混凝土外加劑(同名100)課件

1、第三節(jié) 混凝土外加劑Admixtures for Concrete.基本概念外加劑在混凝土中加入除四種主要組分以外的其它外加材料。種類化學(xué)外加劑和礦物外加劑：礦物外加劑：摻加量在水泥質(zhì)量5%以上的稱為摻和料； 化學(xué)外加劑：摻加量在水泥質(zhì)量5%以下的稱為外加劑。學(xué)習(xí)要求 掌握外加劑的重要種類；物理化學(xué)特征；作用機(jī)理；應(yīng)用及其負(fù)作用。.為什么要使用外加劑？單純依靠調(diào)節(jié)水、水泥和骨料用量，難以解決下列技術(shù)問題用水量與良好和易性間的矛盾；施工操作對凝結(jié)時間、放熱速度、強(qiáng)度增長的要求；耐久性對低連通孔隙率的要求。外加劑是解決上述問題，改善混凝土性能，以滿足工程特殊要求的重要技術(shù)途徑；現(xiàn)在有7080以上的

2、混凝土使用了外加劑；外加劑的作用 改善混凝土拌合物的和易性； 加快或延緩凝結(jié)時間； 控制強(qiáng)度增長； 提高抗凍融、熱開裂、堿骨料膨脹、硫酸鹽侵蝕和鋼筋銹蝕等作用下的耐久性； 節(jié)約水泥用量，降低成本； 減少放熱速度，控制溫升。.一、 化學(xué)外加劑種類：按照組成有：有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)外加劑有機(jī)質(zhì)表面活性物質(zhì)無機(jī)質(zhì)電解質(zhì)鹽類化合物按照功能有：改善和易性：減水劑、泵送劑、引氣劑等；調(diào)節(jié)凝結(jié)時間：速凝劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等；減少塑性收縮：減縮劑、膨脹劑等；提高耐久性：引氣劑、阻銹劑、防水劑等；其它：防凍劑、泡沫劑、消泡劑等。.混凝土外加劑的發(fā)展 1885 氯化鈣(促凝劑)的專利 1925 水密性外加劑 1930

3、鋁 粉(發(fā)泡劑) 1932 萘磺酸甲醛縮合物(堿水劑) 1938 引氣劑 1938 早強(qiáng)劑與緩凝劑 1939 木質(zhì)磺酸鹽(堿水劑) 1950 消泡劑 1955 冰點(diǎn)降低劑 1960 密胺樹脂(堿水劑) 1993 聚丙烯酸(堿水劑) 1997 聚羧酸脂(堿水劑). 1、減水劑 Water Reducers減水劑功能上能在和易性不變時，減少單位用水量；或在單位用水量不變時，能改善和易性；或二者都具備又不改變含氣量的外加劑。組成特點(diǎn)：碳?xì)浞肿渔溕蠋в杏H水性離子基團(tuán)的表面活性物質(zhì)。種類：減水效果普通減水劑(也稱塑化劑，Plasticiser)；高效減水劑(也稱超塑化劑，Superplasticiser

4、)。復(fù)合功能早強(qiáng)減水劑；緩凝減水劑；引氣減水劑。.1) 減水劑的組成與分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 減水劑都是表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)中含有親水的離子基團(tuán)和碳?xì)浞肿渔湥渲校弘x子基團(tuán)是酸根離子或氨基，如：SO3-、COO-、NH 3 +等；碳?xì)浞肿渔?，帶有羥基，如：烷烴基、芳香烴基等。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：陰離子基團(tuán)碳?xì)滏溎举|(zhì)素磺酸鹽的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元.2) 減水劑的物理化學(xué)特征可溶于水，能顯著降低水的表面張力；能吸附在固體表面，并在固體表面定向排列，形成表面吸附分子層，降低水固界面張力。. 3) 減水劑的作用效果 通過濕潤、潤滑、分散、塑化等作用，能使水泥漿變稀、混凝土拌和流動性增大，從而，取得下列效果：在保持用水量不

