土木工程材料 第四章混凝士 CONCRETE Part 4 张德思教揽
土木工程材料 第四章 混凝土 CONCRETE 张德思教授 主讲 Part 4
5.混凝土外加剂 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程 中掺入的,用以改善混凝土性能的物 质。一般情况摻量不超过水泥质量的 5% 混凝土中掺入外加剂,是行之有 效的改善混凝土性能的措施。随着科 学技术的不断进步,外加剂己越来越 多地得到发展和使用。因此,外加剂 已成为混凝土中除由四种基本材料以 外的第五种组分
5. 混凝土外加剂 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程 中掺入的，用以改善混凝土性能的物 质。一般情况掺量不超过水泥质量的 5%。 混凝土中掺入外加剂，是行之有 效的改善混凝土性能的措施。随着科 学技术的不断进步，外加剂已越来越 多地得到发展和使用。因此，外加剂 已成为混凝土中除由四种基本材料以 外的第五种组分
e5.1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: )改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如 各种减水剂、泵送剂、保水剂等。 (2)调节混凝土凝结时间,硬化性能的外加剂。 如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。 (3)改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂 防水剂和阻锈剂等。 4)改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、 膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂、碱骨料反应抑制 剂、隔离剂、养护剂等
5.1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的外加剂。如 各种减水剂、泵送剂、保水剂等。 （２）调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加剂。 如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。 （３）改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂、 防水剂和阻锈剂等。 （４）改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、 膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂、碱骨料反应抑制 剂、隔离剂、养护剂等
5.2常用混凝土外加剂 5.2.1.减水剂 减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的 条件下,能减少拌合用水量的外加剂。 (1)减水剂的作用机理 减水剂多属于表面活性剂,它的分子结 构是由亲水基团和憎水基团组成,当两种物质 接触时(如水一水泥,水一油,水一气),表 面活性剂的亲水基团指向水,憎水基团朝向水 泥颗粒(油或气)。减水剂能提高混凝土拌合 物和易性及混凝土强度的原因,是由于其表面 活性物质间的吸附一分散作用,及其润滑、湿 润作用所致
5.2 常用混凝土外加剂 5.2.1．减水剂 减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的 条件下，能减少拌合用水量的外加剂。 （1）减水剂的作用机理 减水剂多属于表面活性剂，它的分子结 构是由亲水基团和憎水基团组成，当两种物质 接触时（如水－水泥，水一油，水一气），表 面活性剂的亲水基团指向水，憎水基团朝向水 泥颗粒（油或气）。减水剂能提高混凝土拌合 物和易性及混凝土强度的原因，是由于其表面 活性物质间的吸附一分散作用，及其润滑、湿 润作用所致
。水泥加水拌和后,由于水泥颗粒间分子引力的 作用,产生许多絮状物而形成絮凝结构,使 10%~30%的拌合水(游离水)被包裹在其 中,从而降低了混凝土拌合物的流动性。 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,亲水基端指向水溶液。由于亲 水基团的电离作用,使水泥颗粒表面带上电性 相同的电荷,产生静电斥力(图47a。),致 使水泥颗粒相互分散,导致絮凝结构解体,释 放岀游离水,从而有效地增大了混凝土拌合物 的流动性(图47b)
水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子引力的 作用，产生许多絮状物而形成絮凝结构，使 10％～ 30％的拌合水（游离水）被包裹在其 中，从而降低了混凝土拌合物的流动性。 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，亲水基端指向水溶液。由于亲 水基团的电离作用，使水泥颗粒表面带上电性 相同的电荷，产生静电斥力（图4—7a。），致 使水泥颗粒相互分散，导致絮凝结构解体，释 放出游离水，从而有效地增大了混凝土拌合物 的流动性（图4—7b）
