《建筑材料》课件-4.6混凝土的外加剂

混凝土的外加剂PART

061.减水剂2.引气剂4.维勃稠度法3.缓凝剂5.特种外加剂混凝土是土木、建筑、水利以及许多工程中使用得十分广泛的材料，随着科学技术的不断发展，对混凝土的各方面性能就会不断地提出各种新的要求。如何满足这些要求，可以采用多种途径，而使用混凝土外加剂则是其中一种效果显著、使用方便、经济合理的手段。外加剂概述特别是在重点工程中，要求混凝土具有良好的耐久性，使用寿命为100年，必须按高性能混凝土的要求施工，因此，配制高性能混凝土所需的高效减水剂更是必不可少的。目前，混凝土外加剂已逐渐成为混凝土中除砂、石、水泥和水之外必不可少的第五组分材料。

外加剂在国民经济建设

和混凝土技术发展中的重要作用品种较多，功能各异，提高和改善混凝土各项性能。外加剂新品种和应用技术迅速发展，促进了混凝土施工新技术的发展，在保证顺利施工和控制质量方面功效巨大。满足工程耐久性要求的最佳、最有效、最易行的途径之一。1．改善混凝土性能，促进了施工技术革命金茂大厦

通过应用泵送剂和泵送技术将混凝土一泵到顶。三峡大坝:以百年耐久性设计为目标的举世瞩目的工程，使用缓凝高效减水剂、泵送剂、引气剂等。青藏铁路：自然条件严酷的青藏铁路顺利施工，使用了引气剂、减水剂、防冻剂等。杭州湾跨海大桥:当时世界最长的跨海大桥造桥史上的丰碑，使用了聚羧酸系高性能减水剂等。外加剂——优质工程必不可少的新材料高难混凝土技术的实现都离不开混凝土外加剂；几乎所有重要的混凝土工程、所有的混凝土搅拌站均使用各类外加剂。2．节约资源，保护环境外加剂促进了工业副产品（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、钢渣等）的应用；节约水泥10~15%，即少用20~45kg/m3，一个工程可以节约成千上万吨的水泥。卢沟桥畔300万t钢渣堆场木质素磺酸盐减水剂环保作用每生产1吨木质素磺酸盐减水剂可以消纳2.5吨造纸废液（浓度40%）避免了废液直接排入江河中造成环境污染在取得良好经济效益的同时，为保护环境做出了突出的贡献。思考题在夏季高温季节，搅拌站商品混凝土经约1.5h的车程运输用于浇注隧道混凝土，需使用哪些外加剂？现需浇注东北地区一海工桥梁桩基混凝土，如何合理使用外加剂以提高混凝土耐久性？外加剂的定义：狭义：一般是指掺量不大于水泥质量5％（特殊情况除外）的化学外加剂。广义：化学外加剂和矿物外加剂外加剂定义（《混凝土外加剂术语》GB/T8075－2017）：

混凝土外加剂是混凝土中除胶凝材料、骨料、水和纤维组分以外，在混凝土拌制之前或拌制过程中加入的，用以改善新拌混凝土和(或)硬化混凝土性能，对人、生物及环境安全无有害影响的材料。其掺量不大于水泥质量5％（特殊情况除外）。矿物外加剂（GB/T18736-2017）

矿物外加剂是在混凝土搅拌过程中加入的、具有一定细度和活性的用于改善新拌和硬化混凝土性能（特别是耐久性能）的某些矿物类产品。

粉煤灰磨细的矿渣混凝土外加剂的分类（按主要功能划分）改善流变性能:减水剂、泵送剂，增稠剂；调节凝结时间、硬化性能:速凝剂、缓凝剂、早强剂、促凝剂；改善耐久性:引气剂、防水剂、阻锈剂；改善其它性能:膨胀剂、防冻剂、着色剂、减缩剂、养护剂、脱模剂等。改善新拌混凝土、砂浆、水泥浆的性能改善混凝土的和易性，减少离析、泌水，减小坍损，改善可泵性；缩短或延长初凝时间。外加剂的用途改善硬化混凝土力学、耐久性能

提高强度、弹模；减少收缩或补偿收缩；提高抗渗、抗冻融、抗碳化能力；抑制碱集料反应。获得良好的经济效益

减少单方水泥用量；缩小构筑物尺寸。混凝土外加剂主要执行标准GB8076-2008《混凝土外加剂》JG/T223-2017《聚羧酸高性能减水剂》GB8075-2017《混凝土外加剂定义、分类、命名与术语》GB8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》工程上常用的混凝土外加剂主要有：减水剂早强剂缓凝剂引气剂防冻剂速凝剂膨胀剂等1.减水剂

