混凝土化學(xué)外加劑

砼化學(xué)外加劑

——軌道交通質(zhì)量培訓(xùn)班2024/3/82教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求（了解）表面活性劑的作用與應(yīng)用。（熟悉）砼化學(xué)外加劑的定義、作用和分類。（了解）減水劑、引氣劑、早強劑的主要功能、作用機理、技術(shù)性質(zhì)以及常用品種。（掌握）高效減水劑的減水機理和優(yōu)劣作用效果。

思考題試述聚羧酸系高效減水劑在砼中的減水機理和技術(shù)經(jīng)濟效益?；瘜W(xué)成分不同的減水劑的性能與作用有何差異？2024/3/83定義

工程結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)的發(fā)展對砼性能不斷提出新要求。為此需采用外加材料來改善砼的性能。按在砼拌合物中的摻量，外加材料分外加劑和摻合料兩類。砼外加劑：摻量≯水泥質(zhì)量的5%（特殊情況除外），在配合比設(shè)計時，不考慮其對砼體積或質(zhì)量的影響。利用外加劑使砼獲得所需性能，是砼發(fā)展的重要途徑之一。外加劑摻量雖小，但改性效果顯著，已成為砼除水泥、水、砂、石子以外的第五組分。2024/3/84常具有多種功能或可使某項性能得到顯著改善外加劑在砼中所起作用的主要功能化學(xué)成分改善砼流變性能調(diào)節(jié)砼凝結(jié)時間、硬化性能改善砼耐久性提供砼特殊性能有機物無機物復(fù)合圖1外加劑的分類減水劑引氣劑泵送劑等緩凝劑速凝劑早強劑等防水劑阻銹劑抗凍劑引氣劑等加氣劑膨脹劑著色劑泡沫劑粘結(jié)劑等多為各種表面活性劑包括金屬單質(zhì)、氧化物及無機鹽類適當(dāng)有機物與無機物復(fù)合制成2024/3/85

表面活性劑表面活性劑具有表面活性作用的物質(zhì)。有些物質(zhì)能溶于水，并從溶液中向界面富集，在液-氣與液-固界面上產(chǎn)生定向排列，形成單分子吸附膜層。由于改變了液、固、氣相的表面受力情況和表面能，從而顯著降低了水的表面張力以及水與其它液相或固相之間的界面張力——表面活性。定義與作用2024/3/86表面活性劑分子構(gòu)成兩部分：親水基團

極性基團，以羥基、羧酸鹽基、磺酸鹽基、胺基等為代表性原子團，易溶于水，難溶于油，對水等極性分子具有較強的親和力；憎水基團

非極性基團，以脂肪烴、芳香烴等為代表性原子團，難溶于水，溶于油，對空氣、油等非極性分子具有較強的親和力。不同類型界面上，表面活性劑形成不同類型吸附層。2024/3/87圖2表面活性劑的分子模型

圖3表面活性劑分子的吸附定向排列2024/3/88表面活性劑的類型親水基團的親水性較強而憎水基團的憎水性較弱的，為親水性（水溶性）表面活性劑；反之為憎水性表面活性劑。親水性表面活性劑根據(jù)其親水基團在水溶液中離解與否，以及離解出的離子不同，又分為：陰離子型

親水基端能離解出正離子，使親水基團帶負電。各類磺酸鹽。陽離子型

親水基端能離解出負離子，使親水基團帶正電。兩性離子型

親水基端既能離解出正離子，又能離解出負離子，具有兩個親水基團。非離子型

親水基團不離解出離子，但本身具有極性，能吸附水分子，起親水基作用。多羥基碳水化合物。2024/3/89砼常用的有機物外加劑多屬親水性表面活性劑（陰離子型的為主），及部分非離子型的。水泥砼中摻入表面活性劑后，水泥的水化反應(yīng)未改變，也未發(fā)現(xiàn)新的水化產(chǎn)物。表面活性劑主要起濕潤、乳化、分散、起泡、潤滑等物理化學(xué)作用，改變水泥漿體的物理化學(xué)性質(zhì)。2024/3/810表面活性作用與濃度的關(guān)系

表面張力的變化與液-氣界面吸附的溶質(zhì)濃度有關(guān)。由右圖可知，水溶液表面張力隨著表面活性劑濃度的增加，開始時急劇下降，濃度增加到一定程度時表面張力保持基本恒定。圖4表面活性劑濃度與水溶液表面張力的關(guān)系

2024/3/811圖5

表面活性劑的濃度變化情況2024/3/812圖5（a）是稀溶液，表面活性劑隨用量增大很快聚集到水面，減小了水和空氣的接觸面，使表面張力按比例迅速降低；圖5（b）是臨界膠束溶液，水面聚集了足量表面活性劑，毫無間隙地密布于液面上形成單分子膜層，使空氣與水之間隔絕——圖4中表面張力曲線停止下降部分。圖5（c）是大于臨界膠束溶液，表面活性劑用量的增加，只能使其各自以幾十或幾百個聚集成球狀膠束?？諝馀c水的接觸界面不再縮小，表面張力也就不再降低。

