混凝土外加劑及其應(yīng)用技術(shù)(.10)

1、混凝土外加劑及其應(yīng)用技術(shù)江蘇省建筑科學(xué)研究院江蘇博特新材料陸加越綱要 外加劑分類及功能 減水劑性能特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù) 常用混凝土外加劑介紹及應(yīng)用 外加劑與水泥適應(yīng)性檢測(cè) 外加劑應(yīng)用中注意事項(xiàng)一、外加劑分類及功能外加劑定義 外加劑定義（GB/T 80752005）一種在混凝土攪拌之前或拌制過(guò)程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。 礦物外加劑（GB/T 18736-2002）在混凝土攪拌過(guò)程中加入的、具有一定細(xì)度和活性的用于改善新拌和硬化混凝土性能（特別是耐久性能）的某些礦物類產(chǎn)品。 狹義一般是指摻量不大于水泥質(zhì)量5（特殊情況除外）的化學(xué)外加劑。 廣義化學(xué)外加劑和礦物外加劑混凝土

2、外加劑的分類 分類（按主要功能劃分） 改善流變性能：減水劑、泵送劑，增稠劑 調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間、硬化性能：速凝劑、緩凝劑、 早強(qiáng)劑、促凝劑 改善耐久性能：引氣劑、防水劑、阻銹劑 改善其它性能：膨脹劑、防凍劑、著色劑、 減縮劑、養(yǎng)護(hù)劑、脫模劑等外加劑的用途 改善新拌混凝土、砂漿、水泥漿的性能 改善混凝土的和易性，減少離析、泌水，減小坍損，改善可泵性； 縮短或延長(zhǎng)初凝時(shí)間。 改善硬化混凝土、砂漿、水泥漿的性能 提高強(qiáng)度、彈模； 減少收縮或補(bǔ)償收縮； 提高抗?jié)B、抗凍融、抗碳化能力； 抑制堿集料反應(yīng)。 獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益 減少單方水泥用量； 縮小構(gòu)筑物尺寸；混凝土中不可缺少的第五組分。二、減水劑性能特點(diǎn)及關(guān)

3、鍵技術(shù) 外加劑發(fā)展簡(jiǎn)史和分類1910年 疏水劑和塑化劑20世紀(jì)30年代 引氣劑20世紀(jì)50年代 木質(zhì)素類減水劑20世紀(jì)60年代 萘系減水劑20世紀(jì)60年代 密胺類減水劑第二代高效減水劑20世紀(jì)90年代 聚羧酸系減水劑第三代高性能減水劑第一代普通減水劑由于混凝土的迅速發(fā)展，各種外加劑蓬勃發(fā)展期 普通減水劑 主要品種： 木質(zhì)素磺酸鈣（木鈣：常用，產(chǎn)量最大，引氣量較大） 木質(zhì)素磺酸鈉（木鈉：常用） 木質(zhì)素磺酸鎂（木鎂：草漿制，減水率低，性能不穩(wěn)定，引氣量低） 木質(zhì)素磺酸銨（木銨：釋放氨氣，使用很少） 多元醇系 （糖鈣：蔗糖廠廢液制，也可做緩凝劑） 木鈣工藝流程：廢液中和發(fā)酵蒸餾脫糖過(guò)濾濃縮干燥成品木

4、質(zhì)素減水劑性能 目前市場(chǎng)減水劑中單獨(dú)使用木質(zhì)素類的已經(jīng)很少，幾乎都是與高效減水劑復(fù)合使用，比如與萘系、脂肪族等。產(chǎn)品性能特點(diǎn)： 一般摻量為水泥重量0.1%0.25%，減水率812%； 混凝土28d抗壓強(qiáng)度提高1020； 改進(jìn)型減水率有提高，能達(dá)到高效減水劑要求； 具有一定的引氣作用，減小泌水和離析； 具有一定的緩凝作用，降低水化放熱速率。普通減水劑應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)與其它外加劑的相容性：與某些高效減水劑復(fù)合配制溶液會(huì)產(chǎn)生沉淀；氯離子含量：使用紙漿廢液生產(chǎn)，部分廠家循環(huán)用水導(dǎo)致氯離子含量高；坍損較大：注意溫度和運(yùn)輸時(shí)間對(duì)坍損的影響；引氣作用：應(yīng)注意混凝土強(qiáng)度，必要時(shí)采取消泡措施降低含氣量；緩凝作用：宜