普通减水剂（第一代）在混凝土坍落度基本相同的条件下，能够减少拌和用水量的外加剂。（WR≥8%）高效减水剂（第二代）在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。（WR≥14%）高性能减水剂（第三代）比高效减水剂具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩，且具有一定引气性能的减水剂。（WR≥25%）

1）增加流动性。W,W/B=定值，坍落度可增大100～200mm，明显提高混凝土流动性，且不影响混凝土的强度。泵送混凝土或其他大流动性混凝土均需掺入高级减水剂。1.减水剂的技术经济效果2）提高混凝土强度

B,流动性定值，可减少拌和水量10％～15％，从而降低水灰比，使混凝土强度提高15％～20％，特别是早期强度提高更为显著。3）节约水泥 流动性,W/B=定值，可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10％～15％。掺人高效减水剂是制备早强、高强、高性能混凝土的技术措施之一4）改善混凝土的耐久性

由于减水剂的掺入，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低40％～80％，从而可提高抗渗、抗冻、耐化学腐蚀及防锈蚀等能力。

此外，还可以改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度和防止因内外温差而引起的裂缝。配制特种混凝土。

（1）普通减水剂木质素磺酸盐：造纸废液经适当处理得到的产品，兼有减水、引气、缓凝功能。糖钙:制糖工业副产品——废蜜与石灰乳制成的产品。兼有减水、缓凝功能。2.减水剂的类型木质素磺酸盐糖钙掺量0.1%~0.3%0.1%~0.3%减水率8%~14%5%~8%含气量增加2~5%增加1~2%缓凝延长2~4h延长3~10h泌水性能减小泌水减小泌水抗压强度比105~120%100~110%其它遇硬石膏做调凝剂的水泥，可能产生假凝；超掺时严重缓凝，可能不凝；

目前市场减水剂中已很少单独使用普通减水剂，一般与高效减水剂复合使用。普通减水剂应用范围应用范围（1）普通混凝土（2）大体积混凝土（3）大坝混凝土（4）水工混凝土（5）泵送混凝土等

主要用于配制强度等级不大于C30的混凝土，可用于现浇混凝土，钢筋混凝土及预应力混凝土，但是由于普通减水剂具有一定的引气、缓凝作用，不宜单独使用于蒸养混凝土。大体积混凝土碾压混凝土

主要品种1.萘系高效减水剂（使用量最广，减水率较高）2.蒽系高效减水剂（用量少，价格便宜）3.三聚氰胺系高效减水剂（减水增强效果好，价格较高）4.氨基磺酸盐系高效减水剂（减水率高，保坍较好）5.脂肪族高效减水剂（减水率较高，保坍一般）（2）高效减水剂萘系粉剂萘系水剂产品性能特点减水率：18%～25%，甚至更高；引气：几乎不引气，掺量高时含气量增加；缓凝：无缓凝；强度：早期强度高，28d强度提高20~40％；坍损：采用超掺法，或混凝土浇筑前添加效果较好；与缓凝剂复配是减小坍损的经典方法。萘系高效减水剂应用范围：（1）流态混凝土（2）泵送混凝土（3）蒸养混凝土（4）高强高性能混凝土仍是目前市场用量最大的产品，应用技术成熟。萘系高效减水剂聚羧酸系高性能减水剂（PCA/PC)大减水低收缩优良保坍有害离子含量低分子可调（3）高性能减水剂基本性能对比高性能减水剂应用范围

高流态高保坍高强、超高强混凝土上海环球金融中心（世界第三高楼）

保坍剂是能够保持混凝土坍落度不快速损失的外加剂，保坍剂实质上是缓凝剂，延缓水泥水化凝结，达到保持坍落度的作用。2.引气剂引气剂定义：

引气剂是指掺入混凝土拌和物后，经搅拌能在混凝土拌和物中引人大量分布均匀的微小气泡，以改善其工作性，并在混凝土硬化后能保留微小气泡以改善其抗冻融耐久性的物质。1）显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。这些封闭气泡不仅自身不透水，还能切断混凝土中的渗水通道，显著提高混凝土的抗渗性。这些气泡使硬化后的混凝土具有较大的弹性，对胀缩变形所产生的力具有一定的缓冲作用，因而对抗冻、抗温度变形十分有利。1.引气剂的效果2）降低强度。由于气泡的存在，使混凝土的强度有所降低，含气量越大,强度下降越多。一般孔隙每增加1%，混凝土强度下降3%-5%，虽然由于减水可使强度损失得到一此补偿，但引气量绝不能过大，即引气剂掺加量必须严格控制。

