第4章混凝土 Part4.ppt
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1、土木工程材料 第四章 混凝土 CONCRETE 主讲,Part 4,5. 混凝土外加剂 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的,用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。 混凝土中掺入外加剂,是行之有效的改善混凝土性能的措施。随着科学技术的不断进步,外加剂已越来越多地得到发展和使用。因此,外加剂已成为混凝土中除由四种基本材料以外的第五种组分。,5.1混凝土外加剂的分类 按化学成分可分成三类: ()无机化合物,多为电解质盐类。 ()有机化合物,多为表面活性剂。 ()有机无机复合物。 按功能分为四类: ()改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如各种减水剂、泵送剂、保水剂等。 ()
2、调节混凝土凝结时间,硬化性能的外加剂。如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。 ()改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂、防水剂和阻锈剂等。 ()改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂、碱骨料反应抑制剂、隔离剂、养护剂等。,5.2 常用混凝土外加剂 5.2.1减水剂 减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下,能减少拌合用水量的外加剂。 (1)减水剂的作用机理 减水剂多属于表面活性剂,它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成,当两种物质接触时(如水水泥,水一油,水一气),表面活性剂的亲水基团指向水,憎水基团朝向水泥颗粒(油或气)。减水剂能提高混凝土拌合物和易性及混凝土强度的原因,
3、是由于其表面活性物质间的吸附一分散作用,及其润滑、湿润作用所致。,水泥加水拌和后,由于水泥颗粒间分子引力的作用,产生许多絮状物而形成絮凝结构,使 10 30的拌合水(游离水)被包裹在其中,从而降低了混凝土拌合物的流动性。 当加入适量减水剂后,减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面,亲水基端指向水溶液。由于亲水基团的电离作用,使水泥颗粒表面带上电性相同的电荷,产生静电斥力(图47a。),致使水泥颗粒相互分散,导致絮凝结构解体,释放出游离水,从而有效地增大了混凝土拌合物的流动性(图47b)。,阴离子表面活性剂类减水剂,其亲水基团极性很强,易与水分子以氢键形式结合,在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜(
4、图47),这层水是很好的润滑剂,有利于水泥颗粒的滑动,从而使混凝土流动性进一步提高。减水剂还能使水泥更好地被水湿润,也有利于和易性的改善。,图47 减水剂的作用示意图,()减水剂的经济技术效果 掺减水剂的混凝土与未掺减水剂基准混凝土相比,具有如下效果: 在保证混凝土混合物和易性和水泥用量不变的条件下,可减少用水量,降低水灰比,从而提高混凝土的强度和耐久性。 在保持混凝土强度(水灰比不变)和坍落度不变的条件下,可节约水泥用量。 在保持水灰比与水泥用量不变的条件下,可大大提高混凝土混合物的流动性,从而方便施工。,(3)减水剂的常用品种 木质素系减水剂 木质素系减水剂主要有木质素磺酸钙(木钙)、木质
5、素磺酸钠(木钠)和木质素磺酸镁(木镁)之分,其中以木钙使用最多,并简称剂,它属于阴离子表面活性剂。 剂是以生产纸浆或纤维浆的亚硫酸木浆废液为原料,采用石灰乳中和,经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制成,为棕黄色粉状物。剂因原料丰富,价格低廉,并具有较好的塑化效果,故目前应用十分普遍。 剂为普通减水剂,其适宜掺量为0.20.3,减水率10左右。 剂对混凝土有缓凝作用,一般缓凝。,萘系减水剂 萘系减水剂为高效减水剂,它是以工业萘或由煤焦油中分熘出的含萘及萘的同系物熘分为原料,经磺化、水解、缩合、中和、过滤、干燥而制成,为棕色粉末,其主要成分为一萘磺酸盐甲醛缩合物,属阴离子表面活性剂。这类减水剂品
