第五章水泥混凝土 CONCRETE

第五章水泥混凝土CONCRETE Part 4

第四节混凝土外加剂 • 混凝土的第五组分 • 定义：在拌制混凝土过程中掺入的不超过水泥重量的5%（特殊情况除外），且能使混凝土按需要改变性质的物质，称为混凝土外加剂。

混凝土外加剂的分类 • 按化学成分可分成三类：（１）无机化合物，多为电解质盐类；（２）有机化合物，多为表面活性剂；（３）有机无机复合物。 • 按功能分为四类：（ｌ）改善混凝土拌合物流变性能；（２）调节混凝土凝结时间，硬化性能；（３）改善混凝土耐久性能；（４）改善混凝土其他性能。

一、混凝土外加剂的物理化学基础 1.有机化合物：多为各种表面活性剂。 • 表面活性剂分子结构 • 亲水基团：以羟基、羧酸盐基、磺酸盐基及胺基为代表的原子团，易溶于水，极性。对水等极性分子具有较强的亲和力。 • 憎水基团：以脂肪烃及芳香烃等为代表的原子团，难溶于水，非极性。对空气、油等非极性分子具有较强的亲和力。 • 当分子中亲水基团的亲水性较强而憎水基团的憎水性较弱时，表面活性剂呈亲水性的，反之呈憎水性的。

分类： • 按离子类型分类，分为离子型和非离子型。 • 　　其中离子型分为三种： • 阴离子型 • 阳离子型 • 两性离子型

对水泥混凝土的作用： • 表面活性剂主要起物理化学作用，改变水泥浆体的物理化学性质。 • 根据表面活性剂的不同，可起到: • 分散; • 稳定; • 引气; • 调凝等多种作用。

2.无机化合物 • 加气剂：铝粉 • 早强剂：氯化钙、氯化钠、硫酸钠等； • 速凝剂：铝酸钠、硅酸钠、碳酸钠等； • 缓凝剂：氧化锌、硼砂、氟硅酸钠等。

二、减水剂 • 指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。多为亲水性表面活性剂。

（一）减水剂的作用机理及作用效果 • 作用机理： • 分散作用 • 引气作用 • 润湿作用

作用效果： • 根据使用条件的不同，混凝土掺用减水剂后可以产生以下三方面的效果： • 在配合比不变的条件下，可增大混凝土拌和物的流动性，且不致降低混凝土的强度。 • 在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以减少用水量及水泥用量，以节约水泥。 • 在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可以减少用水量，从而降低水灰比，使混凝土的强度与耐久性得到提高。

(二）常用的减水剂 1.木质素系减水剂 2.萘系减水剂 3.树脂系减水剂 4.糖蜜系减水剂 5.复合减水剂

1. 木质素系减水剂 • 有木质素磺酸钙（木钙或M剂）、碱木素及纸浆废液塑化剂等。 • 以木钙为例： • 简称Ｍ剂,由生产纸浆或纤维浆的废液，经发酵提取酒精后的残渣，再经磺化、石灰中和、过滤喷雾干燥而成。 • 主要成分木质素磺酸钙60%以上。含糖率低于12%，pH值为4~6。

M剂的特性： • 掺量0.2%～0.3%，减水率10%左右，混凝土28天抗压强度提高10%～20%。在保持混凝土强度和坍落度不变的情况下，可节约水泥8%～10%。 • 有缓凝作用，并可减少水泥水化放热的速率。 • 价格低廉，用途广泛。

2.萘系减水剂 • 萘系减水剂为高效减水剂， • 以煤焦油中分馏出的萘及萘的同系物为原料，经磺化、水解、缩聚、中和而得。 • 有NF、NNO、FDN、MF、ZB-1等等。

萘系减水剂的特性： • 掺量较小，适宜掺量为0.5%~1.5%，多为0.5%～0.75%。 • 减水率15%～20%以上，混凝土28天抗压强度提高20%以上。 • 有早强作用。 • 掺入非引气型高效减水剂，可将混凝土的水灰比降至0.25～0.35，可配制高强混凝土。 • 可配制大流动性混凝土和泵送混凝土。 • 可与早强剂、缓凝剂或引气剂复合使用。

3.树脂系减水剂 水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂。由三聚氰胺、甲醛、亚硫酸钠按适当比例、在一定条件下经磺化、缩聚而成，为阴离子表面活性剂。我国产品有ＳＭ树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。

