混凝土化学外加剂.ppt

砼化学外加剂砼化学外加剂砼化学外加剂砼化学外加剂 轨道交通质量轨道交通质量培训班培训班2024/11/12 周二2教学内容和教学要求教学内容和教学要求p（了解）表面活性剂的作用与应用。p（熟悉）砼化学外加剂的定义、作用和分类。p（了解）减水剂、引气剂、早强剂的主要功能、作用机理、技术性质以及常用品种。p（掌握）高效减水剂的减水机理和优劣作用效果。思考题思考题1.试述聚羧酸系高效减水剂在砼中的减水机理和技术经济效益。2.化学成分不同的减水剂的性能与作用有何差异？2024/11/12 周二3定义定义 p工程结构和施工技术的发展对砼性能不断提出新要求。为此需采用外加材料外加材料来改善砼的性能。按在砼拌合物中的掺量，外加材料分外加剂外加剂和掺合料掺合料两类。p砼外加剂砼外加剂：掺量水泥质量的5%（特殊情况除外），在配合比设计时，不不不不考虑其对砼体积或质量体积或质量的影响。p利用外加剂使砼获得所需性能，是砼发展的重要途径之一。外加剂掺量虽小，但改性效果显著，已成为砼除水泥、水、砂、石子以外的第五组分第五组分。2024/11/12 周二4常具有多种功能或可使某项性能得到显著改善外加剂外加剂在砼中在砼中所起作用的所起作用的主要功能主要功能化学成分化学成分改善砼流变性能调节砼凝结时间、硬化性能改善砼耐久性提供砼特殊性能有机物无机物复合图1外加剂的分类减减水水剂剂引引气气剂剂泵泵送送剂剂等等缓缓凝凝剂剂速速凝凝剂剂早早强强剂剂等等防防水水剂剂阻阻锈锈剂剂抗抗冻冻剂剂引引气气剂剂等等加加气气剂剂膨膨胀胀剂剂着着色色剂剂泡泡沫沫剂剂粘粘结结剂剂等等多多为为各各种种表表面面活活性性剂剂包包括括金金属属单单质质、氧氧化化物物及及无无机机盐盐类类适适当当有有机机物物与与无无机机物物复复合合制制成成2024/11/12 周二5 表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂 具有表面活性作用的物质具有表面活性作用的物质。有些物质能溶于水，并从溶液中向界面富集，在液-气与液-固界面上产生定向排列，形成单分子吸附膜单分子吸附膜层层。由于改变了液、固、气相的表面受力情况和表面能，从而显著降低了水的表面张力以及水与其它液相或固相之间的界面张力表面活性表面活性。|定义与作用定义与作用定义与作用定义与作用2024/11/12 周二6|表面活性剂分子构成表面活性剂分子构成表面活性剂分子构成表面活性剂分子构成两部分两部分：亲水基团亲水基团 极性极性基团，以羟基、羧酸盐基、磺酸盐基、胺基等为代表性原子团，易溶于水，难溶于油，对水等极性分子具有较强的亲和力；憎水基团憎水基团 非极性非极性基团，以脂肪烃、芳香烃等为代表性原子团，难溶于水，溶于油，对空气、油等非极性分子具有较强的亲和力。u不同类型界面上，表面活性剂形成不同类型吸附层。2024/11/12 周二7图2表面活性剂的分子模型 图3表面活性剂分子的吸附定向排列2024/11/12 周二8|表面活性剂的类型表面活性剂的类型表面活性剂的类型表面活性剂的类型u亲水基团的亲水性较强而憎水基团的憎水性较弱的，为亲水性（水溶性）表面活性剂；反之为憎水性表面活性剂。亲水性表面活性剂根据其亲水基团在水溶液中离解与否，以及离解出的离子不同，又分为：阴离子型阴离子型 亲水基端能离解出正离子，使亲水基团带负电。各类磺磺磺磺酸盐酸盐酸盐酸盐。阳离子型阳离子型 亲水基端能离解出负离子，使亲水基团带正电。两性离子型两性离子型 亲水基端既能离解出正离子，又能离解出负离子，具有两个亲水基团。非离子型非离子型 亲水基团不离解出离子，但本身具有极性，能吸附水分子，起亲水基作用。多羟基碳水化合物多羟基碳水化合物多羟基碳水化合物多羟基碳水化合物。