5、變的條件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于澆注、成型密實(shí)；在保持坍落度不變的條件下，減少用水量，降低水灰比(水膠比) ，提高混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性；在保持混凝土強(qiáng)度和和易性，在減少用水量的同時減少水泥用量。坍落度(inch)減水劑摻量(水泥質(zhì)量的)減水劑對混凝土拌合物坍落度的影響 當(dāng)水灰比一定時，混凝土拌合物的坍落度隨著減水劑摻量的增加而增大水灰比減水劑摻量(水泥質(zhì)量的)減水劑摻量對水灰比的影響 當(dāng)坍落度恒定時，新拌混凝土的水灰比隨著減水劑摻量的增加而減小.4) 減水劑的作用機(jī)理當(dāng)沒有減水劑時，水泥加水后，不能獲得均勻分散體系，由于下列原因而產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)，使得部分拌合水包含其中，不能貢獻(xiàn)給水

6、泥漿的流動性：水具有高表面張力(氫鍵分子結(jié)構(gòu))水泥顆粒邊、角和表面正負(fù)電荷間的相互吸力當(dāng)減水劑加入到水泥漿中，吸附在水泥顆粒表面，離子基團(tuán)朝向水，使水泥顆粒表面帶有幾毫伏的負(fù)電荷，引起水泥顆粒相互排斥，打破了絮凝結(jié)構(gòu)，釋放其包含的水，改善分散性靜電排斥作用；由于減水劑碳?xì)浞肿渔溕系臉O性基吸附水，形成吸附層包裹在水泥顆粒表面，產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，阻礙水泥顆粒的緊密接觸，阻止絮凝結(jié)構(gòu)的形成。加減水劑前的絮凝結(jié)構(gòu)減水劑分子在水泥顆粒表面的吸附加入減水劑后，絮凝結(jié)構(gòu)被打破.減水劑分散水泥的機(jī)理 加減水劑前 加減水劑后絮 凝分 散沒加減水劑的水泥漿加減水劑后的水泥漿.5) 減水劑的品種及其應(yīng)用普通減水劑高

7、效減水劑.普通減水劑 Water-reducer特點(diǎn)：一般含有雜質(zhì)；減水率較小，約10%；有一些副作用；主要品種木質(zhì)素磺酸鹽(木鈣， ) 副作用：引進(jìn)氣泡多而大羥基羧酸及其鹽(如檸檬酸、葡萄糖酸鈉等) 副作用：緩凝作用明顯，有引氣劑時會增大拌合物含氣量多元醇(如糖鈣等) ； 副作用：緩凝但不影響含氣量.高效減水劑 High-range Water-reducer特點(diǎn)：具有較高的分子量，純度較高；減水效率高，在摻量較小的條件下，可取得高效；副作用小。種類：改性木質(zhì)素磺酸鹽，較高分子量的純木質(zhì)素鹽；磺化密胺縮合樹脂，一般是鈉鹽；磺化萘甲醛縮合樹脂，一般也是萘磺酸鈉鹽；含有羧基和/或醚基的聚合物，如

8、聚丙烯酸鈉、聚羧酸酯，聚醚等； 高效減水劑的應(yīng)用，成為混凝土技術(shù)發(fā)展里程一個重要的里程碑，應(yīng)用它可以配制出流動性滿足施工需要且水灰比低，因此強(qiáng)度很高的高強(qiáng)混凝土、可以自行流動成型密實(shí)的自密實(shí)混凝土，以及充分滿足不同工程特定性能需要和勻質(zhì)性良好的高性能混凝土。.高效減水劑的作用機(jī)理改性木質(zhì)素磺酸鹽、磺化密胺樹脂和萘磺酸鹽三種以靜電排斥作用為主；含有羧基和/或醚基的聚合物以空間位阻最重要，因?yàn)樵谄浞肿渔溄Y(jié)構(gòu)中，主鏈上含有高度密集的支鏈，形成“梳狀”大分子鏈；聚羧酸脂系高效減水劑的作用機(jī)理(空間位阻).減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果在保持用水量不變的情況下，使拌和物的坍落度增大100200mm； 在保持坍落度

