1、5.4 混凝土的外加劑與摻合料5.4.1 混凝土外加劑 “上世紀(jì)30年代開(kāi)始采用的以引氣劑與塑化劑為主的混凝土外加劑技術(shù)，對(duì)優(yōu)質(zhì)混凝土的四大要素，即耐久性、強(qiáng)度、工作性與經(jīng)濟(jì)性，產(chǎn)生了十分明顯甚至是決定性的作用。時(shí)至今日，外加劑已成為現(xiàn)代混凝土不可缺少的組分.摻加各種外加劑已成為混凝土改性的一條必經(jīng)的技術(shù)途徑”。 院士一、 砼外加劑的定義與分類(lèi) 依據(jù)混凝土外加劑分類(lèi)、命名與定義（GB8075）: 混凝土外加劑是指在混凝土拌和過(guò)程中摻入的，用以改善混凝土性能的物質(zhì)，摻量一般不超過(guò)水泥質(zhì)量的5。外加劑的分類(lèi)按其主要功能分為四類(lèi)：（1）改善混凝土拌合物流變性能的外加劑。 包括各種減水劑、引氣劑和泵送

2、劑等。（2）調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑。包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑等。（3）改善混凝土耐久性的外加劑。包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。（4）改善混凝土其它性能的外加劑。包括防凍劑、膨脹劑、著色劑等。使用外加劑的主要目的、改善新拌混凝土、砂漿、水泥漿的性能如：不增加用水量而提高和易性、或和易性相同減少用水量；縮短或延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間；減少泌水和離析；減小坍落度損失。使用外加劑的主要目的、改善硬化混凝土、砂漿、水泥漿的性能，如：提高混凝土強(qiáng)度（壓、拉、彎）；提高耐久性，特別是抵抗嚴(yán)酷的暴露環(huán)境；阻止或減緩混凝土中鋼筋的銹蝕；控制與減緩堿骨料反應(yīng)造成的膨脹破壞。二、 常用外加劑的性能與選用工程上常

3、用的混凝土外加劑主要有： 減水劑 早強(qiáng)劑 緩凝劑 引氣劑 防凍劑 速凝劑 膨脹劑等（一） 減水劑 Water Reducer 早在20世紀(jì)30年代初，美國(guó)就使用亞硫酸鹽紙漿廢液用于改善混凝土的和易性。1937年，E.W斯克里徹獲得此項(xiàng)專(zhuān)利。4060年代，木質(zhì)素系的減水劑研究和開(kāi)發(fā)。60年代初，日本和前西德發(fā)明了三種高效減水劑。1、減水劑的定義定義減水劑是指在混凝土坍落度基本相同的條件下，能顯著減少其拌和水量的外加劑。分類(lèi)普通減水劑和高效減水劑兩大類(lèi)。2、減水劑的作用原理常用減水劑均屬表面活性劑，是由親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)兩個(gè)部分組成。當(dāng)水泥加水拌合后，由于水泥顆粒間分子凝聚力的作用，使水泥漿形成絮

4、凝結(jié)構(gòu)，包裹了一定的拌合水（游離水），從而降低了混凝土拌合物的和易性。如在水泥漿中加入適量的減水劑，由于減水劑的表面活性作用，致使憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團(tuán)指向水溶液，使水泥顆粒表面帶有相同的電荷。在電斥力作用下，使水泥顆粒互相分開(kāi)，絮凝結(jié)構(gòu)解體，包裹的游離水被釋放出來(lái)，從而有效地增加了混凝土拌合物的流動(dòng)性。減水劑的作用原理當(dāng)水泥顆粒表面吸附足夠的減水劑后，使水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化膜層，它阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起潤(rùn)滑作用，也改善了混凝土拌和物的和易性。此外，由于水泥顆粒被有效分散，顆粒表面被水分充分潤(rùn)濕，增大了水泥顆粒的水化面積，使水化比較充分，從而也提

