混凝土外加剂
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六、混凝土外加剂
Admixtures for Concrete
基本概念
• 外加剂——在混凝土中加入除四种主要 组分以外的其它外加材料。
• 种类——化学外加剂和矿物外加剂： ➢矿物外加剂：掺加量在水泥质量5% 以上的称为掺和料；
➢化学外加剂：掺加量在水泥质量5% 以下的称为外加剂。
为什么要使用外加剂？
构， 分析减水剂的作用机理？ 解答：
1) 由于水泥颗粒之间和水泥颗粒与水之间 的的相互吸力，导致水泥颗粒在水中分 散困难，水泥颗粒容易相互粘聚形成絮 凝结构，有10~30%的拌和水被包含在 其中，从而降低了水泥浆的流动性。
• 2）当减水剂加入水泥浆中，减水剂分子吸附 在水泥颗粒表面，作定向排列，组成了单分 子或多分子吸附层，使水泥浆结构发生了的 变化：
➢改善和易性：减水剂、泵送剂、引气 剂等；
➢调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早 强剂等；
➢减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等；
➢提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水 剂等；
➢其它：防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。
混凝土外加剂的发展
1885 1925 1930 1932 1938 1938 1939 1950 1955 1960 1993 1997
(inch)
水灰比(水胶比) ，提高混凝土强度和抗渗性；
Biblioteka Baidu
➢在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同 时减少水泥用量。
减水减水剂剂掺掺量量((水水泥泥质质量量的的％％) ) 减水剂掺量对水灰比的影响 减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响
4) 减水剂的作用机理
• 当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散 体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌 合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：
– 水泥颗粒表面带相同电荷，相互间的静电 斥力使水泥颗粒易于分散；
– 减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒表 面溶剂化层增厚，产生空间位阻，增加了 水泥颗粒间的滑动能力，减少了粘滞性， 增加润滑性；
– 水泥颗粒易于湿润，自动粘聚能力减弱， 塑化能力增强。
5) 减水剂的品种及其应用
• 普通减水剂 • 高效减水剂
3) 减水剂的作用效果
水 灰 比
使 而➢➢坍落度在和在水，通保易保泥取过持 性 持浆得湿用 ， 坍变下润水 使 落稀列量混度、、效不凝不润混 果变土变滑的易的凝 ：、条于条土分件浇件拌散下注下和、，、，流新比的定 拌 度 掺 增增成减塑拌随增动当大型少时 合 随 量 大化当混着加性坍 密 用水，物着的坍等凝 减 而实 水落增灰落混的减增作土 水 减； 量度大度比凝坍水加用的 剂 小，，恒，一土落剂而水 掺，降改定从灰 量能低善时，
高效减水剂 High-range Water-reducer
• 特点：
➢具高有效较减高水的剂分的子应量用，，纯成度为较混高凝；土技术发展里 程满混➢➢一足凝减副个 施土水 作重 工、效 用要 需可率 小的 要以。高里 且自，程 水行在碑灰流掺比动，量低成应较型用，小密它因的实可此条件的以强下配自度，密制很可出实高取流的混得动高凝高性强土效，； 以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良 好的高性能混凝土。
工程特殊料要膨求胀的重、要硫技酸术途盐径侵；蚀和钢筋锈蚀
• 现在有7等0～作80用％以下上的的耐混凝久土性使；用了外加剂；
➢ 节约水泥用量，降低成本；
➢ 减少放热速度，控制温升。
(一) 化学外加剂
种类： • 按照组成有：有机质和无机质外加剂
➢有机质——表面活性物质 ➢无机质——电解质盐类化合物
• 按照功能有：
• 由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸 附碍层水包泥裹 颗在 粒水 的泥 紧颗密粒接表触面，，阻产止生絮空凝间结加位入构减结阻的水构效形剂被应成后打，。，破阻絮凝
加减水剂前
减 水 剂 分 散 水 泥 的 机 理
没加减水剂的水泥浆
絮凝
加减水剂后
加减水剂后的水泥浆
分散
问题：试从水泥浆的组成与分散体结
普通减水剂 Water-reducer
• 特点： ➢一般含有杂质； ➢减水率较小，约10%； ➢有一些副作用；
• 主要品种 ➢木质素磺酸盐(木钙， ) 副作用：引进气泡多而大
