混凝土外加剂的应用讲义

掺入引气剂对混凝土性能的主要影响：
一、改善混凝土拌合物的和易性：
引气剂使混凝土拌合物内形成大量微小、 封闭的球状气泡，这些微气泡如同滚珠一 样，使混凝土拌合物的流动性增加。同时， 由于水分均匀分布在大量气泡的表面，使 混凝土拌合物的泌水量减少，保水性、粘 聚性提高。
二、提高混凝土抗渗性和抗冻性：
混凝土新材料
土木工程对混凝土的基本要求
具有符合设计要求的强度： 抗压强度、抗弯强度、抗拉强度等
与施工条件相适应的和易性： 稠度（坍落度、维勃稠度）、可泵性等
与使用环境相适应的耐久性： 抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化(中性化)、
碱骨料反应、抗氯离子侵入性等 较好的体积稳定性：
自收缩、干燥收缩、徐变、温度系数等
锌盐、磷酸盐等； 其他：
胺盐及其衍生物、纤维素醚等。
缓凝剂的适用范围：
可用于大体积混凝土、碾压混凝土、炎热气 候条件下施工的混凝土、大面积浇筑的混凝 土、避免冷缝产生的混凝土、需较长时间停 放或长距离运输的混凝土、自流平免振混凝 土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他需 要延缓凝结时间的混凝土。缓凝高效减水剂 可制备高强高性能混凝土。
缓凝剂及缓凝（高效）减水剂
缓凝剂是能延长混凝土凝 结时间，而不影响混凝土后期 强度的外加剂。由缓凝剂与高 效减水剂复合而成的为缓凝高 效减水剂。
混凝土工程中可采用的缓凝剂主要有： 糖类：
糖钙、葡萄糖酸盐等; 木质素磺酸盐类：
木质素磺酸钙、木质素磺酸钠等； 羟基羧酸及其盐类：
柠檬酸、酒石酸钾钠等； 无机盐：
项目
级别
S105
S95
S75
密度，g/cm3
不小于
2.8
比表面积，m2/kg 不小于
350
7d
95
75
55
活性指数，% 不小于
28d
105
95
75
流动度比，%
不小于
85
90
95
含水量，%
不大于
1.0
三氧化硫，%
不大于
4.0
氯离子，%
不大于
0.02
烧失量，%
不大于
3.0
磨细天然沸石粉
磨细天然沸石粉是天然的沸石岩磨 细而成的一种火山灰质铝硅酸盐矿物掺 合料。含有一定量活性二氧化硅和三氧 化铝，能与水泥水化生成的氢氧化钙反 应，生成胶凝物质。沸石粉用作混凝土 掺合料可改善混凝土和易性，提高混凝 土强度、抗渗性和抗冻性，抑制碱骨料 反应。可用于配制高强混凝土、高性能 混凝土、流态混凝土及泵送混凝土
粉煤灰
拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求
项目
技术要求
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
细度（45μm方孔筛筛
F类
余），不大于/%
C类
12.0
25.0
45.0
需水量比 ，不大于/ ％
F类
95
C类
105
115
烧失量，不大于/％
F类
C类
5.0
8.0
15
含水量，不大于/％
F类
1.0
C类
三氧化硫，不大于/％
F类 C类
3.0
游离氧化钙，不大于
宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土，不 宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝 土。
缓凝剂使用的注意事项
掺柠檬酸及酒石酸钾钠等缓凝剂的混凝土泌 水较大，不宜单独用于水泥用量较低、水灰 比较大的贫混凝土。
掺用含有糖类及木质素磺酸盐类物质的外加 剂时，应先做水泥适应性试验。
缓凝剂宜根据温度选择品种并调整掺量。 缓凝剂掺加时计量必须正确，难溶和不溶物
混凝土外加剂的分类
按主要使用功能分为： 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂 包括减水剂和泵送剂等。 调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂 包括缓凝剂、早强剂、速凝剂等。 改善混凝土耐久性的外加剂 包括引气剂、阻锈剂和矿物外加剂等。 改善混凝土其他性能的外加剂 包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。
常用的混凝土外加剂
常用的矿物掺合料
矿物掺合料能显著改善混凝土的和易 性，提高混凝土的密实度、抗渗性、耐 腐蚀性和强度等，应用十分普遍。土木 工程中常用的矿物掺合料有：
