土木工程材料土木工程材料 (14).pdf

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1、第第6章章 混凝土混凝土 6.5 普通普通混凝土的混凝土的基本基本组成材料组成材料外加剂外加剂 混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中加入，用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥质量的 5%（特殊情况除外）。按照这个定义，混凝土外加剂在混凝土中用量很少，却能有效地改善混凝土的各种性能。外加剂是混凝土的第五大组分。混凝土外加剂种类很多，可按其组成、化学作用或物理化学作用来分类，也可按材料的作用、效果或使用目的为主来分类。通常按其一种或数种主要功能分为四类。在混凝土中使用外加剂，是提高混凝土强度、改善混凝土性能、节省生产能源、保护环境是最有效措施。混凝土外加剂的出现比混凝土要迟 100 多年，但它的发

2、展速度非常快，品种越来越多，应用越来越广，在现代混凝土技术中发挥了极其重要的作用。减水剂是外加剂中使用最广、使用量最大的一种。减水剂种类很多，按减水量的大小可以分为普通减水剂和高效减水剂。另外，还有更多的品种是复合多功能外加剂。普通减水剂减水大约 1015%，用量高时，可减更多水分，但是可能影响混凝土凝结、气含量、泌水、离析和硬化特性。高效减水剂又称为超塑化剂，属于一类新的减水剂，其化学组成与普通减水剂不同，减水率可达 30%。普通减水剂是价格相对便宜的外加剂，具有其不可取代的作用。在许多复合型外加剂中，是必不可少的重要组分一。高效减水剂在配制混凝土方面的优势，也不意味着其应用没有局限性。高效

3、减水剂常有较高的坍落度损失。外加剂的减水作用主要是由于混凝土对减水剂的吸附和分散作用。水泥在加水搅拌及凝结硬化过程中，会产生一些絮凝结构，其中包裹着很多拌合水分，从而减少了水泥水化所需的水量，降低了新拌混凝土的和易性。为了保持和易性，就要增加拌合水量。外加剂加入后，减水剂的憎水基团定向吸附在水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，组成了单分子吸附膜。这种定向吸附使水泥表面上带有相同符号的电荷。在同性电斥力的作用下，水泥-水体系处于相对稳定的悬浮状态，并使水泥在加水初期形成的絮凝结构分散解体，其中包裹的水分释放出来，从而达到了减水的效果。减水作用还与外加剂的湿润和润滑作用有关。加入外加剂，水泥加水拌合

4、后，水分更易于湿润水泥颗粒，并在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化膜，这层膜阻止了水泥颗粒的直接接触，并在颗粒间起润滑作用。通过湿润、润滑、分散、塑化等作用。能使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大。从而取得下列效果：在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比，提高混凝土强度和抗渗性。在保持混凝土强度和和易性条件下，可减少用水量的同时减少水泥用量，进而降低成本。水泥用量的减少能降低水化热，对大体积混凝土的裂缝控制非常有利。在保持用水量和水胶比不变的条件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于浇筑、成型密实。早强剂是指能加速混凝土早期强度发展、明显提高混凝土早期强度的外加剂。早强剂主要有无机类、

5、有机类和复合型三大种类，其中主要以无机早强剂的应用最为常见。早强剂可用于蒸汽养护的混凝土及常温、低温和最低温度不低于-5 C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和早强减水剂。对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用作早强剂。含强电解质无机盐类的早强剂和早强减水剂，严禁用于与镀锌钢材或铝铁相接触部分的结构。氯离子会引起钢筋锈蚀，不得在预应力混凝土结构、直接接触酸碱或其他侵蚀性介质的结构等多种混凝土结构中使用。氯化钙具有明显的早强作用，在混凝土中掺入氯化钙，可加速水泥的水化，早期水化热有明显提高。氯化钙掺入混凝土中，会增大混凝土收缩；同时，氯离子对钢筋锈蚀有促进作