9、不變的情況下，使用水量減少10%15%，抗壓強(qiáng)度增加15%40%； 在保持坍落度和強(qiáng)度不變的情況下，可節(jié)約水泥10%15%； 混凝土的滲水性可降低40%80%； 可減慢水泥水化初期的放熱速度，減少開裂現(xiàn)象。 不同減水劑的減水率木質(zhì)磺酸鹽 515%密胺樹脂 525%萘磺酸鹽甲醛縮合物 1525%聚丙烯酸鹽 2030%聚羧酸脂 2540% .減水劑使用中的幾個注意的問題減水劑水泥相容性問題混凝土拌合物坍落度損失問題.減水劑水泥的相容性與坍落度損失相容性，過去稱“適應(yīng)性”，是指減水劑與水泥之間是否有不利于減水劑效率發(fā)揮的相互作用。相容性好表現(xiàn)為減水率大、坍落度損失小，拌合物和易性良好。一般來說，C3

10、A含量高的水泥與高效減水劑的相容性較差；此外，用含堿量大、放熱量大的水泥時，通常相容性較差。相容性好壞可以用凈漿流動度測定方法評價.2、引氣劑什么是引氣劑？ 能在混凝土拌和物中產(chǎn)生許多均勻分布的微小氣泡(孔徑為0.012mm)，并在硬化后仍能穩(wěn)定存在的外加劑。組成特點(diǎn)：帶有憎水基和親水基的表面活性劑物理化學(xué)特性：可溶于水；降低水的表面張力；能吸附在氣泡表面，使之穩(wěn)定。.(1) 引氣機(jī)理 攪拌水可產(chǎn)生氣泡，但很快消失，為什么？ 水的表面張力是氣泡不穩(wěn)定！水中加入引氣劑后水的表面張力降低，在攪拌過程中將空氣引入而產(chǎn)生許多氣泡；通過吸附于氣泡表面形成單分子膜，減小液氣界面能(表面張力)，使氣泡表面的

11、液膜堅固不易破裂而穩(wěn)定存在。親水基團(tuán)憎水基團(tuán)氣泡引氣劑穩(wěn)泡作用的機(jī)理.(2) 引氣劑的作用效果 改善拌和物的和易性，減少用水量5%9%，改善保水性，減少泌水性；混凝土的抗?jié)B性提高50%，抗凍標(biāo)號提高3倍； 降低混凝土的強(qiáng)度，引入1%的空氣，可使強(qiáng)度下降56%； 增大變形性，降低彈性模量，提高抗裂性和抗沖擊性。 .(3) 常用引氣劑 松香熱聚物；松香皂；烷基苯磺酸鈉；脂肪酸硫酸鈉；烷基酚環(huán)氧乙烷縮合物等。 其用量一般為水泥質(zhì)量的(0.51.2)/10000 問題？ 減水劑與引氣劑均是表面活性劑，那么，減水劑是否可當(dāng)引氣劑用？為什么？答：不能！ 因?yàn)闇p水劑沒有穩(wěn)泡作用，減水劑分子中的碳?xì)滏準(zhǔn)菢O性，

12、與水有較強(qiáng)的相互作用；而引氣劑分子的碳?xì)滏準(zhǔn)欠菢O性的，完全憎水！木質(zhì)素磺酸鹽的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元松香酸.引氣劑水泥相容性 當(dāng)粉煤灰存在時，引氣劑摻量要成倍增大，特別是粉煤灰摻量很大、粉煤灰含碳高以及混凝土干稠時尤其突出。因此，很有必要開發(fā)新品種引氣劑。.3、調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間的外加劑土木工程應(yīng)用中，有時需要調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)時間：例如：隧道內(nèi)襯、水下工程施工要求混凝土噴出后能迅速凝結(jié)；道路修補(bǔ)工程要求混凝土早期強(qiáng)度高，以便早日開放交通；冬天施工，要求混凝土強(qiáng)度增長快，以免凍壞；大體積工程要求混凝土緩慢凝結(jié)，以免水化放熱太快引起溫度應(yīng)力和變形開裂。.調(diào)節(jié)凝結(jié)時間的外加劑種類早強(qiáng)劑 早強(qiáng)劑能加速新拌混凝土