——表面活性劑存在最佳摻量，通過試驗獲得。2024/3/813聚合物分子量大小對外加劑作用的影響單體或聚合度較低的高分子主要表現(xiàn)為降低表面張力，具有引氣和分散作用；相對分子質(zhì)量為1500-15000的聚合物主要表現(xiàn)為吸附、分散潤滑、電性保護等減水作用——砼高效減水劑；相對分子量大于15000的聚合物主要表現(xiàn)為保水；分子量太大的不適合用作砼外加劑。2024/3/814減水劑

最常用！在保持新拌砼和易性及水泥用量不變條件下，顯著降低用水量、提高砼強度。在和易性及強度不變條件下，節(jié)約水泥用量。2024/3/815引氣減水劑普通減水劑（塑化劑）高效減水劑（超塑化劑、流化劑）≥5%≥10%早強減水劑減水劑減水率對砼的作用緩凝減水劑減水率——在砂石骨料不變的條件下，保持砼流動性及水泥用量不變時，摻外加劑的砼用水量較不摻外加劑的基準砼用水量減少的百分率我國水泥產(chǎn)量、用量居世界首位，高效減水劑年使用量達100萬t以上2024/3/816減水劑的作用機理減水劑的研究意義

水泥加水拌合時，由于水泥顆粒間分子凝聚力的作用，水泥漿形成絮凝結(jié)構(gòu)，將10%-30%的自由水包裹其中，嚴重降低砼拌合物的流動性。

為保證拌合物的施工和易性，只得相應(yīng)增加拌合水量，致使水泥石中形成過多孔隙，影響硬化砼的一系列物理力學(xué)性能。

若將封閉的水分釋放出來，砼的拌合水量就可大為減省。2024/3/817減水劑的減水機理減水劑摻到新拌砼中：首先，憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，極性水分子又吸附在親水基團上，使水泥顆粒周圍包裹一層一定厚度的溶劑化水膜，增大了水泥顆粒間的潤滑性——潤滑作用；其次，減水劑降低水的表面張力及水與水泥粒子間的界面張力，在機械攪拌時使?jié){體內(nèi)引入部分氣泡：水泥顆粒自動粘連的傾向減弱、分散度增加——分散作用；水泥顆粒表面易于濕潤使早期水化作用較充分——濕潤作用，微細氣泡利于水泥漿提高流動性。最后，當(dāng)減水劑為離子型表面活性劑時，水泥顆粒表面帶有同性電荷并在電性斥力作用下分散開來，水泥漿的絮凝結(jié)構(gòu)被破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z結(jié)構(gòu)，其中游離水被釋放出來顯著增大了流動性。

——減水劑的潤滑、濕潤和分散三方面作用使砼拌合物在不增加用水量的情況下增加了流動性，或在具有同樣和易性的情況下降低了用水量，因而起到了減水作用。2024/3/818圖6

減水劑的減水作用示意圖未摻減水劑的水泥漿絮凝結(jié)構(gòu)減水劑的吸附、分散、濕潤、潤滑作用水泥漿呈溶膠結(jié)構(gòu)2024/3/819減水劑對砼性能的影響使用條件不同，效用不同：①配合比不變時——增大砼拌合物的流動性，且砼強度不降低。②流動性及強度不變時，可減少用水量及水泥用量——降低成本。③流動性及水泥用量不變時，可減少用水量，降低水灰比，減少離析泌水——砼的強度和耐久性提高，干縮和徐變減少。④水泥水化放熱速率減慢，熱峰出現(xiàn)推遲——大體積砼的溫度裂縫減少。⑤配制高強高性能砼——比采用特種水泥更為經(jīng)濟、簡便、靈活。⑥增加砼拌合物坍落度損失。摻減水劑的較不摻的嚴重，摻高效減水劑的較摻普通減水劑的嚴重。坍落度隨停放時間的延長而逐漸降低的現(xiàn)象稱為坍落度損失。2024/3/820常用的減水劑（按化學(xué)成分分類）

木質(zhì)素系減水劑——普通減水劑的代表

由造紙或化纖廠等生產(chǎn)紙漿或纖維漿的廢液經(jīng)生物發(fā)酵提取酒精后的殘渣（酒糟）為原料制得。主要使用木質(zhì)素磺酸鈣（木鈣）：含少量未除盡的糖分使水泥緩凝，減低水泥水化放熱量和速率。緩凝1～3h（摻入0.25%），利于大體積砼及夏季施工。但超摻有可能使砼數(shù)天或數(shù)十天不凝結(jié)，影響施工進度和強度，嚴重時將導(dǎo)致工程質(zhì)量事故出現(xiàn)。木鈣（MG）

緩凝引氣型、陰離子型減水劑。棕黃色粉末，略有芳香氣味，適宜摻量0.25%-0.3%。2024/3/821高的氣泡穩(wěn)定作用，能提高砼拌合物和易性，對硬化砼的抗?jié)B性、抗凍性有利，但降低強度。減水率約10%-14%，普通減水劑。流動性不變時，可提高砼28d抗壓強度8～10%；不減水則可增大拌合物坍落度約80～100mm；若保持強度和和易性不變，可節(jié)省水泥8～10%。對鋼筋無銹蝕，不加大砼收縮，可與其它外加劑復(fù)合使用。生產(chǎn)原料為工業(yè)廢料，成本低廉，資源豐富，經(jīng)濟性好，工程中應(yīng)用廣泛。使用——夏季、滑模、大體積、泵送及一般的砼工程。不宜于——冬季施工，蒸汽養(yǎng)護的砼制品和工程。2024/3/822萘磺酸鹽系減水劑——高效減水劑的代表