掺量：

通常为水泥质量的0.002％~0.01％，掺入后可使混凝土拌合物中引气量达到3％~5％。

牺牲少量强度来大幅度提高混凝土耐久性或使用寿命是值得的，损失的强度通过其它技术得到弥补。另外，引气剂使混凝土成本增加很小，带来许多施工便利，那么混凝土结构的综合成本只会降低。3）改善混凝土拌合物和易性

这些气泡在搅拌、浇捣时起润滑作用，它如同滚珠，使拌合物颗粒间摩擦阻力减小，流动性明显提高，且具有较好的黏聚性和保水性。若保持流动性不变，可减少水量。

2.引气剂的类型（1）松香树脂类：松香热聚物、松香皂类等。（2）烷基和烷基芳烃磺酸盐类:烷基苯磺酸钠（ABS）和烷基磺酸钠（AS）等。（3）脂肪酸和树脂酸及其盐类引气剂。（4）皂甙类:三萜皂甙等。（5）其他:蛋白质盐、石油磺酸盐等。可用于：（大坝、堤防、桥梁、公路、严寒地区建筑）抗冻混凝土抗渗混凝土贫混凝土轻混凝土等不宜用于：蒸养混凝土预应力混凝土。3.引气剂的应用4.引气剂发展：

复合型高效引气剂及高性能引气减水剂。

配制泵送剂、防冻剂等多功能复合外加剂。3.缓凝剂混凝土的外加剂缓凝剂定义：缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间,并对其后期强度无不良影响的外加剂。缓凝剂的加入会显著延长混凝土在塑性状态下的凝结时间，从而使得混凝土有较长的时间可以用于输送、浇筑及最后加工。主要品种:

无机缓凝剂和有机缓凝剂两大类。1.缓凝剂的作用（1）可以延缓混凝土的初、终凝时间，从而影响混凝土的早期强度；（2）可以抑制水化放热速度，减慢放热速率并降低热峰，从而防止混凝土早期温度裂缝的出现，这一点对于大体积混凝土特别有利；（3）能降低新拌混凝土坍落度的经时损失。（1）无机盐类缓凝剂

1）磷酸盐、偏磷酸盐类：

如Na3PO₄、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠等，这类缓凝剂能在水泥颗粒表面形成一层难溶性的薄膜，起抑制水泥水化的作用。此类缓凝剂性价比高，在混凝土中常用掺量为0.1%左右‌。2.缓凝剂的类型2）锌盐及其他金属盐：如氯化锌、硫酸锌、碳酸锌、硝酸锌等，也具有一定的缓凝作用，但由于缓凝作用不稳定，因此不常使用。常用掺量为水泥用量的0.1%～0.2%。3）其他无机化合物：如氯化锌、硫酸锌、碳酸锌、硝酸锌等，也具有一定的缓凝作用，但由于缓凝作用不稳定，因此不常使用。

（2）有机缓凝剂

①羟基羧酸及其盐如酒石酸、酒石酸甲钠、柠檬酸、水杨酸等，这类缓凝剂不仅具有缓凝作用，还可能使混凝土混合料的流动性增大，掺量范围为0.05%~0.2%，根据不同使用温度下对缓凝时间的要求来定。

②糖类

包括葡萄糖、蔗糖、糖蜜等，缓凝作用机理同羟基羧酸盐。糖类化合物掺量范围为0.1%~0.3%。掺量过大如蔗糖掺量达到4%反而会引起促凝作用。糖类化合物因属价廉、含丰富的天然化合物而被广泛采用。③多元醇及其衍生物类丙三醇（甘油）、聚乙烯醇、山梨醇、甘露醇等，其中丙三醇可以缓凝到全部停止水化。此类缓凝剂掺量范围为0.05%~0.2%，作用较为稳定，特别是在使用温度变化时有较好的稳定性。适用范围：大体积混凝土、炎热季节施工的混凝土，以及需长时间停放或长距离运输的混凝土等。4.早强剂定义：早强剂是指能明显提高混凝土早期强度，对后期强度无不利影响的外加剂。一、主要品种