粉煤灰或磨细粉煤灰 磨细矿渣 硅灰 磨细天然沸石
复合矿物掺合料
粉煤灰
粉煤灰是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到 的细粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑。
按煤种粉煤灰分为F类和C类： F类粉煤灰: 由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰 C类粉煤灰: 由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰， 其氧化钙含量一般大于10%
F类
1.0
/%
C类
4.0
安定性
C类
5.0
其中，F类粉煤灰的来源广泛，是当前用量最大、 使用范围最广的混凝土掺合料。掺入混凝土不仅可 节约水泥，还能改善混凝土拌和物的和易性、可泵 性和抹面性；降低水化热；减小收缩；提高混凝土 的抗渗性、抗硫酸盐腐蚀性；抑制碱骨料反应。
粉煤灰主要用于泵送混凝土、大体积混凝土、抗 渗混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混 凝土、轻骨料混凝土、地下和水下工程混凝土、碾 压混凝土等
土木工程常用的外加剂有： 普通减水剂及高效减水剂 引气剂及引起减水剂 缓凝剂及缓凝（高效）减水剂 早强剂及早强减水剂 防冻剂 膨胀剂 泵送剂 防水剂
普通减水剂及高效减水剂
在混凝土拌和物坍落度基本相同的条件 下，能减少拌和用水量的外加剂称为减水 剂。
根据减水率的不同分为普通减水剂和高效 减水剂。

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。
掺膨胀剂混凝土应用的注意事项
含硫铝酸钙类、硫铝酸钙－氧化钙类膨胀剂的混 凝土（砂浆）不得用于长期环境温度为80℃以上 的工程。
含氧化钙类膨胀剂的混凝土（砂浆）不得用于海 水或有侵蚀性水的工程。
引气剂引入的封闭微气泡能隔断毛细管 通道，并减少混凝土拌合物的泌水，使泌 水造成的渗水孔隙减少，改变了混凝土的 孔结构，使混凝土抗渗性显著提高。同时， 封闭微气泡对由水结冰所产生的膨胀有一 定的缓冲作用，混凝土的抗冻性也显著提 高。
三、对混凝土强度影响：
由于大量微气泡的存在，减少了混凝土的 有效受力面积，使混凝土抗压强度有所降 低；混凝土中含气量每增加1％，抗压强度 降低4％~6％。由于减少内泌水，含气量在 一定范围（3%~6%）时，抗折强度变化不 大。同时，含气量增加，混凝土的弹性模 量降低，对提高混凝土的抗裂有利。
减水剂掺量应根据推荐掺量、气温高低、施 工要求，通过试验确定。
与其他外加剂复合使用时，减水剂掺量应根 据试验确定。配制溶液时，如产生絮凝或沉 淀等现象，应分别配制溶液并分别加入搅拌 机内。
某些减水剂会增加混凝土的早期自收缩和混 凝土的干缩
引气剂及引气减水剂
引气剂是在搅拌混凝土过程中能 引入大量均匀分布、稳定而封闭的微 小气泡的外加剂。引气剂与减水剂复 合而成的为引气减水剂。
使用减水剂可取得的技术经济效果：
混凝土中掺入减水剂，在不改变混凝土拌和 用水量时，可大幅度提高新拌混凝土的流动性； 当减水但不减少水泥用量时，可提高混凝土强 度；若减水，同时适当减少水泥用量，则可节 约水泥。同时混凝土的耐久性也能得到显著改 善。
减水剂使用的注意事项
使用前，应先做水泥适应性试验，合格后方 可使用。
掺防冻剂混凝土的搅拌和浇筑
掺防冻剂混凝土拌合物的入模温度，严寒 地区不得低于10℃，寒冷地区不得低于5℃
掺防冻剂混凝土采用的原材料，应进行加 热，搅拌时间应比常温延长50%。
掺防冻剂混凝土拌合物的出机温度，严寒 地区不得低于15℃；寒冷地区不得低于 10℃。
掺防冻剂混凝土的养护
在负温条件下养护时，不得浇水，混凝土浇筑 后，应立即用塑料薄膜及保温材料覆盖，严寒地 区应加强保温措施。
在日最低气温为－5～－10℃、－10～ －15℃、－15～－20℃，采用以上保温 措施时，宜分别采用规定温度为－5℃、 －10℃、－15℃的防冻剂。
掺防冻剂混凝土的配合 比
宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。 混凝土水灰比不宜超过0.6，水泥用量不宜
低于300kg/m3，重要承重结构、薄壁结 构的混凝土水泥用量可增加10%，大体积 混凝土的最少水泥用量应根据实际情况而 定。 含引气组分的防冻剂混凝土的砂率，比不 掺外加剂混凝土的砂率可降低2％～3％。
