4.9混凝土的外加剂（课件）- 《建筑材料（第4版） 》同步教学（机械工业版）

4.9混凝土的外加剂 4.9.1 膨胀剂的定义及分类 1. 定义 在混凝土硬化过程中因化学作用能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂称为膨胀剂。 2. 分类 按水化产物分为： 硫铝酸钙类混凝土膨胀剂（A），氧化钙类（C）和硫铝酸钙-氧化钙类（AC）三类。 按限制膨胀率分为：Ⅰ型和Ⅱ型。 4.9 混凝土的外加剂 4.9.2 膨胀剂的作用机理 现在常用的膨胀剂为： 硫铝酸钙膨胀剂(CSA)和铝酸钙类膨胀剂 膨胀机理： 膨胀剂中的硫酸铝钾（或钠）或铝硅酸盐、硫酸钙、无水硫铝酸钙与水泥热料水化产物――氢氧化钙等反应生成水化硫铝酸钙（即钙矾石）或水化铝酸钙（mCaO·Al2O3·nH2O）而产生体积膨胀。 普通混凝土在凝结硬化过程中，常常由于水泥水化产生的化学收缩、混凝土失水干缩等原因产生开裂、渗漏而严重降低工程质量。 为此，在混凝土中掺入适量膨胀剂，就可以以膨胀剂产生的微量膨胀补偿混凝土体积的收缩，从而防止混凝土收缩裂缝的产生，提高混凝土结构的完整性、抗裂性及抗渗性等。 适当加大膨胀剂的掺量，在混凝土受约束条件下，甚至可以产生0.2～1.0MPa的自应力。 氧化钙类膨胀剂是通过氧化钙水化生成氢氧化钙而产生膨胀的。 4.9.3 膨胀剂的技术性能 当按规定方法检验膨胀剂和掺膨胀剂胶砂的性能时，其性能指标应符合表1的规定。 表1 混凝土膨胀剂性能指标 (GB23439－2009) 项 目 指标值 Ⅰ型 Ⅱ型 化学成分 氧化镁(%) ≤ 5.0 总碱量(%) ≤ 0.75 物理性能 细度 比表面积(m2/kg) ≥ 250 筛筛余(%) ≤ 0.5 凝结时间 初凝(min) ≥ 45 终凝(h )≤ 10 限制膨胀率 (%) 水中 7d ≥ 0.025 0.050 空气中 21d ≥ －0.020 －0.010 抗压强度 (MPa) ≥ 7d 20.0 28d 40.0 4.9.4 膨胀剂在工程中的应用 1. 适用范围见表2 表2膨胀剂的适用范围 用途 适用范围 补偿收缩混凝土 地下、水中、海水中、隧道等构筑物，大体积混凝土（除大坝外），配筋路面和板、屋面与厕浴间防水、构件补强、渗透修补、预应力混凝土、回填槽等。 填充用膨胀混凝土 结构后浇带、隧洞堵头、钢管与隧道之间的填充等。 灌浆用膨胀砂浆 机械设备的底座灌浆、地脚螺栓的固定、梁柱接头、构件补强、加固等。 自应力混凝土 仅用于常温下使用的自应力钢筋混凝土压力管。 2. 掺膨胀剂混凝土的养护 （1）对于大体积混凝土和大面积板面混凝土，表面抹压后用塑料薄膜覆盖，混凝土硬化后，宜采用蓄水养护或用湿麻袋覆盖，保持混凝土表面潮湿，养护时间不应少于14d。 （2）对于墙体等不易保水的结构，宜从顶部设水管喷淋，拆模时间不宜少于3d，拆模后宜用湿麻袋紧贴墙体覆盖，并浇水养护，保持混凝土表面潮湿，养护时间不宜少于14d。 （3）冬期施工时，混凝土浇筑后，应立即用塑料薄膜和保温材料覆盖，养护期不应少于14d。对于墙体，带模板养护不应少于7d。 4.9.5 矿物外加剂 根据标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T 18736－2002） 矿物外加剂是指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（特别是混凝土耐久性）的某些矿物类产品。 