5、在最低氣溫5以上使用；與膠凝材料的適應(yīng)性：與某些工業(yè)副產(chǎn)品石膏調(diào)凝的水泥作用可能引起假凝或速凝，造成事故；養(yǎng)護(hù)：注意養(yǎng)護(hù)，防止失水過(guò)快影響強(qiáng)度發(fā)展，甚至形成裂縫。普通減水劑應(yīng)用范圍 普通混凝土 大體積混凝土 大壩混凝土 水工混凝土 泵送混凝土 主要用于配制強(qiáng)度等級(jí)不大于C30的混凝土，可用于現(xiàn)澆混凝土、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土，但是由于普通減水劑具有一定的引氣、緩凝作用，不宜單獨(dú)使用于蒸養(yǎng)混凝土。 高效減水劑 品種 萘系高效減水劑 蒽系高效減水劑 古馬隆系高效減水劑 三聚氰胺系高效減水劑 氨基磺酸鹽系高效減水劑 脂肪族高效減水劑煤焦油系萘系高效減水劑萘磺酸鹽甲醛縮合物（俗稱：FDN）萘系高效減

6、水劑 物理性能 外觀： 粉末：棕色；液體：深棕色或棕褐色； pH值： 79，隨放置時(shí)間延長(zhǎng)pH值逐漸降低； Na2SO4含量：高濃5，中濃10，低濃25 氯離子含量：與中和時(shí)所用的堿有關(guān)； 總堿量： 低濃16，高濃10； 表面張力： 與水接近，6572mN/m作用機(jī)理吸附分散 減水劑作用機(jī)理潤(rùn)滑潤(rùn)滑 減水劑極性親水基團(tuán)與氫鍵締合，在水泥顆粒表面形成溶劑化水膜，減小摩擦，起到潤(rùn)滑作用。水泥高效減水劑項(xiàng)目高效減水劑標(biāo)準(zhǔn)型HWR-S減水率/%14泌水率比/% 90含氣量/%3.0凝結(jié)時(shí)間之差/min初凝-90+120終凝抗壓強(qiáng)度比/%1d 1403d 1307d 12528d 120收縮率比/%，2

7、8d 135萘系高效減水劑優(yōu)點(diǎn)：減水率：1525引氣作用：不引氣，摻量高時(shí)含氣量略有增加；緩凝：幾乎沒(méi)有緩凝作用，早期強(qiáng)度較高；早強(qiáng)、增強(qiáng)；Cl含量低，對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕；缺點(diǎn)坍損較快；硫酸鈉含量高，必須按季節(jié)調(diào)整，否則結(jié)晶堵管收縮大，收縮率比120135；與水泥存在適應(yīng)性問(wèn)題萘系高效減水劑圖1 萘系對(duì)水泥水化溫升的影響圖2 萘系對(duì)水化水泥電阻率影響1. 萘系減水劑的摻入延緩、削弱水化放熱峰，且隨摻量增加作用增強(qiáng)。2. 萘系的摻入抑制水泥水化，延緩結(jié)構(gòu)生成，水泥漿體在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 保持塑性狀態(tài)，電阻率的增加被延緩。萘系對(duì)硬化混凝土性能的影響硬化混凝土氣泡結(jié)構(gòu) 延緩早期水化產(chǎn)物生長(zhǎng)，水化產(chǎn)物生長(zhǎng)更充分、