6、种很多,目前我国生产的主要有、MF、建型、等。 萘系减水剂适宜掺量为,其减水率较大,为 %增强效果显著,缓凝性很小,大多为非引气型。适用于日最低气温以上的所有混凝土工程,尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。, 树脂类减水剂 此类减水剂为水溶性树脂,主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂,简称密胺树脂减水剂。它是由三聚氰胺、甲醛、亚硫酸钠按适当比例、在一定条件下经磺化、缩聚而成,为阴离子表面活性剂。我国产品有树脂减水剂,为非引气型早强高效减水剂,其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。适宜掺量为05.,减水率达。对混凝土早强与增强效果显著,能使混凝土1d 强度提高一倍以上,强度即可达空白混凝土d的强度
7、,长期强度亦明显提高,并可提高混凝土的抗渗、抗冻性能及弹性模量。,糖蜜类减水剂 糖蜜类减水剂为普通减水剂,它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料,采用石灰中和而成,为棕色粉状物或糊状物,其中含糖较多,属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等,糊状有糖蜜。 糖蜜减水剂适宜掺量为,减水率10左右,故属缓凝减水剂。,5.2.2早强剂 能加速混凝土早期强度发展的外加剂,称为早强剂。 ()氯盐类早强剂 氯盐类早强剂主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等,其中以氯化钙应用最广。氯化钙的早强作用主要是因为它能与3和a()2反应,生成不溶性复盐水化氯铝酸钙和氧氯酸钙,增加水泥浆体中固相比例,
8、提高早期强度;同时液相中()2浓度降低,也使 3、C2S 加速水化,使早期强度提高。,氯化钙的适宜掺量为。氯化钙早强效果显著,能使混凝土强度提高 ,强度提高%。氯化钙早强剂因其能产生氯离子,易促使钢筋产生锈蚀,故施工中必须严格控制掺量。我国规范中规定:在钢筋混凝土中氯化钙的掺量不得超过水泥质量的 ;在无筋混凝土中掺量不得超过。,()硫酸盐类(硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠) 硫酸盐的早强作用主要是与水泥的水化产物a()2 反应,生成高分散性的化学石膏,它与的化学反应比外掺石膏的作用快得多,能迅速生成水化硫铝酸钙,增加固相体积,提高早期结构的密实度,同时也会加快水泥的水化速度,因而提高混凝土的早期强
9、度。硫酸钠的适宜掺量为,常以复合使用效果更佳。使用时应防止引起碱集料反应。,()有机胺类(三乙醇胺,三乙丙醇胺) 三乙醇胺是一种非离子型表面活性剂,它不改变水化生成物,但能在水泥的水化过程中起着“催化作用”,与其他早强剂复合效果更好。 ()其它:如甲酸盐等 有些减水剂具有早强效果。也有些早强减水剂是由早强剂和减水剂复合而成。,5.2.3 引气剂与引气减水剂 引气剂是指在混凝土搅拌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。 引气剂也是表面活性剂,其憎水基团朝向气泡,亲水基团吸附一层水膜,由于引气剂离子对液膜的保护作用,使气泡不易破裂。引入的这些微小气泡(直径为201000)在拌合物
10、中均匀分布,明显地改善混合料的和易性,提高混凝土的耐久性(抗冻性和抗渗性),使混凝土的强度和弹性模量有所降低。 常用的加气剂有松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类等。适宜掺量为水泥质量的0.0050.01%左右。,5.2.4 缓凝剂及缓凝减水剂 缓凝剂是指能延长混凝土凝结时间的外加剂。 由于缓凝剂在水泥及其水化物表面上的吸附作用,或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。缓凝剂同时还具有减水、增强、降低水化热等功能。 常用的缓凝剂及缓凝减水剂有糖类;羟基羧酸及其盐类,如柠檬酸,酒石酸钾钠等。,5.2.5 防冻剂 防冻剂是指能降低水泥混凝土拌和物液相冰点,使混凝土在相应负温下免受冻害
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