2024/11/12 周二9砼常用的砼常用的有机物有机物外加剂多属外加剂多属亲水性亲水性表面活表面活性剂（性剂（阴离子型阴离子型的为主），及部分非离子的为主），及部分非离子型的。型的。水泥砼中掺入表面活性剂后，水泥砼中掺入表面活性剂后，水泥的水化水泥的水化反应未改变，也未发现新的水化产物反应未改变，也未发现新的水化产物。表面活性剂主要起湿润、乳化、分散、起表面活性剂主要起湿润、乳化、分散、起泡、润滑等物理化学作用，泡、润滑等物理化学作用，改变水泥浆体改变水泥浆体的物理化学性质的物理化学性质。2024/11/12 周二10|表面活性作用与浓度的关系表面活性作用与浓度的关系表面活性作用与浓度的关系表面活性作用与浓度的关系 表面张力的变化与液-气界面吸附的溶质浓度浓度有关。由右图可知，水溶液表面张力随着表面活性剂浓度的增加，开始时急剧下降，浓度增加到一定程度时表面张力保持基本恒定。图4表面活性剂浓度与水溶液表面张力的关系2024/11/12 周二11图5 表面活性剂的浓度变化情况 2024/11/12 周二12u图5（a）是稀溶液稀溶液，表面活性剂随用量增大很快聚集到水面，减小了水和空气的接触面，使表面张力按比例迅速降低；u图5（b）是临界胶束溶液临界胶束溶液，水面聚集了足量表面活性剂，毫无间隙地密布于液面上形成单分子膜层，使空气与水之间隔绝图4中表面张力曲线停止下降部分。u图5（c）是大于临界胶束溶液大于临界胶束溶液，表面活性剂用量的增加，只能使其各自以几十或几百个聚集成球状胶束。空气与水的接触界面不再缩小，表面张力也就不再降低。表面活性剂存在表面活性剂存在最佳掺量最佳掺量最佳掺量最佳掺量，通过试验，通过试验获得。获得。2024/11/12 周二13|聚合物分子量大小对外加剂作用的影响聚合物分子量大小对外加剂作用的影响聚合物分子量大小对外加剂作用的影响聚合物分子量大小对外加剂作用的影响u单体或聚合度较低的高分子主要表现为降低表面张力，具有引气和分散作用；u相对分子质量为1500-15000的聚合物主要表现为吸附、分散润滑、电性保护等减水作用砼高效减水剂；u相对分子量大于15000的聚合物主要表现为保水；u分子量太大的不适合用作砼外加剂。2024/11/12 周二14减水剂减水剂 最常用最常用最常用最常用！n在保持新拌砼和易性及水泥用量不变条件下，显著降低用水量、提高砼强度。n在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量。2024/11/12 周二15引引气气减减水水剂剂普通减水剂普通减水剂（塑化剂）（塑化剂）高效减水剂高效减水剂（超塑化剂、（超塑化剂、流化剂流化剂）5%10%早早强强减减水水剂剂减水剂减水剂减水率减水率对砼的作用对砼的作用缓缓凝凝减减水水剂剂减水率减水率减水率减水率在砂石骨料不变在砂石骨料不变的条件下，保持砼流动的条件下，保持砼流动性及水泥用量不变时，性及水泥用量不变时，掺外加剂的砼用水量较掺外加剂的砼用水量较不掺外加剂的基准砼用不掺外加剂的基准砼用水量减少的百分率水量减少的百分率我国水泥产量、用量居世界首位，高效减水剂年使用量达100万t以上2024/11/12 周二16减水剂的作用机理减水剂的作用机理减水减水减水减水剂的研究意义剂的研究意义剂的研究意义剂的研究意义 水泥加水拌合时，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，水泥浆形成絮凝结构，将10%-30%的自由水包裹其中，严重降低砼拌合物的流动性。为保证拌合物的施工和易性，只得相应增加拌合水量，致使水泥石中形成过多孔隙，影响硬化砼的一系列物理力学性能。若将封闭的水分释放出来，砼的拌合水量就可大为减省。