阴离子表面活性剂类减水剂,其亲水基团极性很 强,易与水分子以氢键形式结合,在水泥颗粒表 面形成一层稳定的溶剂化水膜(图47),这层 水是很好的润滑剂,有利于水泥颗粒的滑动,从 而使混凝土流动性进一步提高。减水剂还能使水 泥更好地被水湿润,也有利于和易性的改善。 ②)一水泥顾粒 溶化剂水膜 电性斥力 减水剂 水泥颗粒 游离水 (a)静电斥力 (b)释放出游离水 图47减水剂的作用示意图
阴离子表面活性剂类减水剂，其亲水基团极性很 强，易与水分子以氢键形式结合，在水泥颗粒表 面形成一层稳定的溶剂化水膜（图4—7），这层 水是很好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从 而使混凝土流动性进一步提高。减水剂还能使水 泥更好地被水湿润，也有利于和易性的改善。 图4—7 减水剂的作用示意图
e(2)减水剂的经济技术效果 掺减水剂的混凝土与未掺减水剂基准 混凝土相比,具有如下效果 ①在保证混凝土混合物和易性和水泥 用量不变的条件下,可减少用水量,降低 水灰比,从而提高混凝土的强度和耐久性。 ②在保持混凝土强度(水灰比不变) 和坍落度不变的条件下,可节约水泥用量。 ③在保持水灰比与水泥用量不变的条件 下,可大大提高混凝土混合物的流动性, 从而方便施工
（２）减水剂的经济技术效果 掺减水剂的混凝土与未掺减水剂基准 混凝土相比，具有如下效果： ①在保证混凝土混合物和易性和水泥 用量不变的条件下，可减少用水量，降低 水灰比，从而提高混凝土的强度和耐久性。 ②在保持混凝土强度（水灰比不变） 和坍落度不变的条件下，可节约水泥用量。 ③在保持水灰比与水泥用量不变的条件 下，可大大提高混凝土混合物的流动性， 从而方便施工
e(3)减水剂的常用品种 ①木质素系减水剂 木质素系减水剂主要有木质素磺酸钙(木钙)、木 质素磺酸钠(木钠)和木质素磺酸镁(木镁)之分, 其中以木钙使用最多,并简称M剂,它属于阴离子 表面活性剂。 M剂是以生产纸浆或纤维浆的亚硫酸木浆废液 为原料,采用石灰乳中和,经生物发酵除糖、蒸发 浓缩、喷雾干燥而制成,为棕黄色粉状物。M剂因 原料丰富,价格低廉,并具有较好的塑化效果,故 目前应用十分普遍 M剂为普通减水剂,其适宜掺量为02~0.3%,减 水率10%左右。M剂对混凝土有缓凝作用,一般 缓凝1~3h
（3）减水剂的常用品种 ① 木质素系减水剂 木质素系减水剂主要有木质素磺酸钙（木钙）、木 质素磺酸钠（木钠）和木质素磺酸镁（木镁）之分， 其中以木钙使用最多，并简称Ｍ剂，它属于阴离子 表面活性剂。 Ｍ剂是以生产纸浆或纤维浆的亚硫酸木浆废液 为原料，采用石灰乳中和，经生物发酵除糖、蒸发 浓缩、喷雾干燥而制成，为棕黄色粉状物。Ｍ剂因 原料丰富，价格低廉，并具有较好的塑化效果，故 目前应用十分普遍。 Ｍ剂为普通减水剂，其适宜掺量为0.2～0.3％，减 水率10％左右。 Ｍ剂对混凝土有缓凝作用，一般 缓凝１～３ｈ
②萘系减水剂 萘系减水剂为高效减水剂,它是以工业萘或 由煤焦油中分熘出的含萘及萘的同系物熘分为原 料,经磺化、水解、缩合、中和、过滤、干燥而 制成,为棕色粉末,其主要成分为β一萘磺酸盐 甲醛缩合物,属阴离子表面活性剂。这类减水剂 品种很多,目前我国生产的主要有NNO、NF FDN、UNF、MF、建丨型、SN—2、AF 等。萘系减水剂适宜掺量为O.5‰~1.O% 其减水率较大,为10%~25%增强效果显著, 缓凝性很小,大多为非引气型。适用于日最低气 温O℃C以上的所有混凝土工程,尤其适用于配制 高强、早强、流态等混凝土
②萘系减水剂． 萘系减水剂为高效减水剂，它是以工业萘或 由煤焦油中分熘出的含萘及萘的同系物熘分为原 料，经磺化、水解、缩合、中和、过滤、干燥而 制成，为棕色粉末，其主要成分为β一萘磺酸盐 甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂 品种很多，目前我国生产的主要有ＮＮＯ、ＮＦ、 ＦＤＮ、ＵＮＦ、MF、建Ｉ型、ＳＮ—２、ＡＦ 等。 萘系减水剂适宜掺量为０．５％～１．０％， 其减水率较大，为 １０％～２５%增强效果显著， 缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气 温０℃以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制 高强、早强、流态等混凝土
e③树脂类减水剂 此类减水剂为水溶性树脂,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。它是由 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%。对混凝土早强与增强效果显 著,能使混凝士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
③ 树脂类减水剂 此类减水剂为水溶性树脂，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。它是由 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％。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