簡稱萘系減水劑。系以工業(yè)萘或煤焦油中分餾出含萘的同系物為原料經(jīng)化工合成。棕褐色粉末或液體。主要成分為β-萘磺酸鹽甲醛縮合物。親水性陰離子型表面活性劑。主要品種FDN、NF、UNF等。市場上以硫酸鈉含量有高濃、低濃之分。工藝成熟，我國已應(yīng)用幾十年，目前產(chǎn)量最大、使用最廣（占減水劑用量的70%以上）。多為非引氣型高效減水劑，效果優(yōu)于木質(zhì)素系，對凝結(jié)時間影響小，有早強功能，對鋼筋無銹蝕；能與其他各種外加劑復(fù)合使用，價格相對便宜。萘系減水劑含一定量的硫酸鹽，液體產(chǎn)品在冬季易出現(xiàn)結(jié)晶2024/3/823適宜摻量0.5～1.2%，減水率15～30%（提高砼28d強度20%以上，或節(jié)約水泥10～20%）。缺點：僅依靠靜電斥力打破水泥漿絮凝狀態(tài)而達到減水的作用，減水率相對較低，與水泥適應(yīng)性較差，單摻使砼拌合物坍落度損失較大，加之我國水泥品種繁雜——在配制高性能砼方面表現(xiàn)出明顯不足，給砼施工帶來諸多不便。常與緩凝劑或引氣劑復(fù)合使用。主要用于配制早強、高強、流態(tài)和蒸養(yǎng)砼制品和工程，或一般工程。2024/3/824樹脂系減水劑以水溶性聚合物制成。早強、非引氣型高效減水劑。國產(chǎn)品種——三聚氰胺甲醛樹脂（蜜胺樹脂，代號SM）及磺化古馬龍樹脂（代號CRS）。SM高效減水劑無色液體，陰離子型表面活性劑。減水、增強效果優(yōu)于萘系減水劑。適宜摻量0.5～2.0%，減水率20%以上，最高30%。砼強度1d提高1倍以上，7d可達基準砼的28d強度，28ｄ的提高30～60%——配制80～100MPa的超高強砼。砼的抗?jié)B性、抗凍性和彈性模量、與鋼筋的粘結(jié)力均有所改善和提高。對砼蒸養(yǎng)工藝適應(yīng)性特別好，蒸養(yǎng)出池強度可提高20～30%——縮短蒸養(yǎng)時間。對鋁酸鹽水泥有很好的適應(yīng)性。2024/3/825

——SM適用于高強砼、早強砼、蒸養(yǎng)砼、流態(tài)砼和鋁酸鹽水泥、耐火耐高溫（1000～1200℃）砼等。價高，使用受到一定限制。摻SM的砼粘性較大，可泵性較差，坍落度損失較大。CRS高效減水劑由煉油廠的副產(chǎn)品古馬龍——茚樹脂經(jīng)硫酸磺化制得。減水率19～29%；砼28d強度可提高21～27%，抗?jié)B性、抗凍性等也顯著提高。用于配制高強砼及流態(tài)砼。價格及使用范圍與萘系減水劑相似。yin，有機化合物，無色液體，制造合成樹脂的原料2024/3/826氨基磺酸鹽系減水劑為低堿、無氯高性能液體減水劑。以芳香族氨基磺酸鹽甲醛縮合物為主。由帶氨基（-NH2）、羥基、羧基、磺酸（鹽）等活性基團的單體，通過滴加甲醛，在水溶液中溫?zé)峄蚣訜峥s合而成。主要成分特點：Cl-離子含量低（約為0.01%-0.1%）、Na2SO4含量低（約為0.9%-4.2%），滿足未來砼朝低堿、無氯方向發(fā)展的要求，對鋼筋無銹蝕，冬季無結(jié)晶，不會增加砼“堿-骨料”反應(yīng)，對砼后強無不良影響。適用性好?？膳c其它外加劑及摻合料復(fù)配制成特性砼外加劑，如泵送劑、緩凝減水劑、防水劑、防凍劑、早強劑等，與萘系、脂肪族或聚羧酸減水劑復(fù)配使用效果更佳。對水泥的適應(yīng)性明顯提高，對凝結(jié)時間影響小，適用于我國大部分地區(qū)水泥。2024/3/827主要性能特點：三低一高，利于商砼、泵送砼朝高性能方向發(fā)展，具有萘系、三聚氰胺系、脂肪族高效減水劑無可比擬的優(yōu)勢。低堿低摻量為0.2%-1.0%，低于萘系及三聚氰胺系，0.5%-0.75%最佳（流動性砼減水率為28%-32%；塑性砼為17～23%），具有較強的水化膜潤滑減水作用。但對摻量較敏感，低摻效果不理想，過摻易導(dǎo)致砼泌水。低坍落度損失