2024/11/12 周二17减水剂的减水机理减水剂的减水机理减水剂的减水机理减水剂的减水机理减水剂掺到新拌砼中减水剂掺到新拌砼中：首先首先，憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，极性水分子又吸附在亲水基团上，使水泥颗粒周围包裹一层一定厚度的溶剂化水膜，增大了水泥颗粒间的润滑性润滑作用；其次其次，减水剂降低水的表面张力及水与水泥粒子间的界面张力，在机械搅拌时使浆体内引入部分气泡：水泥颗粒自动粘连的倾向减弱、分散度增加分散作用；水泥颗粒表面易于湿润使早期水化作用较充分湿润作用，微细气泡利于水泥浆提高流动性。最后最后，当减水剂为离子型表面活性剂时，水泥颗粒表面带有同性电荷并在电性斥力作用下分散开来，水泥浆的絮凝结构絮凝结构被破坏转变为溶溶胶结构胶结构，其中游离水被释放出来显著增大了流动性。减水剂的润滑、湿润和分散三方面作用使砼拌合减水剂的润滑、湿润和分散三方面作用使砼拌合物在不增加用水量的情况下增加了流动性，或在具有同物在不增加用水量的情况下增加了流动性，或在具有同样和易性的情况下降低了用水量，因而起到了减水作用。样和易性的情况下降低了用水量，因而起到了减水作用。2024/11/12 周二18图6 减水剂的减水作用示意图未掺减水剂的水泥浆絮凝结构减水剂的吸附、分散、湿润、润滑作用水泥浆呈溶胶结构2024/11/12 周二19减水剂对砼性能的影响减水剂对砼性能的影响减水剂对砼性能的影响减水剂对砼性能的影响使用条件不同，效用不同：使用条件不同，效用不同：配合比不变时增大砼拌合物的流动性，且砼强度不降低。流动性及强度不变时，可减少用水量及水泥用量降低成本。流动性及水泥用量不变时，可减少用水量，降低水灰比，减少离析泌水砼的强度和耐久性提高，干缩和徐变减少。水泥水化放热速率减慢，热峰出现推迟大体积砼的温度裂缝减少。配制高强高性能砼比采用特种水泥更为经济、简便、灵活。增加砼拌合物坍落度损失。掺减水剂的较不掺的严重，掺高效减水剂的较掺普通减水剂的严重。坍落度随停放时间的延长而逐渐降低的现象称为坍落度损失。2024/11/12 周二20常用的减水剂（按化学成分分类）常用的减水剂（按化学成分分类）木质素系减水剂木质素系减水剂木质素系减水剂木质素系减水剂普通减水剂的代表普通减水剂的代表普通减水剂的代表普通减水剂的代表u由造纸或化纤厂等生产纸浆或纤维浆的废液经生物发酵提取酒精后的残渣（酒糟）为原料制得。主要使用木质木质木质木质素磺酸钙素磺酸钙素磺酸钙素磺酸钙（木钙）：含少量未除尽的糖分使水泥缓凝，减低水泥水化放热量和速率。缓凝13h（掺入0.25%），利于大体积砼及夏季施工。但超掺有可能使砼数天或数十天不凝结，影响施工进度和强度，严重时将导致工程质量事故出现。木钙（木钙（MG）缓凝引气型引气型、阴离子型减水剂。棕黄色粉末，略有芳香气味，适宜掺量适宜掺量0.25%-0.3%。2024/11/12 周二21高的气泡稳定作用，能提高砼拌合物和易性，对硬化砼的抗渗性、抗冻性有利，但降低强度。减水率约减水率约10%-14%，普通减水剂。普通减水剂。流动性不变时，可提高砼28d抗压强度810%；不减水则可增大拌合物坍落度约80100mm；若保持强度和和易性不变，可节省水泥810%。对钢筋无锈蚀，不加大砼收缩，可与其它外加剂复合使用。生产原料为工业废料，成本低廉，资源丰富，经济性好，工程中应用广泛。使用使用夏季、滑模、大体积、泵送夏季、滑模、大体积、泵送及一般的砼工程。一般的砼工程。不宜于不宜于冬季施工，蒸汽养护的砼制品和工程冬季施工，蒸汽养护的砼制品和工程。2024/11/12 周二22萘磺酸盐系减水剂萘磺酸盐系减水剂萘磺酸盐系减水剂萘磺酸盐系减水剂高效减水剂的代表高效减水剂的代表高效减水剂的代表高效减水剂的代表u简称萘系减水剂。系以工业萘或煤焦油中分馏出含萘的同系物为原料经化工合成。棕褐色粉末或液体。