ＳＭ适宜掺量为0．5％～２.０％，减水率达２０％～２７％。ＳＭ适宜掺量为0．5％～２.０％，减水率达２０％～２７％。对混凝土早强与增强效果显著，能使混凝土1d 强度提高一倍以上，７ｄ强度即可达空白混凝土２８d的强度，长期强度亦明显提高，并可提高混凝土的抗渗、抗冻性能及弹性模量。树脂系减水剂特性：

4.糖蜜类减水剂 • 糖渣或废蜜为原料，用石灰中和所得的盐类物质。属非离子型亲水性表面活性剂。 • 主要产品有：糖蜜塑化剂、甜菜糖渣减水剂及糖蜜酒精糟减水剂。

糖蜜系减水剂的特性： • 掺量0.2%～0.3%，减水率6%～8%，混凝土28天抗压强度提高10%～15%。 • 有显著的缓凝作用。 • 可改善混凝土的粘聚性，降低水化热以及提高混凝土抗渗性、抗冻性及抗冲磨性等。 • 适用于大体积混凝土工程及夏季混凝土施工。

5.复合减水剂 • 可与引气剂、早强剂或消泡剂复合，不同减水剂也可复合，可获得两种外加剂的双重效果。

减水剂的使用 • 掺加方法： • 同掺法 • 后掺法 • 滞水掺入法 • 坍落度损失：混凝土拌和物的流动性一般随停放时间的延长而降低。

三、缓凝剂 • 品种： 1.多羟基碳水化合物类：木质素系、糖钙类 2.羟基羧酸及其盐类：酒石酸、柠檬酸、酒石酸钾钠 3.无机盐类：磷酸钠、硼砂 • 作用机理不同的品种，机理不同，主要以下列三种方式： 1.影响水泥矿物成分的水化速度； 2.影响水泥水化产物与硫酸盐（石膏）相互作用速度； 3.影响水泥水化产物的生成速度或水化产物的粘结和结晶特性。

常用缓凝剂 • 木钙 • 糖蜜 • 柠檬酸 • 酒石酸 • 酒石酸钠等

四、引气剂 • 引气剂是指在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。 • 引气剂也是表面活性剂，其憎水基团朝向气泡，亲水基团吸附一层水膜，由于引气剂离子对液膜的保护作用，使气泡不易破裂。 • 引入的这些微小气泡（直径为20~1000μｍ）在拌合物中均匀分布，明显地改善混合料的和易性，提高混凝土的耐久性（抗冻性和抗渗性），使混凝土的强度和弹性模量有所降低。

引气剂 • 品种： • 松香热聚物、松脂皂及801引气剂等。 • （品牌有DH9、PC-2、H10、AEA等） • 作用机理： • 降低界面张力，引气，稳定泡膜。 • 作用效果： • 改善混凝土拌和物的和易性； • 提高混凝土的耐久性（抗冻性、抗渗性、抗裂性） • 强度和耐磨性下降。

五、早强剂 • 能加速混凝土早期强度发展的外加剂，多用于冬季施工或紧急抢修工程。 • 常用的早强剂有：氯盐类、硫酸盐类、有机胺类等。

（１）氯盐类早强剂 • 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。 • 氯化钙的早强作用主要是因为它能与Ｃ3Ａ和Ｃa（ＯＨ）2反应，生成不溶性复盐水化氯铝酸钙和氧氯酸钙，增加水泥浆体中固相比例，提高早期强度；同时液相中Ｃａ（ＯＨ）2浓度降低，也使Ｃ3Ｓ、C2S 加速水化，使早期强度提高。

适宜掺量为１％～２％。 • 早强效果显著，能使混凝土３ｄ强度提高５０％～１００％，７ｄ强度提高２０%～４０％。 • 氯化钙早强剂因其能产生氯离子，易促使钢筋产生锈蚀，故施工中必须严格控制掺量。 • 我国规范中规定：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％。

（２）硫酸盐类（硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠）（２）硫酸盐类（硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠） • 硫酸盐的早强作用主要是与水泥的水化产物Ｃa（ＯＨ）2反应，生成高分散性的化学石膏，它与Ｃ３Ａ的化学反应比外掺石膏的作用快得多，能迅速生成水化硫铝酸钙，增加固相体积，提高早期结构的密实度，同时也会加快水泥的水化速度，因而提高混凝土的早期强度。 • 硫酸钠的适宜掺量为０．５％～２％，常以复合使用效果更佳。 • 使用时应防止引起碱集料反应。

（３）有机胺类（三乙醇胺，三乙丙醇胺） 三乙醇胺是一种非离子型表面活性剂，它不改变水化生成物，但能在水泥的水化过程中起着“催化作用”，与其他早强剂复合效果更好。 • （４）其它：如甲酸盐等有些减水剂具有早强效果。也有些早强减水剂是由早强剂和减水剂复合而成。