保塑、不引氣。砼坍損明顯降低，(120min內(nèi)基本無損失)，特別適于高強度、大流動性、大體積泵送砼工程。高減水率對水泥顆粒的分散效果更強，等坍落度時，減水率達30%以上；早強增強，且早強增長更快：C與T不變時，早強提高70%以上，f28提高45%以上。分子結(jié)構(gòu)中含有羥基（－OH），故輕微緩凝。2024/3/828氨基磺酸鹽系減水劑分散減水機理結(jié)構(gòu)特點：分支多（甚至網(wǎng)狀），疏水基分子鏈短、極性較強。由于分支多，減水劑分子一般在水泥粒子表面呈環(huán)狀、引線狀和齒輪狀立式吸附，顯著降低水泥顆粒表面的ζ負電位。ζ負電位越高，粒子越容易在液相中分散。故以靜電斥力為主，同時具有較強的空間位阻斥力作用——立體效應(yīng)使砼在較長時間內(nèi)保持其坍落度及流動性；減水劑具有強親水性羥基（－OH），能使水泥顆粒表面形成較厚的水化膜，較強的水化膜潤滑減水作用。分子中的疏水基分子鏈短、極性強的結(jié)構(gòu)決定了其應(yīng)用于砼時保水性能差、容易泌水。Zeta電位又稱表面電位，是微粒表面所帶電荷數(shù)量的表征，與微粒體系的穩(wěn)定性有關(guān)，Zeta電位可為正也可為負，與所用輔料有關(guān)。一般Zeta電位絕對值越高，其粒子間的靜電斥力也就越大，物理穩(wěn)定性也就越好。2024/3/829聚羧酸系高效減水劑新型高性能減水劑。茶色油狀水溶液。是由不同的不飽和單體，在一定條件的水相體系中，通過引發(fā)劑（如過硫酸鹽）的作用，接枝共聚而成的高分子共聚物。而改性木質(zhì)素系、萘系、三聚氰胺系及氨基系等高效減水劑的主導(dǎo)極性官能團均為磺酸基（或磺酸鹽基，由含磺酸基（或其他極性基）的活性單體，通過加入甲醛進行縮合反應(yīng)而生成的縮合物電解質(zhì)（改性木質(zhì)素系除外）。分子大多呈梳形結(jié)構(gòu)。特點——主鏈上帶有多個活性基團，并且極性較強；側(cè)鏈上也帶有親水性活性基團，并且數(shù)量多；疏水基的分子鏈較短、數(shù)量少。成本高，原材料價格波動不穩(wěn)定，用于高強砼較合算，用于普通砼時價格客戶難以接受。2024/3/830

聚羧酸系高效減水劑帶有羧基（—COOH）、磺酸（—SO3H）等活性親水基團及聚氧化乙烯鏈基等不飽和單體，其分子結(jié)構(gòu)設(shè)計由單一靜電斥力效應(yīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向靜電斥力效應(yīng)與空間位阻效應(yīng)共同作用結(jié)構(gòu)，形成立體分散系統(tǒng)，對水泥顆粒具有超分散作用，減水效果明顯：梳形分子結(jié)構(gòu)的聚合物在水泥顆粒表面呈齒形吸附狀態(tài)，其主鏈長，極性基團多，空間分子結(jié)構(gòu)龐大；側(cè)鏈多且也較長，伸入液相觸向水泥粒子的各個部位，空間位阻大——水泥顆粒間顯著的空間位阻斥力作用，決定了分散系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使水泥漿體流動度得以保持，從而對水泥材料表現(xiàn)出良好的減水、分散、穩(wěn)定作用；分散減水機理2024/3/831側(cè)鏈上帶有許多的親水性活性基團（如－OH，－O－，－COO－等），使水泥顆粒與水的親和力增大，水泥顆粒表面溶劑化作用增強，水化膜增厚——較強的水化膜潤滑減水作用；主鏈上的羧基、璜酸基等活性官能團提供靜電斥力，但水泥顆粒表面的ζ負電位值遠小于萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系等高效減水劑——水泥顆粒間的靜電斥力作用，相對較??；減水劑分子中含有大量烴基（－OH）、醚基（－O－）及羧基（－COO－），這些極性基具有較強的液－氣界面活性——還有一定的引氣隔離“滾珠”減水效應(yīng)。2024/3/832