主要成分为-萘磺酸盐甲醛缩合物萘磺酸盐甲醛缩合物萘磺酸盐甲醛缩合物萘磺酸盐甲醛缩合物。亲水性阴离子型表面活性剂。主要品种主要品种FDN、NF、UNF等。等。市场上以硫酸钠含量有高浓、低浓之分。u工艺成熟，工艺成熟，我国已应用几十年，目前产量最大、使用最广（占减水剂用量的70%以上）。u多为非引气型非引气型高效减水剂高效减水剂，效果优于木质素系优于木质素系，对凝结时间影响小，有早强功能，对钢筋无锈蚀；能与其他各种外加剂复合使用，价格相对便宜。萘系减水剂减水剂含一定量的硫酸盐，液体产品在冬季易出现结晶2024/11/12 周二23u适宜掺量适宜掺量0.51.2%，减水率减水率1530%（提高砼28d强度20%以上，或节约水泥1020%）。缺点缺点：仅依靠静电斥力打破水泥浆絮凝状态而达到减水的作用，减水率相对较低，与水泥适应性较差，单掺使砼拌合物坍落度损失较大，加之我国水泥品种繁杂在配制高性能砼方面表现出明显不足，给砼施工带来诸多不便。u常与缓凝剂或引气剂复合使用。u主要用于配制早强、高强、流态和蒸养砼制品和工程，早强、高强、流态和蒸养砼制品和工程，或一般工程。一般工程。2024/11/12 周二24树脂系减水剂树脂系减水剂树脂系减水剂树脂系减水剂u以水溶性聚合物制成。早强、非引气非引气型高效减水剂高效减水剂。u国产品种三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂（蜜胺树脂，代号SM）及磺化古马龙树脂磺化古马龙树脂磺化古马龙树脂磺化古马龙树脂（代号CRS）。SM高效减水剂高效减水剂无色液体，阴离子型表面活性剂。减水、增强效果优于萘系减水剂效果优于萘系减水剂。适宜掺量适宜掺量0.52.0%，减水率减水率20%以上以上，最高30%。砼强度1d提高1倍以上，7d可达基准砼的28d强度，28的提高3060%配制80100MPa的超高强砼。砼的抗渗性、抗冻性和弹性模量、与钢筋的粘结力均有所改善和提高。对砼蒸养工艺适应性特别好，蒸养出池强度可提高2030%缩短蒸养时间。对铝酸盐水泥有很好的适应性。2024/11/12 周二25SM适用于高强砼、早强砼、蒸养砼、流态砼适用于高强砼、早强砼、蒸养砼、流态砼和铝酸盐水泥、耐火耐高温（和铝酸盐水泥、耐火耐高温（1 0001 200）砼等）砼等。价高价高，使用受到一定限制。掺SM的砼粘性较大，可泵性较差，坍落度损失较大砼粘性较大，可泵性较差，坍落度损失较大。CRSCRS高效减水剂高效减水剂 由炼油厂的副产品古马龙茚树脂经硫酸磺化制得。减水率减水率1929%；砼28d强度可提高2127%，抗渗性、抗冻性等也显著提高。用于配制配制高强砼及流态砼高强砼及流态砼。价格及使用范围与萘系减水剂相似价格及使用范围与萘系减水剂相似。yin，有机化合物，有机化合物，无色液体，制造合无色液体，制造合成树脂的原料成树脂的原料2024/11/12 周二26氨基磺酸盐系减水剂氨基磺酸盐系减水剂氨基磺酸盐系减水剂氨基磺酸盐系减水剂u为低碱、无氯低碱、无氯高性能液体液体减水剂。以芳香族氨基磺酸盐甲醛缩合物为主。由带氨基（-NH2）、羟基、羧基、磺酸（盐）等活性基团的单体，通过滴加甲醛，在水溶液中温热或加热缩合而成。u主要成分特点主要成分特点：Cl-离子含量低（约为0.01%-0.1%）、Na2SO4含量低（约为0.9%-4.2%），满足未来砼朝低碱、无氯方向发展的要求，对钢筋无锈蚀，冬季无结晶，不会增加砼“碱-骨料”反应，对砼后强无不良影响。u适用性好。可与其它外加剂及掺合料复配制成特性砼外加剂，如泵送剂、缓凝减水剂、防水剂、防冻剂、早强剂等，与萘系、脂肪族或聚羧酸减水剂复配使用效果更佳。对水泥的适应性明显提高，对凝结时间影响小，适用于我国大部分地区水泥。