13、凝固，提高混凝土早期強(qiáng)度，而對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑稱為早強(qiáng)劑。防凍劑 在負(fù)溫下使用的早強(qiáng)劑稱為防凍劑或防凍早強(qiáng)劑，它能降低冰點(diǎn)，促使水泥水化放熱反應(yīng)，達(dá)到抵抗冰體膨脹的臨界強(qiáng)度速凝劑 能使水泥混凝土急速凝結(jié)硬化(15min內(nèi)初凝，210min內(nèi)終凝)的外加劑。 緩凝劑 能延緩水泥混凝土凝結(jié)硬化時間，并對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑主要成分有： 氯化物：氯化鈣、氯化鈉； 硫酸鹽：石膏、硫酸鈉； 三乙醇胺以及復(fù)合早強(qiáng)劑。主要成分有：水溶性鋁酸鹽、純堿、碳酸鈉，堿金屬硅酸鹽等。主要成分有：氯化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽等。主要成分：糖蜜、酒石酸、檸檬酸、硼酸鹽、鋅酸鹽等。.早強(qiáng)劑的作用機(jī)理通過

14、同離子效應(yīng)，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快速結(jié)晶沉淀；形成結(jié)晶性很好、化學(xué)結(jié)合水量較大、且有一定膨脹性的不溶性復(fù)合鹽水化物晶體，如氯鋁酸鈣、硫鋁酸鈣水化物，降低了孔隙率、加快了水泥漿結(jié)構(gòu)的形成；提高了水泥漿體的堿性，使水泥礦物的水化速度加快，如三乙醇胺；早強(qiáng)劑使用中需注意的哪些問題？:CaSO42H2O;:CaCl2,Ca(NO3)2;:K2CO3,NaCO3,NaSiO3;:碳?xì)滏溕蠋в袠O性基團(tuán)的表面活性劑(如葡萄糖酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽和糖),磷酸、硼酸、草酸和氫氟酸的鈉鹽；:甲酸鹽和三乙醇胺.速凝劑的作用機(jī)理使水泥生產(chǎn)時摻入的起調(diào)凝作用的石膏分解，從而使C3A迅速水化；速凝劑中的

15、組分與硫酸鈣反應(yīng)生成能促進(jìn)水泥水化的化合物；水溶性的鋁酸鹽能迅速促進(jìn)水泥漿的凝結(jié)硬化。.緩凝劑的作用機(jī)理 緩凝劑分子吸附在水泥顆粒表面，屏蔽活性點(diǎn)，阻礙水泥的水化；能產(chǎn)生多元酸根離子吸附在金屬離子上，阻礙水泥水化物的結(jié)晶沉淀，從而延緩了水泥漿體結(jié)構(gòu)的形成，使混凝土的凝結(jié)時間延緩幾小時。緩凝劑對水泥漿凝結(jié)時間的影響.(二) 礦物外加劑(摻合料)問題？ 混凝土中為什么要使用礦物外加劑或摻合料？代替水泥，所以也稱水泥代用材料改善混凝土微結(jié)構(gòu)，尤其是界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)改善混凝土性能，尤其是耐久性保護(hù)生態(tài)環(huán)境，節(jié)約資源和能源.主要礦物外加劑(摻合料)的種類粉煤灰 煤粉在鍋爐中燃燒后的灰份；磨細(xì)礦渣 高爐煉鐵