8、更完整，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密； 粗大毛細(xì)孔減少，孔結(jié)構(gòu)改善。力學(xué)性能鮑羅米公式：早強(qiáng)、增強(qiáng)，隨齡期增加抗壓強(qiáng)度比下降萘系對(duì)硬化混凝土性能的影響 收縮性能 水灰比不變，摻入萘系增加流動(dòng)性，對(duì)干縮率影響較小； 坍落度相同，降低用水量，增加干縮；P=2 /rP毛細(xì)管負(fù)壓 表面張力 r 半徑 坍落度、硬化混凝土強(qiáng)度相同，減少用水量和水泥用量，減小干縮； 耐久性能 提高混凝土抗凍、抗?jié)B、抗碳化能力萘系高效減水劑 使用注意事項(xiàng) 冬季結(jié)晶：堵管溫度（）010203040溶解度(g/100g水）4.99.119.540.848.8硫酸鈉在水中溶解度 超摻：提高保塑能力，凝結(jié)時(shí)間顯著延長(zhǎng) 復(fù)配：與其它組份的相容性好，

9、但不得與PCA復(fù)配萘系高效減水劑適用范圍 流態(tài)混凝土 泵送混凝土 蒸養(yǎng)混凝土 高強(qiáng)高性能混凝土 應(yīng)用技術(shù)成熟，是目前市場(chǎng)用量最大的產(chǎn)品。氨基磺酸鹽系高效減水劑氨基磺酸鹽系減水劑（又名：?jiǎn)苇h(huán)芳烴型高效減水劑）工藝：對(duì)氨基苯磺酸鈉、苯酚、甲醛為主要原料，在一定溫 度條件下經(jīng)反應(yīng)縮合而成的一種外加劑。氨基磺酸鹽系高效減水劑物理性能 外觀： 棕紅色液體或棕色粉末； 固含量: 3040； pH值： 1； Cl含量：； 總堿量（折固）：1214 Na2SO4含量（折固）：68氨基磺酸鹽系高效減水劑表面吸附狀態(tài)萘系、三聚氰胺橫臥吸附MAS齒狀吸附MAS呈立體吸附，具有空間位阻效應(yīng)，保坍性能較萘系好。氨基磺酸

10、鹽系高效減水劑觸發(fā)點(diǎn)：以上氨基磺酸鹽系高效減水劑MAS()、JM-C水泥凈漿流動(dòng)度比較氨基磺酸鹽系高效減水劑MAS()、JM-C減水率比較氨基磺酸鹽系高效減水劑編號(hào)外加劑有效摻量減水率含氣量泌水率初凝20終凝20R3MPaR7MPaR28MPa1基準(zhǔn)/2.97.744h457h1519.426.641.62JM-C0.415.73.67.005h157h2531.916439.414848.23JM-C0.519.83.24.755h427h2530.615842.756.44MAS()0.213.03.03.775h107h4029.815434.613047.65MAS()0.317.52

11、.93.655h508h1532.616835.613456.96MAS()0.419.42.64.706h158h1034.517843.716457.37MAS()0.522.02.64.286h159h2034.317741.115454.0JM-C、MAS()性能對(duì)比氨基磺酸鹽系高效減水劑優(yōu)點(diǎn) 減水率高，最高可達(dá)30； 保塑性能好 不引氣缺點(diǎn) 飽和點(diǎn)摻量敏感 過(guò)摻后易泌水 與金屬離子螯合，混凝土表面變色 價(jià)格高與萘系復(fù)配使用，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)氨基磺酸鹽系高效減水劑 適用范圍 自流平混凝土 高強(qiáng)混凝土 泵送混凝土總體來(lái)說(shuō)，目前市場(chǎng)上氨基產(chǎn)品較少，少量出現(xiàn)的產(chǎn)品主要為氨基與其它減水劑復(fù)配產(chǎn)品。脂肪

12、族高效減水劑脂肪族羥基磺酸鹽系減水劑（又名：酮醛縮合物）工藝：采用丙酮、甲醛、亞硫酸鈉（或焦亞硫酸鈉）為主要原料，在適當(dāng)?shù)臈l件下通過(guò)碳負(fù)離子的產(chǎn)生而縮合成脂肪族高分子鏈，并通過(guò)亞硫酸鈉對(duì)羰基的加成在分子鏈中引入親水的磺酸基。物理性能 外觀：紅棕色液體，有一定粘度 固含量： 3040 pH值： 1214 Cl含量（折固）：0.2% Na2SO4含量（折固）：48MPa 耐久性：電通量F300關(guān)鍵技術(shù)之四：超早強(qiáng)技術(shù)超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑的研制（申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)）分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：接枝早強(qiáng)功能的基團(tuán)；增加側(cè)鏈長(zhǎng)度早強(qiáng)基團(tuán)早強(qiáng)功能吸附和分散作用減水功能延長(zhǎng)早強(qiáng)官能團(tuán)的作用時(shí)間早期水化加快，凝結(jié)時(shí)間提前