5、高了混凝土的強(qiáng)度。水泥漿的絮凝結(jié)構(gòu)3、減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果效果：1）增加流動(dòng)性。W,W/C=定值，坍落度可增大100200mm，且不影響混凝土的強(qiáng)度。2）提高混凝土強(qiáng)度。C,流動(dòng)性定值，可減少拌和水量1015，從而降低水灰比，使混凝土強(qiáng)度提高1520，特別是早期強(qiáng)度提高更為顯著。3）節(jié)約水泥。流動(dòng)性,W/C=定值，可以在減少拌合水量的同時(shí)，相應(yīng)減少水泥用量，即在保持混凝土強(qiáng)度不變時(shí)，可節(jié)約水泥用量1015。減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果4）改善混凝土的耐久性。由于減水劑的摻入，顯著地改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的密實(shí)度提高，透水性可降低4080，從而可提高抗?jié)B、抗凍、耐化學(xué)腐蝕及防銹蝕等能力。 此外，

6、還可以改善混凝土拌合物的泌水、離析現(xiàn)象，延緩混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間，減慢水泥水化放熱速度和配制特種混凝土。4、目前常用的減水劑普通減水劑： 木質(zhì)素系（木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉、 木質(zhì)素磺酸鎂） 高效減水劑： 萘系（萘磺酸鹽甲醛縮合物） 樹(shù)脂系（三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮聚物） 木質(zhì)素系減水劑包括木質(zhì)素磺酸鈣（木鈣）、木質(zhì)素磺酸鈉（木鈉）、木質(zhì)素磺酸鎂（木鎂）。制備：是以生產(chǎn)紙漿或纖維漿剩余下來(lái)的亞硫酸漿廢液為原料，采用石灰乳中和，經(jīng)生物發(fā)酵除糖、蒸發(fā)濃縮、噴霧干燥而制得的棕黃色粉末。適宜摻量：為水泥質(zhì)量的0.2%0.3%效果： 減水率為1015； 28d抗壓強(qiáng)度提高1020； 坍落度可增大8010

7、0mm； 節(jié)約水泥用量10左右。木鈣減水劑的應(yīng)用注意： 有緩凝作用，摻量過(guò)多或在低溫下緩凝作用更為顯著，而且還可能使混凝土強(qiáng)度降低。可用于： 一般混凝土工程，尤其適用于大體積澆筑、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。不宜于： 不宜單獨(dú)用于冬季施工，在日最低氣溫低于5時(shí)，應(yīng)與早強(qiáng)劑或早強(qiáng)劑、防凍劑復(fù)合使用。也不宜單獨(dú)用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土，以免蒸養(yǎng)后混凝土表面出現(xiàn)酥松現(xiàn)象。 萘磺酸鹽系減水劑制備是以工業(yè)萘或由煤焦油分餾出的含萘及萘的同系物為原料，經(jīng)磺化、水解、縮合、中和、過(guò)濾、干燥而制成，一般為棕黃色粉末，也有為棕色粘稠液體。主要品牌有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建型、NHJ等。適宜

8、摻量： 水泥質(zhì)量的0.5%1.0%萘系減水劑的效果與用途效果： 減水率為1025； 強(qiáng)度提高20以上； 節(jié)約水泥1020； 抗?jié)B、耐久性等均改善，且對(duì)鋼筋無(wú)腐蝕作用。適用于： 早強(qiáng)、高強(qiáng)、流態(tài)、蒸養(yǎng)混凝土 樹(shù)脂減水劑制備是以一些水溶性樹(shù)脂為主要原料制成的減水劑，如三聚氰胺樹(shù)脂、古瑪隆樹(shù)脂等。該類(lèi)減水劑被譽(yù)為減水劑之王。我國(guó)產(chǎn)品有SM樹(shù)脂減水劑。SM減水劑摻量： 為水泥質(zhì)量的0.5%2.0%效果： 減水率為2027； 3d強(qiáng)度提高30100； 28d強(qiáng)度可提高2030； 同時(shí)提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性能。樹(shù)脂減水劑的用途SM減水劑適于： 配制高強(qiáng)混凝土、早強(qiáng)混凝土、流態(tài)混凝土、泵送混凝土、自密實(shí)混