16、排出的廢渣，經(jīng)粉磨后使用；硅灰 生產(chǎn)硅鐵合金排出的煙氣冷凝形成微細(xì)的粉末；磨細(xì)石灰石粉 將石灰石骨料開采時的碎屑磨成粉末主要礦物外加劑(摻合料)的物理性質(zhì) 性質(zhì) 粉煤灰 磨細(xì)礦渣 硅粉 水泥 密度 2.1 2.9 2.2 3.15粒徑(m) 1150 3200 0.010.5 0.1100比表面積(m2/kg) 350 400 15000 350氧化物 粉煤灰 磨細(xì)礦渣 硅粉 水泥 低鈣 高鈣SiO2 48 40 36 97 20Al2O3 27 18 9 2 5Fe2O3 9 8 1 0.1 4MgO 2 4 11 0.1 1CaO 3 20 40 64Na2O 1 0.2K2O 4 0.5

17、主要礦物外加劑(摻合料)的化學(xué)組成.粉煤灰的生產(chǎn)Fly Ash煤粉+-電收塵器鍋爐爐底灰粉煤灰煙囪.磨細(xì)高爐礦渣的生產(chǎn)鐵水熔融礦渣高 爐水 池水淬烘干、粉磨球磨機(jī).加 密硅鐵合金廠硅冶煉廠煙罩冷凝硅粉200300kg/m3500600kg/m3硅灰的生產(chǎn).礦物外加劑在混凝土中的作用活性效應(yīng)稀釋效應(yīng)填充效應(yīng)等價球體直徑(m)質(zhì)量累計百分率(%)硅灰硅酸鹽水泥低鈣粉煤灰高鈣粉煤灰水泥與礦物外加劑的分體等球體直徑Bamforth的實(shí)驗(yàn)(厚2.5m結(jié)構(gòu)物中部的溫度變化)70%硅酸鹽水泥+30%粉煤灰100%硅酸鹽水泥25%硅酸鹽水泥+75%磨細(xì)礦渣不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度發(fā)展硅酸鹽水泥水泥/礦渣水泥/

18、粉煤灰水泥/粉煤灰水泥/礦渣硅酸鹽水泥齡 期20C標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場同溫度養(yǎng)護(hù).硅粉的特性與應(yīng)用顆粒非常微細(xì)，在高效減水劑強(qiáng)烈的分散作用下，可填充水泥顆粒的間隙，從而進(jìn)一步降低水膠比，提高強(qiáng)度和抗?jié)B透性能；由于會使拌合物粘聚性明顯增大，并加劇自身收縮，通常限制摻量為10%以內(nèi)；由于表觀密度小，運(yùn)輸時體積大、費(fèi)用高，通常只用于等級很高的混凝土（100MPa）；摻硅粉混凝土必須盡早開始濕養(yǎng)護(hù)，以避免開裂。硅灰、凝膠相和未水化水泥顆粒的堆積圖像摻加10硅灰的水泥漿體水化14天后的SEM(3500倍)照片. 第四節(jié) 路面水泥混凝土的組成設(shè)計道路建筑材料水泥混凝土.1.路面普通水泥混凝土(1)路面普通混凝土組

19、成材料的技術(shù)要求 1)水泥品種與強(qiáng)度要求：特重、重交通等級的水泥混凝土路面，應(yīng)優(yōu)先采用旋窯道路硅酸鹽水泥，中、輕交通路面，也可采用礦渣硅酸鹽水泥。 2）粉煤灰 3）粗集料 4）細(xì)集料品種與質(zhì)量要求 5）外加劑 6）水道路建筑材料水泥混凝土.2.路面普通混凝土配合比設(shè)計指標(biāo)（1）設(shè)計彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（2）施工和易性 1）路面混凝土拌合物的施工方式 2）路面混凝土拌合物的施工和易性要求（3）耐久性道路建筑材料水泥混凝土.3.路面普通水泥混凝土配合比設(shè)計步驟（1）配制彎拉強(qiáng)度（2）水灰比的計算、校核及確定（3）選取砂率（4）計算單位用水量（5）確定單位水泥用量（6）單位粉煤灰用量（7）砂石材料用量道路