13、（a）水化熱流值 （b）水化熱值關(guān)鍵技術(shù)之四：超早強(qiáng)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)之五：微結(jié)構(gòu)調(diào)控措施之一：減縮、抗裂（獲國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)）同一分子中帶有長(zhǎng)支鏈提供分散、短鏈提供減縮功能_Side chain (SRA)Long side chain 采用優(yōu)化粒徑、空隙和減縮劑的綜合措施早期收縮凝縮1d自干燥收縮 同萘系相比凝縮下降了43% ，復(fù)摻減縮劑時(shí)下降了44%； 同萘系相比1d自干燥收縮下降了50% ，復(fù)摻減縮劑時(shí)下降了54% 。 關(guān)鍵技術(shù)之五：微結(jié)構(gòu)調(diào)控聚羧酸使用注意事項(xiàng) PCA不得與萘系復(fù)配使用，切忌！ PCA與其它外加劑的相容性較差，復(fù)配可能出現(xiàn)沉淀、分層、變質(zhì)等現(xiàn)象，必須提前試驗(yàn)； PCA需要引

14、氣時(shí)，引氣劑摻量比萘系等高效減水劑低很多，且注意攪拌方式、攪拌時(shí)間對(duì)含氣量的影響； 在夏季減水率略高于冬季，保坍能力略有降低； 冬季低溫下PCA減水率初始釋放緩慢，初始流動(dòng)度小，30min內(nèi)明顯增長(zhǎng)，表現(xiàn)為流動(dòng)性滯后增長(zhǎng)；可適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間、提高混凝土拌合溫度、降低PCA的保塑性等方式緩解或徹底解決。聚羧酸使用注意事項(xiàng)PCA摻量低于0.15%時(shí)，保坍性能有所下降，或混凝土配合比比較特殊而對(duì)保坍性能要求較高時(shí)，可通過(guò)生產(chǎn)廠家技術(shù)人員調(diào)整分子結(jié)構(gòu)適當(dāng)降低減水率增加保坍性能（鄭州國(guó)展）；常用摻量（水劑）為水泥重量的1.2%，配制超高強(qiáng)砼時(shí)，摻量可提高到1.8%；PCA較萘系等減水劑對(duì)砂、石的含泥量更

15、為敏感，表現(xiàn)為減水率低、保塑性變差等現(xiàn)象；凈漿試驗(yàn)時(shí)，PCA尤其是保坍型PCA初始凈漿流動(dòng)度小甚至無(wú)流動(dòng)性，1h后增加很大，凈漿流動(dòng)度與混凝土減水率沒(méi)有明顯的相關(guān)性；三、常用混凝土外加劑介紹及應(yīng)用調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間、硬化性能外加劑主要品種 緩凝劑 早強(qiáng)劑 速凝劑 緩凝劑定義： 能夠延長(zhǎng)混凝土或砂漿初、終凝時(shí)間的外加劑。適用范圍： 高溫施工混凝土、大體積混凝土、商品混凝土等。緩凝劑作用機(jī)理1. 吸附理論 緩凝劑在未水化水泥顆粒吸附或在已水化相上吸附形成緩凝劑膜層，阻止水的浸入，從而延緩了C3S和C3A的水化。2. 絡(luò)鹽理論 與液相中Ca2+形成絡(luò)合物膜層，延緩水泥水化。3. 沉淀理論 無(wú)機(jī)緩凝劑在水泥