9、凝土、蒸養(yǎng)混凝土等（二） 早強(qiáng)劑定義早強(qiáng)劑是加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。適于在低溫施工時(shí)使用。在負(fù)溫下使用的早強(qiáng)劑稱(chēng)為防凍劑或防凍早強(qiáng)劑，用途在低溫和負(fù)溫條件下它能夠降低冰點(diǎn)，使拌合物中的水分不會(huì)很快結(jié)冰，使水泥繼續(xù)水化，達(dá)到抵抗冰體膨脹的臨界強(qiáng)度。多用于冬季施工和搶修工程。分類(lèi)主要有: 氯鹽類(lèi) 硫酸鹽類(lèi) 有機(jī)胺類(lèi)三種。 氯鹽類(lèi)早強(qiáng)劑主要有氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋁及三氯化鐵等，其中以氯化鈣應(yīng)用最廣。其適宜摻量為水泥質(zhì)量的0.5%1.0%，能使混凝土3d強(qiáng)度提高50100，7d強(qiáng)度提高2040，同時(shí)能降低混凝土中水的冰點(diǎn)，防止混凝土早期受凍。缺點(diǎn)含氯有離子，會(huì)使鋼筋銹蝕，并導(dǎo)致混凝土開(kāi)

10、裂。為了抑制氯化鈣對(duì)鋼筋的銹蝕作用，常將氯化鈣與阻銹劑亞硝酸鈉（NaNO2）復(fù)合使用。 硫酸鹽類(lèi)早強(qiáng)劑主要有硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸鋁鉀等，其中硫酸鈉應(yīng)用較多。一般摻量為0.5%2.0%，當(dāng)摻量1%1.5%時(shí)，達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度70的時(shí)間可縮短一半左右.使用注意事項(xiàng)硫酸鈉對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕作用，適用于不允許摻用氯鹽的混凝土。但由于它與Ca(OH)2作用生成強(qiáng)堿Na(OH)2，為防止堿骨料反應(yīng)，硫酸鈉嚴(yán)禁用于含有活性骨料的混凝土。同時(shí)應(yīng)注意硫酸鈉不能超量摻加，以免導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生后期膨脹開(kāi)裂破壞，以及防止混凝土表面產(chǎn)生“白霜”。 有機(jī)胺類(lèi)早強(qiáng)劑主要有三乙醇胺、三異丙醇胺、二乙醇胺等，其中

11、早強(qiáng)效果以三乙醇胺為佳。摻量為水泥質(zhì)量的0.02%0.05%，能使混凝土早期強(qiáng)度提高50左右。與其它外加劑（如氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉等）復(fù)合使用，早強(qiáng)效果更加顯著。（三） 引氣劑1、定義引氣劑是指在混凝土攪拌過(guò)程中，能引入大量分布均勻的微小氣泡，以減少混凝土拌合物泌水離析，改善和易性，并能顯著提高硬化混凝土抗凍融耐久性的外加劑。目前應(yīng)用較多的引氣劑為松香熱聚物、松香皂、烷基苯磺酸鹽等。2、引氣劑的作用機(jī)理引氣劑屬憎水性表面活性劑，能顯著降低水的表面張力和界面能，使水溶液在攪拌過(guò)程中極易產(chǎn)生許多微小的封閉氣泡，氣泡直徑多在50250m。每立方米混凝土拌合物中可生成數(shù)百億個(gè)個(gè)氣泡。同時(shí)引氣劑定向吸

12、附在氣泡表面，形成較為牢固的液膜，使氣泡穩(wěn)定而不破裂。大量微小、封閉并均勻分布?xì)馀莸拇嬖冢够炷恋哪承┬阅艿玫矫黠@改善。3、引氣劑的效果 顯著提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性。 改善拌合物的和易性。 降低強(qiáng)度。（一般含氣量每增加1時(shí)，其抗壓強(qiáng)度將降低45，抗折強(qiáng)度降低23。）摻引氣劑前摻引氣劑后4、引氣劑的應(yīng)用 可用于：（大壩、堤防、橋梁、公路、嚴(yán)寒地區(qū)建筑）抗凍混凝土抗?jié)B混凝土貧混凝土輕混凝土等 不宜用于：蒸養(yǎng)混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土。（四） 緩凝劑緩凝劑是指能延緩混凝土凝結(jié)時(shí)間，并對(duì)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展無(wú)不利影響的外加劑。緩凝劑主要有四類(lèi)： 糖類(lèi)，如糖蜜； 木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi)，如木鈣、木鈉； 羥基羧酸及其

