混凝土外加劑第一頁，共39頁。6.1概述1、定義混凝土外加劑，是一種在混凝土攪拌之前或拌制過程中加入的、用以改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的材料

。除特殊情況外，摻量一般不超過水泥用量的5％。外加劑的摻量雖小，但其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果卻顯著，因此，外加劑已成為混凝土的重要組成部分，被稱為第五組分，獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。

第二頁，共39頁。2、意義外加劑的使用是混凝土技術(shù)的重大突破。隨著混凝土工程技術(shù)的發(fā)展，對混凝土性能提出了許多新的要求。如：泵送混凝土要求高的流動(dòng)性；冬季施工要求高的早期強(qiáng)度；高層建筑、海洋結(jié)構(gòu)要求高強(qiáng)、高耐久性。

第三頁，共39頁。6.2外加劑的分類

混凝土外加劑種類繁多，根據(jù)《混凝土外加劑的定義、分類、命名與術(shù)語》(GB8075-2005)的規(guī)定，混凝土外加劑按其主要功能分為四類：

1)改善混凝土拌合物流變性能的外加劑。包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。

2)調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑。包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑等。

第四頁，共39頁。3)改善混凝土耐久性的外加劑。包括引氣劑、防水劑和阻銹劑、減縮劑等。

4)改善混凝土其他性能的外加劑。包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、防水劑和泵送劑等。目前，在工程中常用的外加劑主要有減水劑引氣劑早強(qiáng)劑緩凝劑防凍劑等。

第五頁，共39頁。一、減水劑

定義：減水劑是指在保持混凝土稠度不變的條件下，具有減水增強(qiáng)作用的外加劑。

1．減水劑的作用原理

常用減水劑均屬表面活性物質(zhì)，其分子是由親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)兩個(gè)部分組成，見圖6-1。圖6.1表面活性劑分子結(jié)構(gòu)模型第六頁，共39頁。圖6.2水泥漿的絮凝結(jié)構(gòu)和減水劑作用示意圖當(dāng)水泥加水拌合后，由于水泥顆粒間分子凝聚力的作用，使水泥漿形成絮凝結(jié)構(gòu)由于減水劑的表面活性作用，致使憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團(tuán)指向水溶液，使水泥顆粒表面帶有相同的電荷，在電斥力作用下，水泥顆?；ハ喾珠_當(dāng)水泥顆粒表面吸附足夠的減水劑后，在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜層，它阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起潤滑作用，也改善了混凝土拌合物的和易性。此外，由于水泥顆粒被有效分散，顆粒表面被水分充分潤濕，增大了水泥顆粒的水化面積，使水化比較充分，從而提高了混凝土的強(qiáng)度?？梢?，減水劑作用原理可由吸咐——分散作用、潤滑作用、濕潤作用三部分組成第七頁，共39頁。2．減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果

根據(jù)使用目的不同，在混凝土中加入減水后，一般可取得以下效果：

(1)增加流動(dòng)性在用水量及水泥用量不變時(shí)，混凝土坍落度可增大100～200mm，明顯提高混凝土流動(dòng)性，且不影響混凝土的強(qiáng)度。泵送混凝土或其他大流動(dòng)性混凝土均需摻入高效減水劑。(2)提高混凝土強(qiáng)度在保持流動(dòng)性及水泥用量不變的條件下，可減少拌合水量10％～15％，從而降低了水灰比，使混凝土強(qiáng)度提高15％～20％。特別是早期強(qiáng)度提高更為顯著。摻入高效減水劑是制備早強(qiáng)、高強(qiáng)、高性能混凝土的技術(shù)措施之一。第八頁，共39頁。(3)節(jié)約水泥在保持流動(dòng)性及水灰比不變的條件下，可以在減少拌合水量的同時(shí)，相應(yīng)減少水泥用量，即在保持混凝土強(qiáng)度不變時(shí)，可節(jié)約水泥用量10％～15％，且有利于降低工程成本。

(4)改善混凝土的耐久性

由于減水劑的摻入，顯著地改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的密實(shí)度提高，透水性降低，從而可提高抗?jié)B、抗凍、抗化學(xué)腐蝕及防銹蝕等能力。此外，摻用減水劑后，還可以改善混凝土拌合物的泌水、離析現(xiàn)象，延緩混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間，減慢水泥水化放熱速度。防止因內(nèi)外溫差而引起的裂縫。第九頁，共39頁。3.常用的減水劑