2024/11/12 周二27u主要性能特点主要性能特点：三低一高，利于商砼、泵送砼朝高性能方向发展，具有萘系、三聚氰胺系、脂肪族高效减水剂无可比拟的优势。低碱低碱低掺量低掺量为0.2%-1.0%0.2%-1.0%，低于萘系及三聚氰胺系，低于萘系及三聚氰胺系，0.5%-0.75%最佳最佳（流动性砼减水率为28%-32%；塑性砼为1723%），具有较强的水化膜润滑减水作用。但对但对掺量较敏感，低掺效果不理想，过掺易导致砼泌水。掺量较敏感，低掺效果不理想，过掺易导致砼泌水。低坍落度损失低坍落度损失保塑、不引气。保塑、不引气。砼坍损明显降低，(120min内基本无损失)，特别适于高强度、大流动性、大体积泵送砼工程。高减水率高减水率对水泥颗粒的分散效果更强，等坍落度时，减水率达30%以上；早强增强，且早强增长更快：C与T不变时，早强提高70%以上，f28提高45%以上。u分子结构中含有羟基（OH），故轻微缓凝轻微缓凝。2024/11/12 周二28氨基磺酸盐系减水剂分散减水机理氨基磺酸盐系减水剂分散减水机理结构特点结构特点：分支多（甚至网状），疏水基分子链短、极性较强。由于分支多，减水剂分子一般在水泥粒子表面呈环状、引线状和齿轮状立式吸附，显著降低显著降低水泥颗粒表面的负电位。负电负电位越高，粒子越容易在液相中分散。故位越高，粒子越容易在液相中分散。故以静电斥力静电斥力为主，同时具有较强的空间位阻斥力空间位阻斥力作用立体效应使砼在较长时间内保持其坍落度及流动性；减水剂具有强亲水性羟基（OH），能使水泥颗粒表面形成较厚的水化膜，较强的水化膜润滑减水水化膜润滑减水作用。分子中的疏水基分子链短、极性强的结构决定了其应用于砼时保水性能差、容易泌水。Zeta电位又称表面电位，是微粒表面所带电荷数量的表征，与微粒体系的稳定性有关，Zeta电位可为正也可为负，与所用辅料有关。一般Zeta电位绝对值越高，其粒子间的静电斥力也就越大，物理稳定性也就越好。2024/11/12 周二29聚羧酸系高效减水剂聚羧酸系高效减水剂聚羧酸系高效减水剂聚羧酸系高效减水剂u新型高性能减水剂高性能减水剂。茶色油状水溶液。u是由不同的不饱和单体不饱和单体，在一定条件的水相体系中，通过引发剂（如过硫酸盐）的作用，接枝共聚接枝共聚而成的高分子共聚物。而改性木质素系、萘系、三聚氰胺系及氨基系等高效减水剂的主导极性官能团主导极性官能团均为磺酸基磺酸基（或磺酸盐基，由含磺酸基（或其他极性基）的活性单体含磺酸基（或其他极性基）的活性单体，通过加入甲醛进行缩合反应缩合反应而生成的缩合物电解质（改性木质素系除外）。u分子大多呈梳形梳形结构。特点主链上带有多个活性基团，并且极性较强；侧链上也带有亲水性活性基团，并且数量多；疏水基的分子链较短、数量少。u成本高，原材料价格波动不稳定，用于高强砼较合算，用于普通砼时价格客户难以接受。2024/11/12 周二30 聚羧酸系高效减水剂带有羧基（COOH）、磺酸（SO3H）等活性亲水基团及聚氧化乙烯链基等不饱和单体，其分子结构设计由单一静电斥力效应结构转向静电斥力效应与空间位阻效应共同作用结构，形成立体分散系统，对水泥颗粒具有超分散作用，减水效果明显：梳形分子结构的聚合物在水泥颗粒表面呈齿形吸附状态，其主链长，极性基团多，空间分子结构庞大；侧链多且也较长，伸入液相触向水泥粒子的各个部位，空间位阻大水泥颗粒间显著的空间位阻斥力作用显著的空间位阻斥力作用，决定了分散系统的稳定性，使水泥浆体流动度得以保持，从而对水泥材料表现出良好的减水、分散、稳定作用；分散减水机理分散减水机理2024/11/12 周二31侧链上带有许多的亲水性活性基团（如OH，O，COO等），使水泥颗粒与水的亲和力增大，水泥颗粒表面溶剂化作用增强，水化膜增厚较强的水化膜润滑减水作用；主链上的羧基、璜酸基等活性官能团提供静电斥力，但水泥颗粒表面的负电位值远小于萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐系等高效减水剂水泥颗粒间的静电斥力作用，相对较小；减水剂分子中含有大量烃基（OH）、醚基（O）及羧基（COO），这些极性基具有较强的液气界面活性还有一定的引气隔离“滚珠”减水效应。