当前广泛使用的矿物外加剂有： 磨细矿渣（S）、磨细粉煤灰（F）、磨细天然沸石（Z）、硅灰（SF）等 复合矿物外加剂是指这些矿物外加剂的复合物。 4.9.6 矿物外加剂的种类 1. 矿渣微粉（S） （1）成分 粒化高炉矿渣磨细后的细粉称为矿渣微粉。 特点：粒化高炉矿渣是熔化的矿渣，在高温状态迅速水淬而成。经水淬急冷后的矿渣，其中玻璃体含量多，结构处在高能量状态，具有不稳定、潜在活性大，但须磨细才能使潜在活性发挥出来。 矿渣水泥生产过程中由于矿渣较硬，细度不够，所以矿渣水泥早期强度偏低。 粉磨矿渣是提高其活性极为有效的技术措施，目前对其活性的有效利用基本是通过细磨（6000～8000 cm2/g）乃至超细磨（8000～12000cm2/g）获得的。 （2）活性 矿渣的活性取决于化学成分、矿物组成及冷却条件 一般情况下，矿渣中碱性氧化物（CaO，MgO）、中性氧化物（Al2O3）含量高，而酸性氧化物（SiO2）含量低时矿渣活性较高。 玻璃化率高、水淬后粒细且松、粉磨加工得细的，活性好。 2. 粉煤灰（F） （1）成分 粉煤灰是火电厂煤粉燃烧后在除尘器中收集下来的细粉 粉煤灰中的主要氧化物为：SiO2、Al2O3、Fe2O3，这三者总和一般超过70% 氧化物对粉煤灰的活性及强度等性能虽有明显影响，但因其含量指标比较稳定，完全能满足使用要求，因此可不作规定。 烧失量对粉煤灰的颜色及需水量等有明显影响，所以受到重视，并将其列入标准。普通低钙粉煤灰中，CaO含量一般＜5%。 3. 硅粉（SF） 硅粉是一种高活性矿物外加剂。 来源：硅铁合金厂或硅金属厂冶炼硅金属时，高纯度石英、焦炭在2000℃下，石英被还原成硅――硅金属，约有10%～15%的硅化为蒸汽，进入烟道，上升中遇氧，形成SiO，再遇冷空气，又结合成SiO2，在收尘装置中收集到极细粉粒――硅粉。 硅粉又称“硅灰”、“活性硅”等，我国统称“硅粉”。 我国对硅粉的研究和应用仅有十几年的历史。但已在水电站、基础灌浆、喷射混凝土、钢纤维混凝土、高强混凝土、高耐久性混凝土中应用。 （1）成分 用于混凝土中的硅粉，含SiO2量高，平均92% 绝大部分是无定形SiO2，而Fe2O3、CaO、SO3均不超过1%，烧失量平均为2.5%。 （2）物理性质 硅粉呈青灰色或银白色。 硅粉是非结晶球形颗粒，表面光滑。 硅粉密度为2.1～2.3g/cm3，堆积密度为200～300kg/m3。 硅粉的平均粒径为0.1～0.3μm，约为粉煤灰或水泥的1/100。 因此，硅粉是极细的矿物粉，其比表面积非常大，平均约200000cm2/g，是水泥的600～750倍。 4. 天然沸石粉（Z） 　　沸石粉又称F矿粉 是一种由天然沸石经磨细而成的火山灰质硅铝酸盐矿物掺合料。 沸石在我国蕴藏量很大，分布面又广，开采加工也很简便，因而其磨细粉是一种经济有效的混凝土掺合料。 （1）成分 沸石粉的主要化学成分为SiO2和Al2O3，其中可溶性硅及铝的含量不低于10%和8%。 （2）物理性质 沸石粉的密度为2.2～2.4g/cm3，堆积密度为700~800kg/m3。 沸石粉细度一般控制在0.080mm方孔筛的筛余量不大于12％。 其相应的平均粒径为5.0～6.5μm。 4.9.7 矿物外加剂技术性质 当按规定方法检测矿物外加剂和掺矿物外加剂胶砂的性能时。 注： ① 需水量比为: 掺矿物外加剂的受检砂浆与不掺矿物外加剂的基准砂浆达到相同流动度时用水量之比。 ② 矿物外加剂的活性指数为: 掺矿物外加剂的受检砂浆与不掺矿物外加剂的基准砂浆在相同龄期时的强度比值。 