奶和尿，火山灰

秦代（公元前221年）：修建万里长城时就曾用糯米汁

宋代（公元1170年）：建筑和州城时曾用到糯米—石灰

明代：《天工开物》中记载用石灰1份加河砂2份，外加糯米、羊桃藤汁搅拌均匀制贮水池

混凝土外加剂的历史沿革蒙昧时代

古罗马时代：牛血、牛油、牛52近代：

1885年，氯化钙作为硬化调凝剂；

1895年，产生减水剂；

1910年，减水剂得到工业化；

1930s，美国应用了引气剂，并逐步得到推广；

1935年，MasterBuilder，“普浊里”，木质素磺酸钙，1937年美国，第一个减水剂专利近代：

1885年，氯化钙作为硬化调凝剂；

1895年，53现代

1950s我国引入前苏联松香皂化物，并得到一定应用。

1962年，服部健一等，萘磺酸盐甲醛缩合物。1964年日本花王石碱公司对此进行销售。

1963年，联邦德国研制成功三聚氰胺甲醛缩聚物。

1970s我国研制成功萘系减水剂。

1980s末期，日本触媒研制成功聚羧酸系减水剂。现代

1950s我国引入前苏联松香皂化物，并得到一定应用。54混凝土减水剂什么是减水剂(WaterReducingAgent)？

在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。

能大幅度减少用水量的外加剂为高效减水剂(HighRangeWaterReducingAgent)，i.e.超塑化剂(Superplasticizer)混凝土减水剂什么是减水剂(WaterReducingAg55减水剂的作用

a、同水灰比条件下增加混凝土的工作性，有利于施工；

b、同工作性条件下增加混凝土的强度和耐久性；

c、可以减少水泥用量，有利于环境保护；减水剂的作用

a、同水灰比条件下增加混凝土的工作性，有利于56减水剂的分类

普通减水剂：

木质素磺酸盐类（木钙、木钠、木镁）；

腐殖酸类

高效减水剂：

ß-萘磺酸盐甲醛缩合物（萘系）；

三聚氰胺甲醛缩合物（蜜胺系）；

氨基磺酸盐类；

脂肪族类；

共聚羧酸类（最新）。减水剂的分类

普通减水剂：

木质素磺酸盐类（木钙、木钠、木57各个减水剂的异同普通减水剂（木钙）：

减水率小，5％－8％，掺量0.2%-0.3%

引气量大，缓凝。高效减水剂：

减水率17％－25％，掺量0.7%-1.0%，几乎不引气不缓凝聚羧酸系：减水率30％以上，掺量0.1%-0.3%,有引气作用，缓凝各个减水剂的异同58合成

1、木质素磺酸盐：

原料来源于造纸废液

其组成复杂。

合成

1、木质素磺酸盐：

原料来源于造纸废液

其组成复杂。592、ß-萘磺酸盐甲醛缩合物

（1）磺化副反应：2、ß-萘磺酸盐甲醛缩合物

（1）磺化60（2）水解（2）水解61（3）缩合（3）缩合62（4）中和（4）中和633、三聚氰胺类

（1）单体的合成

3、三聚氰胺类

（1）单体的合成64（2）磺化（2）磺化65（3）缩合（3）缩合664、聚羧酸系4、聚羧酸系67作用机理

1、絮凝结构

包裹水水泥颗粒水泥颗粒电性质的不均一不规则形状作用机理

1、絮凝结构

包裹水水泥颗粒水泥颗粒电性质的不682、吸附与分散吸附的原因：超塑化剂为阴离子表面活性剂，水化初期水泥颗粒多呈正电性质，易静电吸引；范德华力；有报道称，超塑化剂参与水化，形成产物，有机矿物相；2、吸附与分散69分散：大量释放出包裹水流动性得到大大改善分散：大量释放出包裹水70减水剂的性能与评价

1、减水率（GB8076-1997)

