4.9混凝土的外加剂3（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 【学习要求】 了解混凝土外加剂中的主要品种: 减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂、防冻剂、泵送剂、膨胀剂以及矿物外加剂的定义、分类、作用机理、技术性质及工程应用 掌握各外加剂的作用机理和技术性质，了解它们在工程中应用时的相关问题。 近20～30年来，混凝土外加剂的研制开发和应用有了飞速的发展，外加剂已成为混凝土的重要组成部分。 其用量虽小，但在改善混凝土的各项性能（如改善拌合物性能、提高硬化混凝土的强度和耐久性等）、提高经济效益等方面都发挥着重要的作用。 现在，各种外加剂除广泛应用于工业与民用建筑外，在高层建筑、水利工程、桥梁、道路、港口、井巷、硐室、深基础等重要工程中更是必不可少的材料。 4.9.1 混凝土外加剂的定义及分类 1.混凝土外加剂的定义 根据现行标准《混凝土外加剂定义、分类、命名与术语》（GB/T 8075－2005）规定: 混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料，以下简称为外加剂。 4.9混凝土的外加剂 4.9.2 外加剂的分类 1. 外加剂按其功能可分为如下四类： （1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂和泵送剂等； （2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、促凝剂和速凝剂等； （3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等； （4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。 外加剂按主要功能分类，具有简明、适用的优点，也符合命名原则 当某种外加剂（主要是复合外加剂）具有一种以上的主要功能时，则按其一种以上功能命名。 如某种外加剂具有减水作用和早强作用时，为早强减水剂； 当某种外加剂具有减水和引气作用时，则称为引气减水剂等。 2. 按化学成分分类: （1）无机物外加剂 （2）有机物外加剂 （3）复合外加剂 （1）无机物外加剂: 包括各种无机盐类、一些金属单质和少量氢氧化物等， 如早强剂中的CaCl2和Na2SO4 加气剂中的铝粉 防水剂中的氢氧化铝等。 （2）有机物外加剂: 这类外加剂占混凝土外加剂的绝大部分，种类极多，其中大部分属于表面活性剂的范畴。有： 阴离子型、阳离子型、非离子型及高分子型表面活性剂等。如减水剂中的木质素磺酸盐、萘磺酸甲醛缩合物等。 有一些有机外加剂本身并不具有表面活性作用，但却可用作为优质外加剂。 （3）复合外加剂： 适当的无机物与有机物复合制成的外加剂，往往具有多种功能或使某项性能得到显著改善，这也是“杂交优势”在外加剂技术中的体现，是外加剂的发展方向之一。 4.9.3 混凝土减水剂的定义及分类 1. 定义 在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂称为混凝土减水剂。 减水剂还可和其它外加剂复合，形成早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等。 这些外加剂一般同时具有两种主要功能，是应用很广的减水剂品种。 10 2. 分类 按减水率的大小混凝土减水剂可分为： 普通型减水剂（减水率≥8%） 高效型减水剂（减水率≥14%） （1）混凝土工程中可采用下列普通减水剂： 木质素磺酸盐类 包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁及丹宁等。 （2）混凝土工程中可采用下列高效减水剂： 1）多环芳香族磺酸盐类：萘和萘的同系磺化物与甲醛缩合的盐类、胺基磺酸盐等。 2）水溶性树脂磺酸盐类：磺化三聚氰胺树脂、磺化古马隆树脂等。 3）脂肪族类：聚羧酸盐类、聚丙烯酸盐类、脂肪族羟甲基磺酸盐高缩聚物等。 4）其它改性类：改性木质素磺酸钙、改性丹宁等。 4.9.4 减水剂的作用机理 目前开发的混凝土减水剂均为具有较高分子量（一般为1500～10000）的有机化合物，一般认为属于表面活性剂的范畴。 凡能显著降低溶剂（通常指水）表面张力的物质称为表面活性剂。 通常认为，当其浓度达0.2%时，水的表面张力应降低到45×10-5N/cm以下。 表面活性剂的分子具有两极构造: 一端为易溶于油而难溶于水的非极性亲油基团，如长链烷基原子团等； 一端为易溶于水而难溶于油的极性亲水基团，如羟基（-OH）、羧基（-COOH）、磺酸基（-SO3H）等。 