表3 矿物外加剂的技术要求（GB/T 18736-2002） 检测项目 指 标 磨细矿渣 磨细粉煤灰 磨细天 然沸石 硅灰 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 化 学 性 能 MgO/% 不大于 14 － － － － － SO3/% 不大于 4 3 － － － 烧失量/% 不大于 3 5 8 － － 6 Cl/% 不大于 0.02 0.02 0.02 0.02 SiO2/% 不小于 － － － － － － － 85 吸氨值/mmol/ 不小于 － － － － － 130 100 － 物理性能 比表面积/m2/kg 不小于 750 550 350 600 400 700 500 15000 含水率/% 不大于 1.0 1.0 － － 3.0 胶砂性能 需水量比/% 不大于 100 95 105 110 115 125 活性指数 3d/% 85 70 55 － － － － － 7d/% 100 85 75 80 75 － － － 4.9.8矿物外加剂在混凝土中的作用 （1）矿物外加剂可以代替部分水泥，经济效益显著 （2）增大混凝土的后期强度 矿物外加剂中含有活性SiO2和Al2O3，与水泥中的石膏及水泥水化生成Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙及钙矾石，可提高混凝土的后期强度。 值得提出的是，除混凝土中掺入硅灰外的其它矿物外加剂，其早期强度随掺量的增大而降低。 （3）改善新拌混凝土的工作性 混凝土提高流动性后，很容易使混凝土产生离析和泌水，掺入矿物外加剂后，混凝土具有很好的粘聚性。 （4）降低混凝土的温升 水泥水化产生热量，而混凝土又是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，矿物外加剂的掺入，减少了水泥的用量，降低了混凝土的水化热，降低混凝土温升。 （5）提高混凝土的耐久性 混凝土的耐久性与水泥水化产生的Ca(OH)2密切相关，矿物外加剂和Ca(OH)2发生化学反应，降低了混凝土中Ca(OH)2的含量； 另外，由于进一步的水化产物可以填充混凝土中大的毛细孔，优化混凝土孔结构，使混凝土结构更加密实。 因此，可提高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗硫酸盐侵蚀性。 除此以外，矿物掺合料还可以有效地抑制碱－骨料反应。 4.9.10 外加剂的质量验收与储存 1. 选用外加剂应有送货单位提供的技术文件 （1）产品说明书，并应标明名产品主要成分。 （2）产品质量保证书，并应标明技术要求和出厂检测数据与检测结论。 （3）掺外加剂混凝土性能检测报告 2. 外加剂的进场检验 外加剂运到工地（或混凝土搅拌站）应立即取代表性样品进行检测，进货与工地试配时一致，方可入库、使用。 若发现不一致时，应停止使用。 3. 外加剂的储存 外加剂应按不同供货单位、不同品种、不同牌号分别存放，标识应清楚。 【思考题与习题】 1. 简述减水剂的作用机理。 2. 减水剂在混凝土中应用，可产生那些技术经济效果？ 3. 什么是混凝土早强剂？在工程中使用，应注意哪些问题？ 4. 什么是混凝土引气剂？在工程中使用，应注意哪些问题？ 5. 什么是混凝土缓凝剂？在工程中使用，应注意哪些问题？ 6. 什么是混凝土防冻剂？在工程中使用，应注意哪些问题？ 7. 什么是混凝土泵送剂？在工程中使用，应注意哪些问题？ 8. 什么是混凝土膨胀剂？在工程中使用，应注意哪些问题？ 9. 矿物外加剂有哪些种类？在混凝土中掺入矿物外加剂，可产生哪些作用效果？ 感谢观看 $$