是减水剂的最基本的性能，其优劣代表了减水剂的品质。现今多为20％－25％，聚羧酸系可达30％－40％。

2、流动性保持能力(JC473-2001)

是减水剂的基本性能，其优劣限制了减水剂的应用。减水剂的性能与评价

1、减水率（GB8076-1997)

713、含气量（GB8076-1997)

影响混凝土的强度。

含气量大则强度低。2％-5%。

4、凝结时间（GB8076-1997)

影响工程的施工进度。

凝结时间长则延长混凝土的拆模时间。3、含气量（GB8076-1997)

影响混凝土的强度725、抗压强度比（GB8076-1997)

影响混凝土材料的力学性能。

6、泌水率比（GB8076-1997)

影响混凝土均质性。5、抗压强度比（GB8076-1997)

737、收缩率（GB8076-1997)

影响混凝土的体积稳定性

8、相对耐久性（GB8076-1997)

对引气型减水剂设定。7、收缩率（GB8076-1997)749、钢筋锈蚀（GB8076-1997)

钢筋混凝土耐久性。9、钢筋锈蚀（GB8076-1997)

钢筋混凝土耐久性。75早强剂定义：

加速混凝土早期强度发展的外加剂。

分类

无机类：

硫酸盐类，氯盐，亚硝酸盐类，碳酸盐类。

有机类：

醇类，有机胺类，小分子羧酸类。早强剂定义：

加速混凝土早期强度发展的外加剂。

76无机类

1、氯化物

主要：氯化钙（常用），氯化钠，氯化钾，氯化锂，氯化铁，氯化铝等。

掺量：1％－2.5%

优点：价格低廉，性能好

劣处：腐蚀钢筋，后期强度有所降低。无机类

1、氯化物

主要：氯化钙（常用），氯化钠，氯化钾，氯772、硫酸盐

主要：硫酸钠（常用），硫酸钾，硫酸钙，硫酸镁，硫酸铁，硫代硫酸钠、明矾、硫酸铝等

掺量：1％－3％

优点：早期强度高，增加抗硫酸盐侵蚀能力

劣处：后期强度有所下降2、硫酸盐

主要：硫酸钠（常用），硫酸钾，硫酸钙，硫酸镁，硫783、有机类

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

掺量：0.01%-1%

优点：掺量低，早强效果明显。劣处：价格较高，后期强度有所下降。3、有机类

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

掺79缓凝剂定义

延长混凝土凝结时间的外加剂。

分类

糖类，多元醇及其衍生物，羟基羧酸类，无机盐类。缓凝剂定义

延长混凝土凝结时间的外加剂。

80糖类

主要品种：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸钙，庚糖等

常用：葡萄糖酸钠。

掺量：0.1%-0.3％

主要机理：羟基与羧基延缓了水泥的水化。糖类

主要品种：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸钙，庚糖等

常用81多元醇类

主要品种：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

掺量：0.05%-0.2%

极性基团的吸附使水化进程延缓。多元醇类

主要品种：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

掺量82羟基羧酸类

主要品种：柠檬酸（钠），葡萄糖酸（钠），酒石酸（钠），马来酸，水杨酸，苹果酸，琥珀酸。

掺量：0.05%-0.2%

主要机理：羟基与羧基吸附与晶核上，阻碍了结晶过程，延缓水化。羟基羧酸类

主要品种：柠檬酸（钠），葡萄糖酸（钠），酒石酸83无机类

主要品种：磷酸盐，硼砂，氟硅酸钠等

掺量：0.1%-2%

主要机理：螯合钙离子，抑制CH的结晶。无机类

主要品种：磷酸盐，硼砂，氟硅酸钠等

掺量：0.1%-84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。

主要类型

松香类（用量最广），烷基磺酸盐，木质素磺酸盐，脂肪酸盐，石油磺酸盐等引气剂定义

在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封85掺量较小

水泥质量的0.003%-0.02%

影响因素

水泥：碱含