无机盐类早强剂有机物类早强剂复合早强剂

早强剂类型常用的品种特性无机盐类氯化物氯化钙、氯化钠等效果好，除提高混凝土早期强度外，还有促凝、防冻效果，价低，使用方便。但会使钢筋锈蚀，掺量需控制。硫酸盐硫酸钠、硫酸钙等早强效果好，对钢筋无锈蚀作用，但掺量过多会导致混凝土后期性能变差，多为复合使用。碳酸盐碳酸钙等使用简单，显著提高混凝土的早期强度和耐久性。（亚）硝酸盐（亚）硝酸钠、（亚）硝酸钙等硝酸盐早强剂能够显著提高混凝土的早期强度，亚硝酸盐常与氯化物系早强剂复合使用，以减轻其对钢筋的锈蚀作用。有机物类醇类、醇胺类甲醇、乙醇、三乙醇胺等显著提高混凝土的早期强度、具有较低的毒性和环境污染性。其他如甲酸钙、乙酸钠能够显著提高混凝土的早期强度、有环保、无污染等。复合型三乙醇胺与氯化钙复合等具有比单一组分更好的早强效果和一定的后期增强作用1.无机盐类早强剂

常用产品：

氯盐

硫酸盐

硝酸盐及亚硝酸盐

碳酸盐

其中最常用的就是氯盐和硫酸盐。（1）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。

其适宜掺量——为水泥质量的0.5%～1.0%，

能使混凝土3d强度提高50％～100％，7d强度提高20％～40％，同时能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻；

掺量不宜过多，否则会引起水泥速凝，不利于施工。还会加大混凝土的收缩。

缺点——采用氯化钙作早强剂，最大的缺点是含有Cl一离子，会使钢筋锈蚀，并导致混凝土开裂。

为了抑制氯化钙对钢筋的锈蚀作用，常将氯化钙与阻锈剂亚硝酸钠（NaNO2）复合使用；

在钢筋混凝土中，氯化钙的掺量不得超过水泥质量的1％，在无筋混凝土中掺量不得超过3％。下列情况下禁用预应力混凝土相对湿度大于80%，露天及经常淋雨、受水流冲刷的结构大体积混凝土直接接触酸碱或其他侵蚀介质的结构处于60℃以上结构，需要经常蒸养的钢筋混凝土预制件有外观质量要求的混凝土薄壁结构骨料具有活性的混凝土结构氯盐早强剂

主要有——硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝、硫酸铝钾等，其中硫酸钠应用较多。

硫酸钠分无水硫酸钠(白色粉末)和有水硫酸钠(白色晶粒)。

一般掺量为0.5%～2.0%，掺量1%～1.5%时，达到混凝土设计强度70％的时间可缩短一半左右.（2）硫酸盐早强剂

硫酸钠对钢筋无锈蚀作用，适用于不允许掺用氯盐的混凝土。但由于它与Ca(OH)2作用生成强碱NaOH，为防止碱一骨料反应，硫酸钠严禁用于含有活性骨料的混凝土。硫酸盐产品性能特点：早强作用明显，后期强度会有下降不导致钢筋锈蚀与矿物掺合料同时使用时，早强作用优于普通水泥混凝土提高抗硫酸盐侵蚀性能增加混凝土收缩（3）硝酸盐和亚硝酸盐早强剂

硝酸盐早强剂能够显著提高混凝土的早期强度，亚硝酸盐常与氯化物系早强剂复合使用，以减轻其对钢筋的锈蚀作用。（4）碳酸盐类早强剂

使用简单，显著提高混凝土的早期强度和耐久性。

2.有机物类早强剂常用产品甲醇、乙醇、三乙醇胺、二乙醇胺甲酸钙乙酸钠等

有机物类早强剂——醇胺产品性能特点对钢筋无锈蚀作用掺量小，一般为0.02～0.05％，低温早强好，具有一定的后期增强效果对掺量敏感正常掺量范围内对凝结时间影响小，无促凝效果与水泥存在适应性问题，掺量大于0.1％对凝结时间影响不明确（速凝or严重缓凝）常用产品：三乙醇胺-硫酸盐复合早强剂、三乙醇胺-氯盐复合早强剂无机盐复合早强剂。3.复合型早强剂二、应用范围

早强剂适用于蒸养混凝土、预应力混凝土、常温、低温和负温（最低气温）条件下施工的有早强或防冻要求的混凝土，但不宜单独用于在以下施工且有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。

由于氯盐类早强剂会引起混凝土中的钢筋锈蚀，在大部分钢筋混凝土工程限制使用氯盐类早强剂。在有耐久性要求或其他特殊要求的混凝土中，使用早强剂时应通过试验确定。5.特种外加剂定义：膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土（包括砂浆及水泥净浆）产生可控制的膨胀以减少收缩的外加剂。种类：硫铝酸钙类膨胀剂氧化镁膨胀剂石灰系膨胀剂1.膨胀剂应用范围：广泛用于有抗裂防渗要求的混凝土中。后浇带游泳池隧道定义：能降低混凝土在静水压力下的