➢羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸 钠等) 副作用：缓凝作用明显，有引气剂时 会增大拌合物含气量
➢多元醇(如糖钙等) ； 副作用：缓凝但不影响含气量
➢水具有高表面张力(氢键分子结构) 加减水剂前的 ➢水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相絮互凝吸结构力
• 当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面， 减离水子剂基分团子朝在水向泥水颗，粒使表水面泥的吸颗附粒表面带有几毫伏的负 电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构， 释放其包含的水，改善分散性——静电排斥作用；
• 外单加纯依剂靠的调作节用水、水泥和骨料用量，难以解决下列 技术问题➢ 改善混凝土拌合物的和易性；
➢ 用水量➢与良加好快和易或性延间的缓矛凝盾；结时间；
➢ ➢
施耐工久操性➢作对对低控凝连制结通时孔强间隙度、率放的增热要长速求度。；、强度增长的要求；
• 外加剂是➢解提决高上述抗问冻题融，改、善热混开凝裂土性、能碱，－以满骨足
➢ 离子基团是酸根离子或氨基，如：－SO3-、－COO-、 －NH 3 +等；
➢ 碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。
• 其结构如下图所示：
碳氢链
阴离子基团 木质素磺酸盐的重复结构单元
2) 减水剂的物理化学特征
• 可溶于水，能显著降低水的表面张 力；
• 能吸附在固体表面，并在固体表面 定向排列，形成表面吸附分子层， 降低水－固界面张力。
氯化钙(促凝剂)的专利 水密性外加剂 铝 粉(发泡剂) 萘磺酸甲醛缩合物(碱水剂) 引气剂 早强剂与缓凝剂 木质磺酸盐(碱水剂) 消泡剂 冰点降低剂 密胺树脂(碱水剂) 聚丙烯酸(碱水剂) 聚羧酸脂(碱水剂)
1、减水剂 Water Reducers
• 减水剂——功能上能在和易性不变 时，减少单位用水量；或在单位用 水量不变时，能改善和易性；或二 者都具备又不改变含气量的外加剂。
• 组成特点：碳氢分子链上带有亲水 性离子基团的表面活性物质。
• 种类：
➢减水效果 普通减水剂(也称塑化剂， Plasticiser)； 高效减水剂(也称超塑化剂， Superplasticiser)。
➢复合功能 早强减水剂； 缓凝减水剂； 引气减水剂。
1) 减水剂的组成与分子结构特点
• 减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的 离子基团和碳氢分子链，其中：
Admixtures for Concrete
基本概念
• 外加剂——在混凝土中加入除四种主要 组分以外的其它外加材料。
• 种类——化学外加剂和矿物外加剂： ➢矿物外加剂：掺加量在水泥质量5% 以上的称为掺和料；
➢化学外加剂：掺加量在水泥质量5% 以下的称为外加剂。
为什么要使用外加剂？
构， 分析减水剂的作用机理？ 解答：
1) 由于水泥颗粒之间和水泥颗粒与水之间 的的相互吸力，导致水泥颗粒在水中分 散困难，水泥颗粒容易相互粘聚形成絮 凝结构，有10~30%的拌和水被包含在 其中，从而降低了水泥浆的流动性。
• 2）当减水剂加入水泥浆中，减水剂分子吸附 在水泥颗粒表面，作定向排列，组成了单分 子或多分子吸附层，使水泥浆结构发生了的 变化：
➢改善和易性：减水剂、泵送剂、引气 剂等；
➢调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早 强剂等；
➢减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等；
➢提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水 剂等；
➢其它：防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。
混凝土外加剂的发展
1885 1925 1930 1932 1938 1938 1939 1950 1955 1960 1993 1997
(inch)
水灰比(水胶比) ，提高混凝土强度和抗渗性；
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➢在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同 时减少水泥用量。
减水减水剂剂掺掺量量((水水泥泥质质量量的的％％) ) 减水剂掺量对水灰比的影响 减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响
4) 减水剂的作用机理
• 当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散 体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌 合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：
– 水泥颗粒表面带相同电荷，相互间的静电 斥力使水泥颗粒易于分散；