2024/11/12 周二32 聚羧酸系高效减水剂的分散减水作用机理以空间位阻斥力作用为主空间位阻斥力作用为主，其次是水化膜润滑作用水化膜润滑作用和静电斥力作用静电斥力作用，同时还具有一定的引气隔离引气隔离“滚珠滚珠”效效应应和降低固液界面能效应降低固液界面能效应。2024/11/12 周二33与其他高效减水剂相比：液状产品的固体含量一般为1825%。因其分散减水作用机理独具特点，故掺量低（掺量低（0.050.3%）、减水）、减水率高率高。掺量为0.10.2%时的减水率高于掺量为0.50.7%的萘系高效减水剂的减水率。减水率对掺量的特性曲线更趋线性化减水率对掺量的特性曲线更趋线性化，其减水率一般为2535%，最高可达40%。一定引气性和轻微缓凝性。最大的优点是保塑性强最大的优点是保塑性强，能有效控制砼拌合物的坍落度经时损失，且对砼硬化时间影响不大。对砼具有良好的增强作用，而且具有抗缩性，比其他高效减水剂能够更有效地提高砼的抗渗性、抗冻性等耐久性。优越性优越性2024/11/12 周二34复合减水剂复合减水剂复合减水剂复合减水剂u复合复合减水剂减水剂，减水剂与其它品种外加剂复合，或不同减水剂之间复合，满足不同工程的需要需要及降低成本降低成本，单一减水剂很难做到。如减水剂与引气剂、早强剂、缓凝剂或消泡剂等分别复合，发展应用较普遍。u不同类型的外加剂复合使用时，通过试验确定出适宜品适宜品种种及掺配比例掺配比例。已列入现行规范的有：引气减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂等。u为适应工程建设和砼技术进步的需要，各种新型多功能复合减水剂被不断进行研制和生产，如23h内无坍落度损失的保塑高效减水剂等。2024/11/12 周二35表表1 1 减水剂的主要成分与推荐掺量减水剂的主要成分与推荐掺量2024/11/12 周二36表表2 减水剂的主要功能和使用范围减水剂的主要功能和使用范围2024/11/12 周二37高效减水剂的减水机理高效减水剂的减水机理u高效减水剂与普通减水剂相比，减水及增强作用都较强。u有效减少了砼的坍落度损失，改善砼的工作度，提高流动性，在高性能砼中发挥重要的作用。u至今为止尚无一个完美的理论来解释其作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。2024/11/12 周二381）静电斥力理论l水泥水化后，由于离子间的范德华力作用以及水泥主要矿物及其水化产物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，导致了砼产生絮凝结构。l高效减水剂大多属阴离子型表面活性剂，掺入砼中后，减水剂中的负离子-SO3、-COO就会在水泥粒子的正电荷Ca2+的作用下而吸附于水泥粒子上，在表面形成扩散双电层(Zeta电位)的离子分布，使水泥粒子在静电斥力作用下分散，把水泥水化过程中形成的空间网架结构中的束缚水释放出来，使砼流动化。Zeta电位的绝对值越大，减水效果就越好。2024/11/12 周二39l随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，范德华力的作用变成主导，对于萘系、三聚氰胺系高效减水剂的砼，水泥浆又开始凝聚，坍落度经时损失较大，所以掺入这两类减水剂的砼所形成的分散是不稳定的。