掺粉煤灰混凝土的注意事项
掺粉煤灰的混凝土早期强度较低，后期强度 有增长，不适宜于早期受荷的混凝土。
粉煤灰的密度较小，施工中应避免过振，防 止出现分层离析。
粉煤灰的掺量应符合有关规范的要求 当采用掺粉煤灰的方法降低水化热时，粉煤
灰的掺量宜取上限值。
粉煤灰取代水泥的最大限量
混凝土种类
预应力钢筋混凝土
初期养护温度不得低于规定温度。 当混凝土温度降到规定温度时，混凝土强度必
须达到受冻临界强度； 最低气温不低于（℃） ：－10；－15；－20 抗压强度不小于（Mpa）： 3.5； 4.0； 5.0 拆模后混凝土的表面温度与环境温度之差大于 20℃时，应采用保温材料覆盖养护。
膨胀剂
混凝土膨胀剂是与水泥、水拌和后经水 化反应生成钙矾石、钙矾石和氢氧化钙或 氢氧化钙，使混凝土产生膨胀的外加剂。
常用的膨胀剂有硫铝酸钙类、氧化钙类、 硫铝酸钙—氧化钙类和复合膨胀剂。
钙矾石(局部视图）
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、渗漏修补、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。
泵送剂的适用范围： 泵送剂适用于工业与民用建筑及其他构
筑物的泵送施工的混凝土；特别适用于大 体积混凝土、高层建筑和超高层建筑；适 用于滑模施工等；也适用于水下灌注桩混 凝土。
混凝土第六组分—矿物 掺合料
混凝土矿物掺合料（外加剂）的定义
在拌制混凝土过程中掺入的、具 有一定细度和水硬性的、用以改善混 凝土拌合物和硬化混凝土性能（特别 是耐久性）的某些矿物类产品，称为 矿物掺合料或矿物外加剂。被誉为混 凝土的第六组份。
钢筋混凝土 高强度混凝土 高抗冻混凝土 蒸养混凝土
中、低强度混凝土 泵送混凝土 大体积混凝土 水下混凝土 地下混凝土 压浆混凝土
碾压混凝土
硅酸盐水泥 25 30
50 65
粉煤灰取代水泥的最大限量/%
普通水泥
矿渣水泥
15
10
25
20
40
30
55
45
火山灰水泥 — 15
20 35
磨细矿渣
磨细矿渣是将粒化高炉矿渣经干 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。矿渣粉磨时允许加入助磨剂， 加入量不得大于矿渣粉质量的1%。
防冻剂
能使混凝土在负温下硬化，并在规定 养护条件下达到预期性能的外加剂称为防 冻剂。
防冻剂按其成分可分为强电解质无机盐类 （氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类）、水 溶性有机化合物类、有机化合物与无机盐 复合类、复合型防冻剂。
防冻剂的选用
在日最低气温为0～－5℃，混凝土采用 塑料薄膜和保温材料覆盖养护时，可采 用早强剂或早强减水剂。
混凝土改性的技术途径
混凝土的性能主要决定于由胶凝材料 硬化而成的水泥石的组成和结构，混凝土 的改性途径主要有：
在混凝土中掺入外加剂或（和）矿物 掺合料。
在混凝土中掺入纤维或聚合物等。
混凝土外加剂
混凝土外加剂的定义
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、用 以改善新拌混凝土和（或）硬化 混凝土性能的材料；被称为混凝 土的第五组分。
磨细矿渣可以等量取代水泥，并降低水化 热、提高抗渗性和耐蚀性、拟制碱骨料反应 和提高长期强度等。
磨细矿渣可用于钢筋混凝土和预应力钢筋混 凝土工程。大掺量粒化高炉矿渣粉混凝土特 别适用于大体积混凝土、地下和水下混凝土、 耐硫酸盐混凝土等。还可用于高强混凝土、 高性能混凝土和预拌混凝土等。
用于混凝土中的粒化高炉矿渣粉技术要求
较多的应采用干掺法并延长混凝土搅拌时间 30s。
早强剂及早强减水剂
能加速混凝土早期强度发展 的外加剂，称为早强剂。由早 强剂与减水剂复合而成的为早 强减水剂。
早强剂的适用范围
适用于蒸养混凝土及常温、低温和最低 温不低于－5℃环境中施工的有早强要求 的混凝土工程。
炎热环境条件下不宜使用早强剂、早强 减水剂。
掺膨胀剂混凝土（砂浆）的限制膨胀率、限制干 缩率等技术性能应符合要求
掺膨胀剂的补偿收缩混凝土应在限制条件下使用， 构造（温度）钢筋和特殊部位的附加筋，应符合 《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的规定。
泵送剂
混凝土泵送剂是能改善混凝土拌合物泵 送性能的外加剂。
混凝土泵送剂通常由普通（高效）减水剂、 引气剂、缓凝剂和保塑剂等复合而成。