13、鹽類(lèi)，如檸檬酸、酒石酸； 無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，如鋅鹽、硼酸鹽等。常用的緩凝劑是木鈣和糖蜜，其中糖蜜的緩凝效果最好。緩凝劑的作用主要適用于大體積混凝土、炎熱氣候下施工的混凝土以及需長(zhǎng)時(shí)間停放或長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)幕炷痢？傻窒颦h(huán)境溫度高（熱天），混凝土凝結(jié)硬化加快的影響，使其在澆注期間保持工作度，特別在分層澆注時(shí)保持工作度，以避免冷縫或結(jié)構(gòu)不連續(xù)問(wèn)題的出現(xiàn)。緩凝劑不宜用于日最低氣溫5以下施工的混凝土，也不宜單獨(dú)用于有早強(qiáng)要求的混凝土及蒸養(yǎng)混凝土. 糖蜜緩凝劑糖蜜緩凝劑是制糖下腳料經(jīng)石灰處理而成，也是表面活性劑.摻入混凝土拌和物中，能吸附在水泥顆粒表面，形成同種電荷的親水膜，使水泥顆粒相互排斥，并阻礙水泥水化，從

14、而起緩凝作用。糖蜜的適宜摻量為0.1%0.3%，混凝土凝結(jié)時(shí)間可延長(zhǎng)24h，摻量過(guò)大會(huì)使混凝土長(zhǎng)期酥松不硬，強(qiáng)度嚴(yán)重下降。（五） 防凍劑定義指在規(guī)定溫度下，能顯著降低混凝土的冰點(diǎn)，使混凝土液相不凍結(jié)或僅部分凍結(jié)，以保證水泥的水化作用，并在一定的時(shí)間內(nèi)獲得預(yù)期強(qiáng)度的外加劑。常用的防凍劑有： 氯鹽類(lèi)（氯化鈣、氯化鈉）； 氯鹽阻銹類(lèi)（以氯鹽與亞硝酸鈉阻銹劑復(fù)合而成）； 無(wú)氯鹽類(lèi)（以硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽、乙酸鈉或尿素復(fù)合而成）。防凍劑的選用氯鹽類(lèi)防凍劑適用于無(wú)筋混凝土；氯鹽阻銹類(lèi)可用于鋼筋混凝土；無(wú)氯鹽類(lèi)防凍劑可用于鋼筋混凝土工程和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土工程。另外，含有六價(jià)鉻鹽、亞硝酸鹽等有毒成分的防凍

15、劑，嚴(yán)禁用于飲水工程及與食品接觸的部位。(六) 速凝劑定義是指能使混凝土迅速凝結(jié)硬化的外加劑。速凝劑主要有無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和有機(jī)物類(lèi)。常用的速凝劑主要是無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，型號(hào)有紅星型、711型、728型、8604型等速凝劑的效果速凝劑摻入混凝土后，能使混凝土在5min內(nèi)初凝，10min內(nèi)終凝，1h就可產(chǎn)生強(qiáng)度，1d強(qiáng)度提高23倍，但后期強(qiáng)度會(huì)下降，28d強(qiáng)度約為不摻時(shí)的8090。速凝劑主要用于礦山井巷、鐵路隧道、引水涵洞、地下工程以及噴錨支護(hù)時(shí)的噴射混凝土或噴射砂漿工程中。（七） 膨脹劑膨脹劑：能使混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生微量體積膨脹。種類(lèi)：硫鋁酸鹽類(lèi)、氧化鈣類(lèi)、金屬類(lèi)等。注意：（1）摻硫鋁酸鹽類(lèi)膨脹劑的膨脹混凝土（或砂漿），不得用于長(zhǎng)期處于溫度為80以上的工程中。（2）摻硫鋁酸鹽類(lèi)或氧化鈣類(lèi)膨脹劑的混凝土，不宜同時(shí)使用氯鹽類(lèi)外加劑。（3）摻鐵屑膨脹劑的填充用膨脹砂漿，不得用于有雜散電流的工程，也不得用在與氯鎂材料接觸的部位 其它外加劑防水劑、泵送劑等；復(fù)合功能的外加劑：如早強(qiáng)減水劑、緩凝減水劑、引氣減水劑、減水膨脹劑、膨脹防水劑等.外加劑的選擇和使用注意以下幾點(diǎn)：外加劑品種的選擇。根據(jù)工程需要，現(xiàn)場(chǎng)的材料條件，參考有關(guān)資料，通過(guò)試驗(yàn)確定。外加劑摻量的確定通過(guò)試驗(yàn)試配確定最佳摻量。外加