6、用，因此，在预应力混凝土中禁止使用，在钢筋混凝土中，要按相关规范进行使用。氯盐类早强剂的早强机理在于氯盐与水泥中的铝酸三钙反应，生成几乎不溶于水的水化氯铝酸钙，又与水泥水化产物氢氧化钙反应生成溶解度极小的氧氯化钙。水化氯铝酸钙和氧氯化钙固相早期析出，形成骨架，增加了水泥浆中固相的比例，加速水泥浆体结构的形成。而且，由于水泥浆中氢氧化钙浓度降低，有利于硅酸三钙等水化反应的进行，使混凝土早期强度得以提高。作为早强剂，硫酸钠的掺量有最佳掺量值，一般为 1%3%。掺量低时，早强作用不明显；掺量高时，虽然早期强度增长快，但是后期强度损失也大；在蒸养混凝土中掺量过多时，由于钙钒石大量快速生成，会使混凝土膨

7、胀开裂。另外，当混凝土中有活性骨料中，容易引起碱集料反应。其早强机理在于硫酸钠能迅速与水泥水化产物氢氧化钙反应生成高分散度的二水硫酸钙微细颗粒，硫酸钙颗粒又与铝酸三钙反应迅速生成水化硫铝酸钙针状晶体，反应速度较生产水泥时外掺的石膏与硫酸钙的反应快很多，形成早期骨架。同样，水泥水化体系中氢氧化钙浓度的降低，使硅酸三钙等的水化进一步加速。因此，硫酸盐类早强剂能使混凝土早期强度提高。三乙醇胺是最常用的混凝土早强剂。其早强作用是由于它能促进铝酸三钙的水化。在铝酸三钙的水化过程，三乙醇胺能加快钙钒石的生成，促进早强；三乙醇胺还能提高水化产物的扩散速率，缩短水泥水化过程的潜伏期，提高早期强度。三乙醇胺掺量

8、较小，一般为 0.02%0.05%，低温早强效果明显。当掺量较大时，由于钙钒石的加速形成，会缩短凝结时间。三乙醇胺对硅酸三钙、硅酸二钙的水化有一定的抑制作用，后期这些矿物的水化产物得以充分的生长、致密，因而后期强度也能提高。三乙醇胺与无机早强剂复合，早强效果更好。引气剂就是能在混凝土中引入微小空气泡，并在硬化后仍能保留这些气泡的外加剂。引气剂大部分是阴离子表面活性剂，在水气界面上，憎水基向空气一面定向吸附，在水泥水界面上，水泥或其水化粒子与亲水基相吸附，憎水基背离水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附层，并力图靠近空气表面，由于这种粒子向空气表面靠近和引气剂分子在空气水界面上的吸附作用，将显著降低水

9、的表面张力，使混凝土在拌合过程中产生大量细微气泡，这些气泡有带相同电荷的定向吸附层，所以相互排斥并能均匀分布；另一方面，许多阴离子引气剂在含钙量高的水泥水溶液中有钙盐沉淀，吸附于气泡膜上，有效防止气泡破灭，引入的细小均匀的气泡能在一定时间内稳定存在。引气剂可以起到以下作用：引气剂的掺入使混凝土拌合物内形成大量微小的封闭状气泡，这些微气泡减少骨料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增加。若保持流动性不变，就可减少用水量。同时由于水分均匀分布在大量气泡的表面，这就使能自由移动的水量减少，混凝土的泌水量因此减少，而保水性、粘聚性相应随之提高。引气剂使混凝土拌合物泌水性减小。同时，大量封闭的微气抱的存在，堵塞或隔断了混凝土中毛细管渗水通道，改变了混凝土的孔结构，使混凝土抗渗性得到提高。气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性得到提高，耐久性也随之提高。由于大量气泡的存在，使混凝土强度有所降低。因此，引气剂的掺量应严格控制，可以通过测试混凝土的含气量、施工性能和相关的强度来确定最佳添加量。此外，由于大量气泡的存在，使混凝土弹性模量有所降低，这有利于提高混凝土的抗裂性。引气剂适用于受到冻融等作用的混凝土，适用于骨料质量差、泌水严重的混凝土，适用于泵送混凝土、防渗混凝土、水工混凝土、港工混凝土和大体积混凝土。但不适用于蒸养混凝土和高混凝土。