——聚羧酸系高效減水劑的分散減水作用機理以空間位阻斥力作用為主，其次是水化膜潤滑作用和靜電斥力作用，同時還具有一定的引氣隔離“滾珠”效應(yīng)和降低固－液界面能效應(yīng)。2024/3/833與其他高效減水劑相比：液狀產(chǎn)品的固體含量一般為18～25%。因其分散減水作用機理獨具特點，故摻量低（0.05～0.3%）、減水率高。摻量為0.1～0.2%時的減水率高于摻量為0.5～0.7%的萘系高效減水劑的減水率。減水率對摻量的特性曲線更趨線性化，其減水率一般為25～35%，最高可達40%。一定引氣性和輕微緩凝性。最大的優(yōu)點是保塑性強，能有效控制砼拌合物的坍落度經(jīng)時損失，且對砼硬化時間影響不大。對砼具有良好的增強作用，而且具有抗縮性，比其他高效減水劑能夠更有效地提高砼的抗?jié)B性、抗凍性等耐久性。優(yōu)越性2024/3/834復(fù)合減水劑復(fù)合減水劑，減水劑與其它品種外加劑復(fù)合，或不同減水劑之間復(fù)合，滿足不同工程的需要及降低成本，單一減水劑很難做到。如減水劑與引氣劑、早強劑、緩凝劑或消泡劑等分別復(fù)合，發(fā)展應(yīng)用較普遍。不同類型的外加劑復(fù)合使用時，通過試驗確定出適宜品種及摻配比例。已列入現(xiàn)行規(guī)范的有：引氣減水劑、早強減水劑、緩凝減水劑、緩凝高效減水劑等。為適應(yīng)工程建設(shè)和砼技術(shù)進步的需要，各種新型多功能復(fù)合減水劑被不斷進行研制和生產(chǎn)，如2～3h內(nèi)無坍落度損失的保塑高效減水劑等。2024/3/835表1減水劑的主要成分與推薦摻量2024/3/836表2減水劑的主要功能和使用范圍2024/3/837高效減水劑的減水機理高效減水劑與普通減水劑相比，減水及增強作用都較強。有效減少了砼的坍落度損失，改善砼的工作度，提高流動性，在高性能砼中發(fā)揮重要的作用。至今為止尚無一個完美的理論來解釋其作用機理，但有幾個理論為大家普遍認同。2024/3/8381）靜電斥力理論

水泥水化后，由于離子間的范德華力作用以及水泥主要礦物及其水化產(chǎn)物在水化過程中帶不同電荷而產(chǎn)生凝聚，導(dǎo)致了砼產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)。高效減水劑大多屬陰離子型表面活性劑，摻入砼中后，減水劑中的負離子-SO3—、-COO—就會在水泥粒子的正電荷Ca2+的作用下而吸附于水泥粒子上，在表面形成擴散雙電層(Zeta電位)的離子分布，使水泥粒子在靜電斥力作用下分散，把水泥水化過程中形成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的束縛水釋放出來，使砼流動化。Zeta電位的絕對值越大，減水效果就越好。2024/3/839隨著水泥的進一步水化，電性被中和，靜電斥力隨之降低，范德華力的作用變成主導(dǎo)，對于萘系、三聚氰胺系高效減水劑的砼，水泥漿又開始凝聚，坍落度經(jīng)時損失較大，所以摻入這兩類減水劑的砼所形成的分散是不穩(wěn)定的。而對于氨基磺酸、多羧酸系高效減水劑，由于其與水泥的吸附模型不同，粒子間吸附層的作用力不同于前兩類，其發(fā)揮分散作用的主導(dǎo)因素不是Zeta電位，而是一種穩(wěn)定的分散。

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2）立體位阻效應(yīng)

摻有高效減水劑的水泥漿中，高效減水劑的有機分子長鏈隨分子鏈結(jié)構(gòu)的不同在水泥微粒表面是呈現(xiàn)各種吸附狀態(tài)的，從而直接影響到摻有該類減水劑砼的坍落度的經(jīng)時變化。研究表明：萘系和三聚氰胺系減水劑是棒狀鏈，因而是平直的吸附，靜電排斥作用較弱。其結(jié)果是Zeta電位降低很快，靜電很容易隨著水泥水化進程的發(fā)展受到破壞，使范德華引力占主導(dǎo)，坍落度經(jīng)時變化大。氨基磺酸類高效減水劑分子在水泥微粒表面呈環(huán)狀、引線狀和齒輪狀吸附，它使水泥顆粒間的靜電斥力呈現(xiàn)立體的交錯縱橫式，立體的靜電斥力的Zeta電位經(jīng)時變化小，宏觀表現(xiàn)為分散性更好，坍落度經(jīng)時變化小。