按減水劑的作用效果及功能情況，可分為普通減水劑、高效減水劑、早強(qiáng)減水劑、緩凝減水劑、緩凝高效減水劑及引氣減水劑等。按凝結(jié)時(shí)間可分為標(biāo)準(zhǔn)型、早強(qiáng)型、緩凝型三種；按是否引氣可分為引氣型和非引氣型兩種：按其主要化學(xué)成分為：木質(zhì)素磺酸鹽系；多環(huán)芳香族磺酸鹽系；水溶性樹脂磺酸鹽系；糖蜜類、腐植酸鹽和復(fù)合型減水劑等。

第十頁，共39頁。(1)木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑分類：根據(jù)其所帶陽離子的不同，有木質(zhì)素磺酸鈣(木鈣)、木質(zhì)素磺酸鈉(木鈉)、木質(zhì)素磺酸鎂(木鎂等)。其中木鈣減水劑(又稱M型減水劑)使用較多。木鈣減水劑的摻量，一般為水泥質(zhì)量的0.2％～0.3％。作用：當(dāng)保持水泥用量和混凝土坍落度不變時(shí)，其減水率為10％～15％，混凝土28d抗壓強(qiáng)度提高10％～20％；若保持混凝土的抗壓強(qiáng)度和坍落度不變，則可節(jié)省水泥用量10％左右；若保持混凝土的配合比不變，則可提高混凝土坍落度80一100mm。

注意：但是木鈣減水劑對混凝土有緩凝作用，摻量過多或在低溫下緩凝作用更為顯著，而且還可能使混凝土強(qiáng)度降低，使用時(shí)應(yīng)注意。木鈣減水劑是引氣型減水劑，摻用后可改善混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、降低泌水性。

第十一頁，共39頁。使用范圍：木鈣減水劑可用于一般混凝土工程，尤其適用于大模板、大體積澆注、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。木鈣減水劑不宜單獨(dú)用于冬季施工，在日最低氣溫低于5℃時(shí)，應(yīng)與早強(qiáng)劑或早強(qiáng)劑、防凍劑等復(fù)合使用。木鈣減水劑也不宜單獨(dú)用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土。第十二頁，共39頁。

組成：多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑的主要成分為萘或萘的同系物的磺酸鹽與甲醛的縮合物，故又稱萘系減水劑。萘系減水劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是憎水性的主鏈為亞甲基連接的雙環(huán)或多環(huán)的芳烴，親水性的官能團(tuán)則是連在芳環(huán)上的-SO3M等。

用量：萘系減水劑的適宜摻量為水泥質(zhì)量的0.5％～1.0％。(2)多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑第十三頁，共39頁。

性能：混凝土28d強(qiáng)度提高20％以上。在保持混凝土強(qiáng)度和坍落度相近時(shí)，則可節(jié)約水泥用量10％～20％。

應(yīng)用：萘系減水劑對不同品種水泥的適應(yīng)性較強(qiáng)。適用于配制早強(qiáng)、高強(qiáng)、流態(tài)、防水、蒸養(yǎng)等混凝土。也適用于日最低氣溫0℃以上施工的混凝土，低于此溫度則宜與早強(qiáng)劑復(fù)合使用。第十四頁，共39頁。

組成：水溶性樹脂系減水劑是以一些水溶性樹脂為主要原料的減水劑，如三聚氰胺樹脂、古瑪隆樹脂等，我國生產(chǎn)的SM減水劑即是將三聚氰胺與甲醛反應(yīng)生成三羥甲基三聚氰胺，再經(jīng)硫酸氫鈉磺化而得的以三聚氰胺樹脂磺酸鈉為主要成分的減水劑。CRS減水劑則是以古瑪隆一茍樹脂磺酸鈉為主要成分的減水劑。

用量及性能：SM減水劑摻量為水泥質(zhì)量的0.5％～2.0％，其減水率為15％～27％，混凝土3度提高30％～100％，28d強(qiáng)度提高20％一30％。CRS減水劑摻量為水泥質(zhì)量的0.75％～2.0％，其減水率為18％～30％，混凝土3d強(qiáng)度提高40％～130％，28d強(qiáng)度可提高20％一30％。(3)水溶性樹脂系減水劑第十五頁，共39頁。特點(diǎn)：這二種減水劑除具有顯著的減水、增強(qiáng)效果外，還能提高混凝土的其他力學(xué)性能和混凝土的抗?jié)B、抗凍性，對混凝土的蒸養(yǎng)適應(yīng)性也優(yōu)于其他外加劑。