20、建筑材料水泥混凝土.4、噴射混凝土1930鐵路工程協(xié)會就提出了“噴射混凝土”（ shotcrete ）的術(shù)語，來描述混凝土的噴射法施工。1951年美國混凝土協(xié)會將這個術(shù)語用于干拌過程?，F(xiàn)在“噴射混凝土（Shotcrete ）”用于濕拌過程已被普遍接受。.軟泥土Muck.支擋Support.噴射混凝土組成材料骨料Aggregate 細(xì)骨料 = 骨料總量的60 - 70%粗骨料 = 30-40% 水泥：硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，320450kg/m3。 水灰比： W/C = 0.33 - 0.45 減水劑：高效減水劑硅灰：水泥質(zhì)量的5% - 15%乳液改性劑：主用用于修補(bǔ)速凝劑硅酸鹽，如水玻璃鋁

21、酸鹽，如鋁酸鈉，用量占膠凝材料的2 - 5%.噴射混凝土應(yīng)用地基密封防治腐蝕和風(fēng)化阻止?jié)B進(jìn)和滲出挖掘支擋體系的成分主支擋錨桿 / 噴射混凝土體系錨桿 / 噴射混凝土 / 網(wǎng)架體系表面修飾實(shí)用、功能和藝術(shù)的考慮，并不形成混凝土。修補(bǔ).噴嘴技術(shù).擋土墻加固.噴射混凝土施工前的掛網(wǎng)噴射施工噴射混凝土表面裝飾藝術(shù)處理噴射混凝土噴射混凝土Shotcrete噴射混凝土Shotcrete.5、泵送混凝土Pumping Concrete.泵送混凝土Pumping Concrete.泵送混凝土.泵送混凝土Pumping Concrete.泵送混凝土Pumping Concrete.泵送混凝土Pumping Co

22、ncrete.巖基水面泵送混凝土.泵送混凝土的特點(diǎn)可用泵進(jìn)行垂直和水平輸送，并可澆注的混凝土?？杀眯裕涸诒脡合?，連續(xù)穩(wěn)定，不離析大流動性良好的保水性和粘聚性足夠的稠度和適中的漿體.組成材料與配合比原材料水泥 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等骨料 最大粒徑與管徑之比，連續(xù)級配外加劑 泵送劑、減水劑、礦物粉末等配合比水灰比0.6；水泥用量300kg/m3；砂率 3845；引氣劑 含氣量4.6、碾壓混凝土Roller Compacted Concrete (RCC)RCCD(Dam)RCCP (Pavement).碾壓混凝土.碾壓混凝土.碾壓混凝土RCC.碾壓混凝土RCC.碾壓混凝土的性能特點(diǎn)強(qiáng)度高 收

23、縮小 降低1/21/3；耐久性好 結(jié)構(gòu)密實(shí)，抗?jié)B性好節(jié)約水泥 節(jié)約30，200kg/m3;工效高 用于修路可提高2倍.7、自密實(shí)混凝土Self-Compacted Concrete.和易性特點(diǎn)混凝土自密實(shí)可解釋為，拌合物的屈服剪應(yīng)力較小，塑性粘度足夠使骨料懸浮于水泥漿中，不離析和泌水，能自由流淌并通過鋼筋間隙等狹窄空間不被堵塞，且均勻填充密實(shí)模板各個角落，從而能避免因振搗不足或不能振搗造成的空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷。自密實(shí)混凝土不需機(jī)械振搗，而是依靠自重使混凝土密實(shí)?；炷恋牧鲃佣入m然高，但仍可以防止離析?；炷敛粌H能達(dá)到自密實(shí)的效果，而且混凝土還應(yīng)具有良好的粘聚性、保水性和流動性。 .配制自密實(shí)混凝土的方法