2024/3/841多羧酸系接枝共聚物高效減水劑大分子在水泥顆粒表面的吸附狀態(tài)多呈齒形，不但有對水泥微粒極好的分散性且能保持坍落度經(jīng)時變化很小。原因有三：一是由于接枝共聚物有大量羧基存在．具有一定的螫合能力，加之鏈的立體靜電斥力構(gòu)成對粒子間凝聚作用的阻礙；二是因為在強堿性介質(zhì)例如水泥漿體中，接枝共聚鏈逐漸斷裂開，釋放出羧酸分子，使上述第一個效應(yīng)不斷得以重視；三是接枝共聚物Zeta電位絕對值比萘系和三聚氰胺系減水劑的低，因此要達到相同的分散狀態(tài)時，所需要的電荷總量也不如萘系和三聚氰胺系減水劑那樣多。對于有側(cè)鏈的聚羧酸減水劑和氨基磺酸鹽系高效減水劑，通過這種立體排斥力，能保持分散系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2024/3/8423）潤滑作用高效減水劑的極性親水基團定向吸附于水泥顆粒表面，多以氫鍵形式與水分子締合，再加上水分子之間的氫鍵締合，構(gòu)成了水泥微粒表面的一層穩(wěn)定的水膜，阻止水泥顆粒問的直接接觸，增加了水泥顆粒間的滑動能力，起到潤滑作用，從而進一步提高漿體的流動性。水泥漿中的微小氣泡，同樣被減水劑分子的定向吸附極性基團所包裹，使氣泡-氣泡及氣泡-水泥顆粒間也因同電性相斥而類似在水泥微粒間加入許多微珠，亦起到潤滑作用，提高流動性。2024/3/843引氣劑憎水性表面活性劑。表面活性作用與減水劑基本相同，減水劑的表面活性作用主要發(fā)生在液－固界面，引氣劑的在液－氣界面。在砼攪拌過程中引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，改善砼和易性、提高砼抗?jié)B性、抗凍性等耐久性。引氣劑同時具有一定減水作用，減水率為6%～9%。當(dāng)減水率≥10%時，稱之為引氣減水劑。主要品種有松香樹脂類、烷基苯磺酸鹽類、脂肪醇磺酸鹽、三萜皂甙類等。tīe，有機化合物的一類，多為有香味的液體2024/3/844引氣劑的作用機理在砼攪拌過程中，空氣被引入并剪切碎散成氣泡。引氣劑分子加入后溶于液相中，非極性基伸入氣相，極性基留于水中，在氣泡界面上定向排布，降低了氣泡面上水的表面張力及界面能，也即使溶液形成眾多新表面時所需的功減少；增加了泡膜厚度和強度，氣泡堅固而不易破裂。攪拌中被引入的空氣易于形成微小氣泡并能防止氣泡兼并增大、上浮破滅，保持穩(wěn)定、均勻地分布在砼中。水泥等微細顆粒吸附在泡膜上，還有水泥漿中的氫氧化鈣與引氣劑作用生成的皂鈣沉積在泡壁上，也提高了泡膜穩(wěn)定性。2024/3/845引氣劑對砼性能的影響改善砼拌合物的和易性

引入的大量微小封閉氣泡對水泥顆粒及骨料顆粒起浮托、隔離及“滾珠”作用：拌合物組成材料間的摩擦減少，從而提高了流動性；氣泡的存在，阻滯了固體顆粒的沉降和水分的上升，砼拌合物分層、離析和泌水現(xiàn)象明顯減輕；氣泡薄膜的形成起到了保水作用。圖7引氣劑作用示意圖

2024/3/846提高抗?jié)B性和抗凍性引入的封閉氣孔可緩解冰脹壓力，有效阻塞、隔斷滲水通道；水分因被均勻分布在大量氣泡表面，拌合物中能自由移動的水量減少，減少了泌水造成的孔縫。表面活性劑的憎水性使砼中的毛細管孔壁憎水化，阻礙了砼的吸水和滲水作用，亦可提高抗?jié)B性和抗凍性。強度、彈性模量降低，耐磨性變差摻量必須嚴格控制。砼中含氣量每增加1%，f壓損失4～6%，f折損失2～3%。還使彈性模量降低、干縮增大。但引氣劑有一定的減水作用，水灰比的降低可使強度得到一定補償；彈性模量的降低對砼抗裂性也有利。2024/3/847引氣劑的使用引氣劑摻量極微小，通常為0.002%～0.01%，以控制砼含氣量為3%～6%為宜。含氣量超過6%以后，隨著含氣量的增加，耐久性反而降低。含氣量的限值可由粗骨料最大粒徑來控制。最大粒徑愈大，相應(yīng)的適宜含氣量愈小。氣泡形成的數(shù)量和尺寸與引氣劑品種、摻量有關(guān)。氣泡直徑在0.05～1.25mm之間。2024/3/848早強劑能加速砼早期強度發(fā)展的外加劑。早強劑化學(xué)成分無機鹽類（用量最大的原料）氯化物系發(fā)展方向之一無機系有機系復(fù)合系硫酸鹽系碳酸鹽系鉻酸鹽系亞硝酸鹽系三乙醇胺三異丙醇胺甲酸鈣氯化鈣硫酸鈉、硫酸鈣（石膏）、明礬三乙醇胺2024/3/849作用促進水泥的水化和硬化，提高早期強度，縮短養(yǎng)護周期——加快模板和場地的周轉(zhuǎn)率，提高施工速度。應(yīng)用多用于冬季施工（最低氣溫不低于-5℃）、緊急搶修工程、要求早強的砼工程以及蒸養(yǎng)砼。特性