應(yīng)用：水溶性樹脂系減水劑為高效減水劑，適用于早強(qiáng)、高強(qiáng)、蒸養(yǎng)及流態(tài)混凝土等。第十六頁，共39頁。

二、早強(qiáng)劑

定義：早強(qiáng)劑，是加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展，并對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑。作用：早強(qiáng)劑能加速水泥的水化和硬化，縮短養(yǎng)護(hù)期，從而達(dá)到盡早拆模、提高模板周轉(zhuǎn)率，加快施工速度的目的。早強(qiáng)劑可以在常溫、低溫和負(fù)溫(不低于一5°C)條件下加速混凝土的硬化過程，多用于冬季施工和搶修工程。分類：早強(qiáng)劑主要有無機(jī)鹽類(氯鹽類、硫酸鹽類)和有機(jī)類及有機(jī)一無機(jī)的復(fù)合物三大類。

第十七頁，共39頁。氯鹽早強(qiáng)劑

組成：氯鹽早強(qiáng)劑主要包括氯化鈣、氯化鈉、氯化鋁等。合理摻加氯鹽類早強(qiáng)劑，會(huì)對混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展有利。

注意：不過氯鹽類的早強(qiáng)劑只準(zhǔn)在不配筋的素混凝土中摻加，對于鋼筋混凝土，特別是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝上，以及有金屬預(yù)埋件的混凝土中，要慎重使用這類外加劑，限制Cl-含量的引入量，甚至要禁止使用。

第十八頁，共39頁。

作用機(jī)理：

第一，氯化物與水泥中的c3A形成更難溶于水的水化氯鋁酸鹽，加速了水泥中的c3A水化，從而使水泥水化加速；

第二，氯化物與水泥水化所得的氫氧化鈣生成難溶于水的氧氯化鈣，降低液相中氫氧化鈣的濃度，加速c3s的水化。

另外，由于氯化物多為易溶鹽類，具有鹽效應(yīng)，可加大硅酸鹽水泥熟料礦物的溶解度，加快水化反應(yīng)進(jìn)程，從而加速水泥及混凝土的硬化。第十九頁，共39頁。

2)硫酸鹽早強(qiáng)劑

常用的硫酸鹽早強(qiáng)劑為硫酸鈉、硫酸鉀和硫酸鈣。

注意：摻硫酸鹽早強(qiáng)劑的混凝土要注意預(yù)防泛堿和白華現(xiàn)象。硫酸鹽的摻量應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定，以免引起堿集料反應(yīng)破壞或硫酸鹽過量產(chǎn)生的侵蝕破壞。

第二十頁，共39頁。3)硝酸鹽和亞硝酸鹽早強(qiáng)劑

硝酸鹽和亞硝酸鹽均對水泥水化過程起促進(jìn)作用。這些鹽類不僅能作為混凝土的早強(qiáng)劑組分，而且可以作為混凝土防凍劑組分使用。其主要品種有：亞硝酸鈣一硝酸鈣，硝酸鈣一尿素、亞硝酸鈣一硝酸鈣一尿素、亞硝酸鈣一硝酸鈣一氯化鈣，以及亞硝酸鈣一硝酸鈣一氯化鈣一尿酸等。

亞硝酸鈉的摻入還可以防止混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕，其原因是可以促使鋼筋表面形成致密的保護(hù)膜。所以氯鹽早強(qiáng)劑或氯鹽防凍劑中常復(fù)合有亞硝酸鈉組分。

第二十一頁，共39頁。4)有機(jī)化合物早強(qiáng)劑

最常用的有機(jī)化合物早強(qiáng)劑為三乙醇胺。三乙醇胺是一種表面活性劑，摻入水泥混凝土中，在水泥水化過程中起催化劑的作用，它能夠加速C3A的水化和鈣礬石的形成。三乙醇胺常與氯鹽早強(qiáng)劑復(fù)合使用，早強(qiáng)效果更佳。常用的有機(jī)化合物早強(qiáng)劑還有甲酸鈣、乙酸和乙酸鹽等。