而对于氨基磺酸、多羧酸系高效减水剂，由于其与水泥的吸附模型不同，粒子间吸附层的作用力不同于前两类，其发挥分散作用的主导因素不是Zeta电位，而是一种稳定的分散。2024/11/12 周二402）立体位阻效应l掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子长链随分子链结构的不同在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态的，从而直接影响到掺有该类减水剂砼的坍落度的经时变化。研究表明：l萘系和三聚氰胺系减水剂是棒状链，因而是平直的吸附，静电排斥作用较弱。其结果是Zeta电位降低很快，静电很容易随着水泥水化进程的发展受到破坏，使范德华引力占主导，坍落度经时变化大。l氨基磺酸类高效减水剂分子在水泥微粒表面呈环状、引线状和齿轮状吸附，它使水泥颗粒间的静电斥力呈现立体的交错纵横式，立体的静电斥力的Zeta电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时变化小。l2024/11/12 周二41l多羧酸系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥颗粒表面的吸附状态多呈齿形，不但有对水泥微粒极好的分散性且能保持坍落度经时变化很小。原因有三：一是由于接枝共聚物有大量羧基存在具有一定的螫合能力，加之链的立体静电斥力构成对粒子间凝聚作用的阻碍；二是因为在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一个效应不断得以重视；三是接枝共聚物Zeta电位绝对值比萘系和三聚氰胺系减水剂的低，因此要达到相同的分散状态时，所需要的电荷总量也不如萘系和三聚氰胺系减水剂那样多。对于有侧链的聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐系高效减水剂，通过这种立体排斥力，能保持分散系统的稳定性。2024/11/12 周二423）润滑作用l高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒问的直接接触，增加了水泥颗 粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。l水泥浆中的微小气泡，同样被减水剂分子的定向吸附极性基团所包裹，使气泡-气泡及气泡-水泥颗粒间也因同电性相斥而类似在水泥微粒间加入许多微珠，亦起到润滑作用，提高流动性。2024/11/12 周二43引气剂引气剂p憎水性表面活性剂。表面活性作用与减水剂基本相同，减水剂的表面活性作用主要发生在液固界面，引气剂的在液气界面。p在砼搅拌过程中引入引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡气泡，改善砼和易性、提高砼抗渗性、抗冻性等耐久性。p引气剂同时具有一定减水作用，减水率为6%9%。当减水率10%时，称之为引气减水剂。p主要品种有松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐、三萜皂甙类等。t t e e，有机化合物有机化合物的一类，多为有的一类，多为有香味的液体香味的液体2024/11/12 周二44引气剂的作用机理引气剂的作用机理在砼搅拌过程中，空气被引入并剪切碎散成气泡。引气剂分子加入后溶于液相中，非极性基伸入气相，极性基留于水中，在气泡界面上定向排布，降低降低了气泡面上水的表面张力及界面能表面张力及界面能，也即使溶液形成众多新表面时所需的功减少；增加增加了泡膜厚度和强度厚度和强度，气泡坚固而不易破裂。