（1）對砼的凝結(jié)時間無明顯影響，但摻量過大及部分品種會促凝；

（2）使砼后期強度有所下降；

（3）對砼含氣量無影響。2024/3/850氯化鈣（CaCl2）最早使用。效果好，使用方便，價格低廉，廣為采用。白色，無機電解質(zhì)鹽類，可加速水泥凝結(jié)硬化并提高砼早強，也稱為促凝劑。素砼：最好的早強劑。鋼筋砼及處于高濕度的結(jié)構(gòu)：不得使用如要使用，應(yīng)與阻銹劑（如NaNO2）復(fù)合使用。Cl-會破壞鋼筋表面的鈍化膜而引起鋼筋銹蝕，且隨著砼濕度的增加，砼的后期強度會降低。氯化鈣不僅促凝早強，還能促進火山灰反應(yīng)——對礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥、粉煤灰砼都有促凝早強作用。2024/3/851氯化鈣促凝早強作用機理氯化鈣易溶于水，加入砼中后，迅速反應(yīng)：——與水泥中的C3A作用生成不溶性復(fù)鹽水化氯鋁酸鈣（3CaO·A12O3·3CaC12·32H2O）——與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2作用生成不溶性氧氯化鈣[CaC12·3Ca(OH)2·12H2O、CaC12·Ca(OH)2·H2O]。水泥漿中固相比例增大，形成產(chǎn)生強度的骨架；水化產(chǎn)物增多使砼中化學(xué)結(jié)合水量增加，游離水減少——有助于水泥石結(jié)構(gòu)更快形成而表現(xiàn)出較高的早強；上述反應(yīng)，消耗Ca(OH)2，使水泥水化液相中的pH值減小、水泥組分溶解速率加快，又促使C3S和C2S水化加速。?CaCl2與C3S之間雖不產(chǎn)生新的水化產(chǎn)物，但CaCl2吸附在C3S水化物表面，降低水泥水化產(chǎn)物的溶解度，使水化物的晶體減小，易形成過飽和溶液而析出——有利于早強提高。2024/3/852氯化鈣的應(yīng)用

常用于冬季施工的砼工程。既提高砼早強，又降低砼內(nèi)水的冰點，使水泥水化熱提前釋放，從而防止砼早期遭受凍害。摻用后，使砼：抗壓強度

1～7d的顯著提高（3d的增強30～100%，7d的增強25%）。溫度愈低，強度提高幅度愈大；水化熱在24h內(nèi)增加約30%，但總水化熱與基準砼幾乎相同；泌水性減小，抗?jié)B性有所提高，但其收縮值特別是早期收縮值增大；抗硫酸鹽侵蝕性及抗凍性有所下降，堿－骨料反應(yīng)也有加劇的趨勢。

2024/3/853硫酸鈉（元明粉，Na2SO4

）無機電解質(zhì)鹽類，白色粉狀，易溶于水。或單獨作為早強劑使用，或作為其它外加劑（防凍劑、早強減水劑等）的組分。一般不單摻，多為復(fù)合使用（效果更好）。適宜摻量0.5～2%，對鋼筋無銹蝕，提高砼早強50～100%，但28d的強度與不摻者持平甚至稍有下降。＜1%時，對水泥凝結(jié)時間無明顯影響；＞1%時，有促凝作用。過摻時：會導(dǎo)致砼后期因膨脹開裂而破壞，加速與堿活性骨料的堿-骨料反應(yīng)；會促進砼中鋼筋銹蝕、增加砼導(dǎo)電性以及在砼表面易產(chǎn)生鹽析而起白霜（有損建筑物的外表美觀，或影響表面裝飾層與砼基層的粘結(jié)等問題）。2024/3/854硫酸鈉早強作用機理

硫酸鈉極易與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)，生成分散度極高的CaSO4·2H2O均勻分布在砼中：

Na2SO4＋Ca(OH)2＋H2OCaSO4·2H2O＋NaOHCaSO4·2H2O比水泥生產(chǎn)時加入的石膏的比面大得多，故與水泥中的C3A反應(yīng)生成鈣礬石也快得多，水化產(chǎn)物體積膨脹——水泥石致密，提高了早強。溶液中Ca(OH)2濃度的降低促使C3S和C2S水化加速——有助于早強的提高。反應(yīng)生成的NaOH，使砼堿含量有所提高，對摻有火山灰、礦渣等摻合料的砼早強作用更為明顯。2024/3/855三乙醇胺（簡稱TEA）無色或淡黃色透明油狀液體，呈堿性，不易燃、無毒、溶于水，非離子型表面活性劑。三乙醇胺是較好的絡(luò)合劑，在水泥水化的堿性溶液中，與Fe3＋、Al3＋等形成較穩(wěn)定的絡(luò)離子，絡(luò)離子又與水泥水化產(chǎn)物作用形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、溶解度小的絡(luò)鹽——水泥石中固相比例增加，提高早強。三乙醇胺摻入后，吸附在水泥微粒表面，形成一層帶電荷的親水膜，阻礙粒子間的凝聚，產(chǎn)生懸浮穩(wěn)定效應(yīng)——對砼稍有緩凝，嚴格控制摻量。適宜摻量極微，一般為0.02～0.05%，對鋼筋無銹蝕，但會增大砼的干縮；摻量過多，會造成砼嚴重緩凝、失去早強效果和砼強度下降。通常不單獨使用，多與無機早強劑復(fù)合（早強效果更顯著，且有一定的后期增強作用）。2024/3/856復(fù)合早強劑單組分外加劑性能有優(yōu)有劣——氯化物早強效果好、降低冰點，但銹蝕鋼筋；有些無機物降低砼后強；一些有機物單摻時早強作用不大等。復(fù)合早強劑由兩種或多種外加劑組合形成。較之單組分早強劑，早強效果更優(yōu)良，大大拓展應(yīng)用范圍，摻量降低。復(fù)合可在無機-無機、無機-有機、有機-有機間進行。以三乙醇胺與無機鹽組合的復(fù)合早強劑效果最好、應(yīng)用面最廣。早強劑與減水劑復(fù)合使用，既保證了使砼減水、增強、密實的作用，又充分發(fā)揮了早強劑的優(yōu)勢。2024/3/857