– 减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒表 面溶剂化层增厚，产生空间位阻，增加了 水泥颗粒间的滑动能力，减少了粘滞性， 增加润滑性；
– 水泥颗粒易于湿润，自动粘聚能力减弱， 塑化能力增强。
5) 减水剂的品种及其应用
• 普通减水剂 • 高效减水剂
3) 减水剂的作用效果
水 灰 比
使 而➢➢坍落度在和在水，通保易保泥取过持 性 持浆得湿用 ， 坍变下润水 使 落稀列量混度、、效不凝不润混 果变土变滑的易的凝 ：、条于条土分件浇件拌散下注下和、，、，流新比的定 拌 度 掺 增增成减塑拌随增动当大型少时 合 随 量 大化当混着加性坍 密 用水，物着的坍等凝 减 而实 水落增灰落混的减增作土 水 减； 量度大度比凝坍水加用的 剂 小，，恒，一土落剂而水 掺，降改定从灰 量能低善时，
高效减水剂 High-range Water-reducer
• 特点：
➢具高有效较减高水的剂分的子应量用，，纯成度为较混高凝；土技术发展里 程满混➢➢一足凝减副个 施土水 作重 工、效 用要 需可率 小的 要以。高里 且自，程 水行在碑灰流掺比动，量低成应较型用，小密它因的实可此条件的以强下配自度，密制很可出实高取流的混得动高凝高性强土效，； 以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良 好的高性能混凝土。
工程特殊料要膨求胀的重、要硫技酸术途盐径侵；蚀和钢筋锈蚀
• 现在有7等0～作80用％以下上的的耐混凝久土性使；用了外加剂；
➢ 节约水泥用量，降低成本；
➢ 减少放热速度，控制温升。
(一) 化学外加剂
种类： • 按照组成有：有机质和无机质外加剂
➢有机质——表面活性物质 ➢无机质——电解质盐类化合物
• 按照功能有：
• 由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸 附碍层水包泥裹 颗在 粒水 的泥 紧颗密粒接表触面，，阻产止生絮空凝间结加位入构减结阻的水构效形剂被应成后打，。，破阻絮凝
加减水剂前
减 水 剂 分 散 水 泥 的 机 理
没加减水剂的水泥浆
絮凝
加减水剂后
加减水剂后的水泥浆
分散
问题：试从水泥浆的组成与分散体结
普通减水剂 Water-reducer
• 特点： ➢一般含有杂质； ➢减水率较小，约10%； ➢有一些副作用；
• 主要品种 ➢木质素磺酸盐(木钙， ) 副作用：引进气泡多而大
➢羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸 钠等) 副作用：缓凝作用明显，有引气剂时 会增大拌合物含气量
➢多元醇(如糖钙等) ； 副作用：缓凝但不影响含气量
➢水具有高表面张力(氢键分子结构) 加减水剂前的 ➢水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相絮互凝吸结构力
• 当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面， 减离水子剂基分团子朝在水向泥水颗，粒使表水面泥的吸颗附粒表面带有几毫伏的负 电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构， 释放其包含的水，改善分散性——静电排斥作用；
• 外单加纯依剂靠的调作节用水、水泥和骨料用量，难以解决下列 技术问题➢ 改善混凝土拌合物的和易性；
➢ 用水量➢与良加好快和易或性延间的缓矛凝盾；结时间；
➢ ➢
施耐工久操性➢作对对低控凝连制结通时孔强间隙度、率放的增热要长速求度。；、强度增长的要求；
• 外加剂是➢解提决高上述抗问冻题融，改、善热混开凝裂土性、能碱，－以满骨足
➢ 离子基团是酸根离子或氨基，如：－SO3-、－COO-、 －NH 3 +等；
➢ 碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。
• 其结构如下图所示：
碳氢链
阴离子基团 木质素磺酸盐的重复结构单元
2) 减水剂的物理化学特征
• 可溶于水，能显著降低水的表面张 力；
• 能吸附在固体表面，并在固体表面 定向排列，形成表面吸附分子层， 降低水－固界面张力。
氯化钙(促凝剂)的专利 水密性外加剂 铝 粉(发泡剂) 萘磺酸甲醛缩合物(碱水剂) 引气剂 早强剂与缓凝剂 木质磺酸盐(碱水剂) 消泡剂 冰点降低剂 密胺树脂(碱水剂) 聚丙烯酸(碱水剂) 聚羧酸脂(碱水剂)
1、减水剂 Water Reducers
• 减水剂——功能上能在和易性不变 时，减少单位用水量；或在单位用 水量不变时，能改善和易性；或二 者都具备又不改变含气量的外加剂。
• 组成特点：碳氢分子链上带有亲水 性离子基团的表面活性物质。
• 种类：
➢减水效果 普通减水剂(也称塑化剂， Plasticiser)； 高效减水剂(也称超塑化剂， Superplasticiser)。
➢复合功能 早强减水剂； 缓凝减水剂； 引气减水剂。
1) 减水剂的组成与分子结构特点
• 减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的 离子基团和碳氢分子链，其中：