第二十二頁，共39頁。5)復(fù)合型早強(qiáng)劑和早強(qiáng)減水劑

通過對各種早強(qiáng)劑組分之間的復(fù)合，以及早強(qiáng)劑組分與減水劑組分之間的復(fù)合，可以收到比單一早強(qiáng)劑更好的改性效果。如：大幅度提高混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展速率；既能較好地提高混凝土的早期強(qiáng)度，又對混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展帶來好處；既具有一定減水作用，又能大幅度加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展；既能起到良好的早強(qiáng)效果，又能避免有些早強(qiáng)組分引起混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕等。

第二十三頁，共39頁。早強(qiáng)劑的發(fā)展方向

1)非氯鹽、非硫酸鹽類早強(qiáng)劑及復(fù)配外加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用；

2)低氯離子、低硫酸根離子、低堿金屬離子含量的早強(qiáng)劑及復(fù)配外加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用；

3)大摻量礦渣粉或粉煤灰混凝土早強(qiáng)型外加劑的研制；

4)開展早強(qiáng)劑與水泥/摻合料適應(yīng)性的研究，以更科學(xué)地選擇早強(qiáng)劑，收到最佳和最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用效果。第二十四頁，共39頁。三、緩凝劑

1、定義：緩凝劑，是指能延緩混凝土凝結(jié)時(shí)間，并對混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展無不利影響的外加劑。2、分類：緩凝劑主要有四類：糖類，如糖蜜：木質(zhì)素磺酸鹽類，如木鈣、木鈉：羥基羧酸及其鹽類，如檸檬酸、酒石酸：無機(jī)鹽類，如鋅鹽、硼酸鹽等。常用的緩凝劑是木鈣和糖蜜，其中糖蜜的緩凝效果最好。

第二十五頁，共39頁。3、緩凝劑的作用原理緩凝劑的作用原理十分復(fù)雜，至今尚沒有一個(gè)比較完滿的分析理論。常有以下幾種解釋：吸附理論認(rèn)為緩凝劑被吸附在未水化水泥顆粒表面上，這是通過離子鍵、氫鍵或偶極間作用，由于屏蔽而防止水分子靠近，阻礙了水化反應(yīng)。沉淀理論認(rèn)為是緩凝劑與水泥中某些組分生成了不溶性物質(zhì)，它包圍了水泥顆粒從而阻礙了水化反應(yīng)進(jìn)行。又有的理論認(rèn)為是Ca(OH)2晶核上吸附了緩凝劑，妨礙了它的進(jìn)一步生成、長大，這須使溶相中達(dá)到一定過飽和以后，Ca(OH)2才能繼續(xù)生長。由于Ca(0H)2不能及時(shí)析出就妨礙了硅酸鹽相的進(jìn)一步水化。第二十六頁，共39頁。

總之，水泥水化反應(yīng)延緩，以及凝結(jié)的推遲，是由于緩凝劑吸附于水泥顆粒表面或水化產(chǎn)物表面所引起的。但目前還很難指出哪些化合物能有緩凝作用。作用：緩凝劑具有緩凝、減水、降低水化熱和增強(qiáng)作用，對鋼筋也無銹蝕作用。應(yīng)用：主要適用于大體積混凝土和炎熱氣候下施工的混凝土，泵送混凝土及滑模施工的混凝土，以及需長時(shí)間停放或長距離運(yùn)輸?shù)幕炷?。注意：緩凝劑不宜用于日最低氣?°C以下施工的混凝土，也不宜單獨(dú)用于有早強(qiáng)要求的混凝土及蒸養(yǎng)混凝土。第二十七頁，共39頁。四、引氣劑

定義：引氣劑——指在混凝土攪拌過程中，能引入大量分布均勻的微小氣泡，以減少混凝土拌合物的泌水、離析，改善和易性，并能顯著提高硬化混凝土抗凍性、抗?jié)B性的外加劑。分類：目前，應(yīng)用較多的引氣劑為松香熱聚物、松香皂、烷基苯磺酸鹽等。

第二十八頁，共39頁。

作用機(jī)理：引氣劑大部分是陰離子表面活性劑，在水氣界面上，憎水基向空氣一面定向吸附，在水泥水外面上，水泥或其水化粒子與親水基相吸附，憎水基背離水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附層，并力圖靠近空氣表面，由于這種粒子向空氣表面靠近和引氣劑分子在空氣水界面上的吸附作用，將顯著降低水的表面張力，使混凝上在拌合過程中產(chǎn)生大量微細(xì)氣泡，這些氣泡有帶相同電荷的定向吸附層，所以相互排斥并能均勻分布；另一方面，許多陰離子引氣劑在含鈣量高的水泥水溶液中有鈣鹽沉淀，吸附于氣泡膜上，能有效防止氣泡破滅，引入的細(xì)小均勻的氣泡能在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在。