表3

常用復(fù)合早強劑的配方

硫酸鈉——對增進早強起主導(dǎo)作用；氯化鈉——早強與防凍；石膏——早強和增進后期強度；三乙醇胺——早強與阻銹劑；亞硝酸鈉——兼有防銹、早強、防凍作用。

用這類復(fù)合早強劑的砼，3d強度可提高1～2倍。2024/3/858速凝劑能使砼迅速硬化的外加劑。主要用于速凝早強的噴射砼作業(yè)。如，搶修堵漏工程，礦山井巷、鐵路隧道、引水涵洞、地下工程的巖壁襯砌及噴錨支護工程等。國產(chǎn)品種多為無機鹽類。粉劑，主要由鋁氧熟料（主要成分NaAlO2）＋碳酸鈉（Na2CO3）＋生石灰，或鋁氧熟料＋無水石膏，按比例混合磨細制備。

紅星一型（摻量2.5%～4.0%，水灰比0.4左右）711型（摻量2.5%～3.5%，水灰比0.4左右）782型（摻量3.0%～6.0%，后強基本不降低）ZC-2型（摻量3.0%～5.0%，28d強度為不摻的92%以上）常用品種2024/3/859下述作用使水泥漿迅速凝結(jié)，砼在1～5min初凝，10min內(nèi)終凝；1h產(chǎn)生強度，1d強度提高2～3倍：速凝劑摻入砼后，其主要成分中的鋁酸鈉、碳酸鈉在堿性溶液中迅速與水泥中的石膏反應(yīng)生成硫酸鈉，使石膏原有的緩凝作用喪失，導(dǎo)致C3A礦物迅速水化，并析出其水化產(chǎn)物晶體。熟料中的鋁氧熟料、石灰、硫酸鈣等組分又為溶解度很小的水化硫鋁酸鈣、次生石膏晶體的形成提供有效成分。28d強度比不摻時降低20～30%。原因有水化初期形成了疏松的鋁酸鹽結(jié)構(gòu)、C3S水化受阻以及水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有缺陷等。但隨著齡期延長，水泥石的強度仍在繼續(xù)發(fā)展。溫度升高，速凝效果增強；水灰比增大，速凝效果減弱。速凝劑作用機理2024/3/860緩凝劑延緩砼的凝結(jié)時間，而不顯著影響砼后期強度的外加劑。常用品種有木鈣和糖蜜，其中糖蜜的緩凝效果最佳。其摻量分別是0.2～0.3%及0.1～0.3%；MG緩凝1～3h，糖蜜緩凝3h以上。摻量增大緩凝作用增強，但摻量過多會引起強度降低，甚至長時間不凝結(jié)。酒石酸、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、水楊酸等，緩凝作用更為強烈，可緩凝8～19h，但會增加泌水率，砼硬化后抗?jié)B性稍差，故不宜單獨用于水泥用量少的或水灰比大的砼中。彌補的方法是適當(dāng)增大砂率或者與引氣劑聯(lián)合摻用。2024/3/861緩凝劑的作用機理緩凝劑與水泥品種有相容性問題，使用前須進行試拌。緩凝劑品種多，成分各異，作用機理不盡相同，一般是：①影響水泥礦物成分的水化速度。②影響水泥水化產(chǎn)物與硫酸鹽（石膏）相互作用的速度。2024/3/862緩凝劑的效用防止分層澆筑的砼出現(xiàn)冷縫；使砼拌合物較長時間保持塑性——利于澆筑成型；降低水泥水化熱和放熱速率——避免大體積砼產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

——適用于夏季及高溫下施工的砼、遠距離及長時間運輸?shù)捻拧⒒Ｊ┕さ捻?、泵送砼和大體積砼。不宜用于日最低氣溫5℃以下施工的砼、有早強要求的砼、蒸養(yǎng)砼。檸檬酸及酒石酸等可用于砼施工縫的處理。

——將檸檬酸溶液噴灑在砼表面（噴灑量40～100g/m2），使之形成緩凝層，待緩凝層下面的砼硬化產(chǎn)生一定強度后，用高壓水沖除緩凝層的水泥砂漿，即可繼續(xù)澆注新砼。該法可免除施工縫采用人工鑿毛工序，既減輕勞動強度，又保證施工縫的質(zhì)量。2024/3/863化學(xué)外加劑應(yīng)用技術(shù)

執(zhí)行GB50119-2003《砼外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。品種選擇根據(jù)工程設(shè)計、施工要求選擇，通過試驗及技術(shù)經(jīng)濟比較確定。摻量確定以膠凝材料總量的百分比或mL/kg膠凝材料表示。摻量應(yīng)按供貨單位推薦摻量、使用要求、施工條件、砼原材料等因素通過試驗確定。