六、速凝剂 • 能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。多用于喷射混凝土及紧急抢修工程。 • 主要产品：红星一型、711型、782型及ZC-2等。 • 主要成分：铝氧熟料（烧结铝酸钠）

七、其它外加剂 • 复合外加剂 • 防冻剂 • 膨胀剂

第五节混凝土的掺合料 • 为了节约水泥、改善混凝土的性能，在混凝土拌制时掺入的掺量大于水泥质量5%的矿物质粉末，称为混凝土掺合料。

一、粉煤灰 • 从煤粉炉排出的烟气中收集的颗粒粉末。 • 按排放方式不同： • 湿排灰 • 干排灰：静电收尘灰、机械收尘灰 • 再加工：磨细灰、风选灰

（一）质量要求 • 化学成分： • SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3 • 矿物组成：铝硅玻璃体。 • 结构： • 玻璃微珠（实心、空心） • 多孔玻璃体 • 玻璃碎屑 • 结晶体 • 碳粒

一般混凝土对粉煤灰的品质指标要求: • 烧失量; • 细度; • ＳＯ3含量 • 需水量比等。 • 按（ＧＢ１５９６—９１）规定，用于混凝土中的粉煤灰分为 I、II、III三个等级，其相应的技术要求列于P87表 5-10。

GB1596-91《用于水泥混凝土中的粉煤灰》，用作掺合料的粉煤灰成品分为三个等级：GB1596-91《用于水泥混凝土中的粉煤灰》，用作掺合料的粉煤灰成品分为三个等级：

粉煤灰效应 • 粉煤灰由于其本身的化学成分、结构和颗粒形状等特征，在混凝土中可产生三种效应，总称为“粉煤灰效应”。 • （１）活性效应。 • （２）颗粒形态效应 • （３）微骨料效应

粉煤灰对混凝土性能的改善作用 （1）改善混凝土的和易性；（2）能提高混凝土的强度，特别是后期强度；（3）降低单位体积混凝土内的水化热；（4）能减少混凝土的收缩，主要是减少干燥收缩；（5）显著改善混凝土的耐久性，特别是改善混凝土的抗渗性、抗腐蚀性，抑止混凝土的碱一集料反应。

掺用方法 • 等量取代水泥法 • 粉煤灰代砂法 • 超量取代水泥法 • 双掺技术

二、硅粉 • 从冶炼硅铁及其他硅金属工厂的废烟气中回收的副产品，其主要成分为无定形二氧化硅。 • 特点： • 细（0.1～1微米、比表面积20000～25000m2/kg） • 活性高。 • 作用效果： • 改善混凝土拌和物的和易性。 • 配制高强混凝土。 • 改善混凝土的孔隙结构。

三、粒化高炉矿渣粉 • 粒化高炉矿渣粉（简称矿渣粉）是指符合GB/T 203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。 • 按28d活性指数分为三个级别。

矿渣各龄期的活性指数按下式计算，计算结果取整数。A7＝R7/R07×100式中A7 ——7d活性指数，％；R07 ——对比样品7d抗压强度，MPa；R7 ——试验样品7d抗压强度，MPa。A28=R28/R028×100式中A28 ——28d活性指数，％；R028 ——对比样品28d抗压强度，MPa；R28 ——试验样品28d抗压强度，MPa。

用途： • 粒化高炉矿渣粉可以等量取代水泥，并降低水化热、提高抗渗性和耐蚀性、抑制碱骨料反应和提高长期强度等，可用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土工程。 • 大掺量粒化高炉矿潭粉混凝土特别适用于大体积混凝土、地下和水下混凝土、耐硫酸混凝土等。 • 超细矿渣可用于高强混凝土、高性能混凝土等。

超细矿渣 • 超细粉磨的粒化高炉矿渣，具有高活性合高表面能。 • 作用：替代硅灰配制高强及超高强混凝土。 • 作用效果： • 配制高强及超高强混凝土； • 配制的混凝土干缩小，抗冻、抗渗性能高，耐久性改善； • 和易性改善，可配制出大流动性切不离析的泵送混凝土。 • 成本低，经济效益明显。

五、其他掺和料 • 天然火山灰质材料合某些工业副产品。 • 品种： • 火山灰； • 凝灰岩； • 钢渣； • 凝矿渣等。

补充1：掺减水剂的混凝土配合比设计 • 原则：以未掺减水剂的基准混凝土为基础调整。 1.以提高混凝土拌和物的流动性为主要目的时的配合比设计 • 可适当调整砂率，保持粗细骨料总用量不变。

第五章水泥混凝土 CONCRETE