第二十九頁，共39頁。從上述機(jī)理可以看出引氣劑的界面活性作用與減水劑相似：區(qū)別在于減水劑的界面活性作用主要發(fā)生在液一固界面，而引氣劑的界面活性作用主要在氣一液界面上。由于能顯著降低水的表面張力和界面能，使水溶液在攪拌過程中極易產(chǎn)生許多微小的封閉氣泡，氣泡直徑多在50～250μm。同時(shí)，因引氣劑定向吸附在氣泡表面，形成較為牢固的液膜，使氣泡穩(wěn)定而不破裂。按混凝土含氣量3％～5％計(jì)(不加引氣劑的混凝土含氣量為1％)，1m3混凝土拌合物中含數(shù)百億個(gè)氣泡。由于大量微小、封閉并均勻分布的氣泡的存在，使混凝土的某些性能得到明顯改善或改變。

第三十頁，共39頁。作用：

(1)改善混凝土拌合物的和易性。由于大量微小封閉球狀氣泡在混凝土拌合物內(nèi)形成，如同滾珠一樣，減少了顆粒間的摩擦阻力，使混凝土拌合物流動(dòng)性增加。同時(shí)，由于水分均勻分布在大量氣泡的表面，使能自由移動(dòng)的水量減少，混凝土拌合物的保水性、粘聚性也隨之提高。

(2)顯著提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性。大量均勻分布的封閉氣泡有較大的彈性變形能力，對由水結(jié)冰所產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力有一定的緩沖作用，因而混凝土的抗凍性得到提高。大量微小氣泡占據(jù)于混凝土的孔隙，切斷毛細(xì)管通道，使抗?jié)B性得到改善。

第三十一頁，共39頁。(3)降低混凝土強(qiáng)度由于大量氣泡的存在，減少了混凝土的有效受力面積，使混凝土強(qiáng)度有所降低。應(yīng)用及注意：引氣劑可用于抗?jié)B混凝土、抗凍混凝土、抗硫酸鹽侵蝕混凝土、泌水嚴(yán)重的混凝土、貧混凝土、輕混凝土，以及對飾面有要求的混凝土等，但引氣劑不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土。第三十二頁，共39頁。五、防凍劑1、定義：防凍劑，是能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到預(yù)期足夠防凍強(qiáng)度的外加劑。2、分類：按負(fù)溫養(yǎng)護(hù)溫度可分為-5℃、-10℃、-15℃三類；按成分可分為：無機(jī)鹽類、有機(jī)鹽類、有機(jī)化合物與無機(jī)鹽復(fù)合類、復(fù)合型防凍劑。

常用的防凍劑為復(fù)合型，由防凍、早強(qiáng)、減小、引氣等多組分組成各盡其能，完成預(yù)定抗凍性能。

第三十三頁，共39頁。

六、速凝劑

1、定義：速凝劑，是指能使混凝土迅速凝結(jié)硬化的外加劑。速凝劑主要有無機(jī)鹽類和有機(jī)物類兩類。

2、功能：速凝劑摻入混凝土后，能使混凝土在5min內(nèi)初凝，10min內(nèi)終凝，1h就可產(chǎn)生強(qiáng)度，1d強(qiáng)度提高2～3倍，但后期強(qiáng)度會(huì)下降，28d強(qiáng)度約為不摻時(shí)的80％～90％。

3、應(yīng)用：速凝劑主要用于礦山井巷、鐵路隧道、引水涵洞、地下工程以及噴錨支護(hù)時(shí)的噴射混凝土或噴射砂漿工程。第三十四頁，共39頁。

七、減縮劑

1、意義：混凝土很大的一個(gè)缺點(diǎn)是在干燥條件下產(chǎn)生收縮，這種收縮導(dǎo)致了硬化混凝土的開裂和其他缺陷的形成和發(fā)展，使混凝土的使用壽命大大下降。在混凝土中加入減縮劑能大大降低混凝土的干燥收縮，典型性的能使混凝土的28d收縮值減少50％～80％，最終收縮值減少25％～50％。

2、機(jī)理：主要是能降低混凝土中的毛細(xì)管張力，從本質(zhì)上講，減縮劑是表面活性物質(zhì)，有些種類的減縮劑還是表面活性劑。