表面活性剂分子结构示意如图5-1所示。——教材P68 图5-1 表面活性剂分子构造 表面活性剂溶于水后，由于两极分子构造，很快从溶液中向界面富集并作定向排列，形成单分子吸附膜，从而显著降低溶液的表面张力，这种现象称为表面活性。如图5-2所示，（——教材P68） 表面活性剂在降低表面张力的同时，可起到分散、润湿、乳化、起泡、洗涤等多种作用。 图5-2 单分子吸附膜及胶束 随着表面活性剂浓度的不断增加，界面上富集的表面活性剂分子呈现出饱和状态，多余的表面活性剂分子开始形成亲水基向外、亲油基向里的胶束（见图5-2），此时表面张力不再降低。 1. 吸附－分散作用 水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，而形成许多絮凝结构，使10%～30%的水包裹其中从而降低了混凝土拌合物的流动性。 （见图5-3 ，——教材P68） 图5-3 水泥浆的絮凝结构 图5-2 单分子吸附膜及胶束 当加入适量减水剂后，减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液。由于亲水基团的离解，使水泥颗粒表面带上电性相同的电荷并随减水剂的浓度增大而增大，从而产生了静电斥力，导致水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，包裹其中的拌合水释放出来，从而有效地增大了混凝土拌合物的流动性（图5-4）。 图5-4 减水剂的分散作用示意 2. 润湿作用 由于减水剂分子在界面上定向排列，降低了表面张力，提高了水对水泥颗粒的润湿能力。 所形成的单分子溶剂化水膜，一方面破坏了絮凝结构，使水泥颗粒充分分散，增大了水泥颗粒与水的接触表面积，另一方面具有一定的润湿作用。 所以在宏观上表现为混凝土拌合物流动性增大，水泥强度增长迅速。 4.9.5 减水剂的技术性能 混凝土减水剂及其它外加剂的技术性能均按照《混凝土外加剂》(GB 8076－2008)和《混凝土外加剂均质性试验方法》(GB 8077－2000)规定的方法进行。 掺加不同外加剂拌制的混凝土应通过试验满足表5-1的性能要求。 ）。见（——教材P68-69） 掺外加剂混凝土的性能指标——表5-1 4.9.6 减水剂在建筑工程中的应用 1. 减水剂的基本作用 结合减水剂的作用机理和混凝土强度经验公式（详见第6章）可以看到，不考虑具体种类差别的影响，任何减水剂都具有以下的基本作用： （1）在不减少单位用水量的情况下，水灰比不变，混凝土强度不变，改善新拌混凝土的工作度，提高流动性。 （2）在保持一定的工作度下，减少用水量，水灰比减小，提高混凝土的强度。 （3）在保持一定强度的情况下，减少水泥用量，减少用水量，水灰比不变，节约水泥。 实际上，由于减水剂种类的差别，分子结构的不同，不同减水剂对混凝土的凝结硬化过程、各种技术性质都将产生不同的影响。 2. 减水剂品种的选用 减水剂种类比较多，如普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂、引气减水剂等，不同减水剂对混凝土各种性能的影响决定了其使用范围，可依据实际使用目的进行选取。 实际工程中所选用减水剂必须满足以下基本性能的要求： （1）能满足使用目的的要求，但不改变混凝土的其它性能； （2）在运输和储存过程中能保持良好的均匀性和稳定性； （3）在早期和后期对混凝土中的钢筋和其它预埋件没有危害； （4）使用过程中不会对人体和环境造成危害。 当减水剂品种选定时，应采用实际工程用的原料进行混凝土试配试验，并掺用不同厂家的同种减水剂，根据试验结果确定技术经济效果最佳的产品。 3. 减水剂的掺量 减水剂的掺量以水泥用量（或胶凝材料总量）的百分比表示 最佳掺量决定了所配制混凝土的技术经济效果。 应根据减水剂的产品说明书通过试配确定。 减水剂的最佳掺量与许多因素有关: 包括水泥品种、矿物组成、矿物掺合料、水泥缓凝石膏的品种、拌合物起始流动性、养护条件和环境温度等。 减水剂的掺量应适当，要避免掺量过大。 普通减水剂掺量过大时，可能会造成严重的缓凝，导致混凝土后期强度损失过大； 高效减水剂掺量过大时并不能明显增大混凝土的减水率，反而会造成离析、泌水和大坍落度损失； 引气减水剂掺量过大会损失后期强度； 早强减水剂超量掺加会使混凝土后期强度损失，并产生白霜盐析现象； 缓凝减水剂超量则导致混凝土长期不凝结，水分散失后表面起砂，严重影响混凝土强度。 4. 减水剂对水泥的适应性 水泥品种、矿物组成、掺合料、石膏种类、水泥细度、碱含量的不同，都会导致减水剂最作掺量、掺加效果的显著差别，甚至导致减水剂完全失去作用。 实际工程中，必须对水泥或减水剂做出合理的选择，使其相互适应、匹配。 感谢观看 $$