16、顆粒表面與水泥中組分生成不溶性緩凝劑鹽層，阻礙水化反應(yīng)進(jìn)行。4. 成核生成抑制理論 緩凝劑吸附在Ca(OH)2晶核上，抑制它繼續(xù)生長(zhǎng)，達(dá)到緩凝效果。 幾種理論均有局限性。 緩凝劑緩凝劑對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的延緩程度，取決于所用緩凝劑的類型及摻量、水泥的品種及用量、摻合料、水灰比、環(huán)境溫度、摻加順序等因素。緩凝劑對(duì)硬化混凝土早期有所降低，后期有增加，收縮輕微增加。超長(zhǎng)緩凝時(shí)對(duì)混凝土早期、后期強(qiáng)度均有影響，須提高設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)。超摻可能導(dǎo)致永久性不凝。 早強(qiáng)劑定義：可加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。主要品種： 無(wú)機(jī)鹽類早強(qiáng)劑（氯鹽、硫酸鹽等） 有機(jī)物類早強(qiáng)劑 復(fù)合早強(qiáng)劑 （無(wú)機(jī)、有機(jī)復(fù)合） 小結(jié)無(wú)機(jī)鹽早強(qiáng)劑

17、降低混凝土新拌性能；一般沒(méi)有引氣作用，降低混凝土泌水；醇胺對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響不明確，無(wú)機(jī)鹽類較高摻量促凝；混凝土收縮、徐變?cè)龃?；引入大量的堿，容易導(dǎo)致堿-集料反應(yīng)；冬季低溫或養(yǎng)護(hù)不好的情況下，表面泛霜，影響外觀；與礦物摻合料同時(shí)使用時(shí)，早強(qiáng)作用優(yōu)于普通水泥混凝土；氯鹽類嚴(yán)禁用于預(yù)應(yīng)力、大體積混凝土以及經(jīng)常蒸養(yǎng)的鋼筋混凝土預(yù)制件速凝劑定義 速凝劑是使水泥混凝土快速凝結(jié)硬化的外加劑。速凝機(jī)理生成水化鋁酸鈣而速凝大量生成鈣礬石導(dǎo)致速凝形成水化鋁酸鈣骨架并促進(jìn)C3S水化導(dǎo)致速凝其他作用機(jī)理應(yīng)用范圍地鐵工程、地下隧道、水工涵洞等工程的初期支護(hù)和最終襯砌廠房、煙囪等修復(fù)和加固道路、堤壩、住宅邊坡工程及各種地基

18、工程速凝劑注意事項(xiàng)充分注意對(duì)不同水泥的適應(yīng)性；必須根據(jù)試驗(yàn)確定速凝劑用量；根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁剡M(jìn)行調(diào)整摻量，一般氣溫低增加摻量，氣溫升高降低摻量；注意控制水膠比在，不能過(guò)大；干燥收縮值大，需要注意濕養(yǎng)護(hù)，防止干裂；檢測(cè)時(shí)注意攪拌方式、水泥的存放時(shí)間、速凝劑的加入方式。引氣劑定義：在攪拌混凝土過(guò)程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。品種：松香類引氣劑皂苷類引氣劑其他類型引氣劑應(yīng)用范圍： 廣泛應(yīng)用于具有抗凍要求的混凝土和高性能混凝土中。引氣劑含氣量對(duì)新拌性能的影響能夠提高流動(dòng)性降低混凝土泌水，避免離析含氣量對(duì)硬化性能的影響優(yōu)質(zhì)引氣劑可以提高混凝土抗?jié)B性能在一定的含氣量范圍，混凝土強(qiáng)度有一定的降低大幅度提高混凝土的抗凍融性能提高混凝土抗碳化能力降低混凝土的彈性模量干縮稍有增加引氣劑 區(qū)別 引氣劑 在攪拌過(guò)程過(guò)程中產(chǎn)生； 不與水泥等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 主要用于抗凍、抗?jié)B等有耐久性要求的混凝土 加氣劑 本身與水泥等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體； 主要用于輕質(zhì)保溫材料 膨脹劑定義： 膨脹劑是一種在水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中使混凝土（包括砂漿及水泥凈漿）產(chǎn)生可控制的膨脹以減少收縮的外加劑。品種： 硫鋁酸鈣類膨脹劑 氧化鎂膨脹劑 石灰系膨脹劑 鐵粉系膨脹劑