搅拌中被引入的空气易于形成微小气泡并能防止气泡兼并增大、上浮破灭，保持稳定、均匀地分布在砼中。水泥等微细颗粒吸附在泡膜上，还有水泥浆中的氢氧化钙与引气剂作用生成的皂钙沉积在泡壁上，也提高了泡膜稳定性。2024/11/12 周二45引气剂对砼性能的影响引气剂对砼性能的影响改善砼拌合物的和易性改善砼拌合物的和易性 引入的大量微小封闭气泡对水泥颗粒及骨料颗粒起浮托、隔离及“滚珠”作用：拌合物组成材料间的摩擦减少，从而提高了流动性；气泡的存在，阻滞了固体颗粒的沉降和水分的上升，砼拌合物分层、离析和泌水现象明显减轻；气泡薄膜的形成起到了保水作用。图图7 引引气气剂剂作作用用示示意意图图 2024/11/12 周二46提高抗渗性和抗冻性提高抗渗性和抗冻性 引入的封闭气孔可缓解冰胀压力，有效阻塞、隔断渗水通道；水分因被均匀分布在大量气泡表面，拌合物中能自由移动的水量减少，减少了泌水造成的孔缝。表面活性剂的憎水性使砼中的毛细管孔壁憎水化，阻碍了砼的吸水和渗水作用，亦可提高抗渗性和抗冻性。强度、弹性模量降低，耐磨性变差强度、弹性模量降低，耐磨性变差 掺量必须严格控制掺量必须严格控制掺量必须严格控制掺量必须严格控制。砼中含气量每增加1%，f压损失46%，f折损失23%。还使弹性模量降低、干缩增大。但引气剂有一定的减水作用，水灰比的降低可使强度得到一定补偿；弹性模量的降低对砼抗裂性也有利。2024/11/12 周二47引气剂的使用引气剂的使用引气剂掺量极微小，通常为0.002%0.002%0.01%0.01%，以控控制砼含气量为制砼含气量为3%6%为宜为宜。含气量超过6%以后，随着含气量的增加，耐久性反而降低。含气量的限值可由粗骨料最大粒径来控制。最大粒径愈大，相应的适宜含气量愈小。气泡形成的数量和尺寸与引气剂品种、掺量有关。气泡直径在0.051.25mm之间。2024/11/12 周二48早强剂早强剂 能加速砼早期强度发展的外加剂能加速砼早期强度发展的外加剂。早强剂早强剂化学成分化学成分无机盐类（用量无机盐类（用量最大的原料）最大的原料）氯氯化化物物系系发发展展方方向向之之一一无机系有机系复合系硫硫酸酸盐盐系系碳碳酸酸盐盐系系铬铬酸酸盐盐系系亚亚硝硝酸酸盐盐系系三三乙乙醇醇胺胺三三异异丙丙醇醇胺胺甲甲酸酸钙钙氯化钙硫酸钠、硫酸钙（石膏）、明矾三乙醇胺2024/11/12 周二49作用作用 促进水泥的水化和硬化，提高早期强度，缩短养护周期加快模板和场地的周转率，提高施工速度。应用应用 多用于冬季施工（最低气温不低于-5）、紧急抢修工程、要求早强的砼工程以及蒸养砼。特性特性 （1）对砼的凝结时间无明显影响，但掺量过大及部分品种会促凝；（2）使砼后期强度有所下降；（3）对砼含气量无影响。2024/11/12 周二50氯化钙（氯化钙（氯化钙（氯化钙（CaClCaCl2 2）u最早使用。效果好，使用方便，价格低廉，广为采用。u白色，无机无机电解质盐类，可加速水泥凝结硬化并提高砼早强，也称为促凝剂。u素砼素砼：最好的早强剂最好的早强剂。u钢筋砼钢筋砼及处于高湿度的结构处于高湿度的结构：不得使用不得使用如要使用，应与阻锈剂（如NaNO2）复合使用。Cl-会破坏钢筋表面的钝化膜而引起钢筋锈蚀，且随着砼湿度的增加，砼的后期强度会降低。u氯化钙不仅促凝早强，还能促进火山灰反应对矿对矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰砼都有促凝早强作用渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰砼都有促凝早强作用。2024/11/12 周二51氯化钙促凝早强作用机理氯化钙促凝早强作用机理氯化钙易溶于水，加入砼中后，迅速反应：与水泥中的C3A作用生成不溶性复盐水化氯铝酸钙水化氯铝酸钙（3CaOA12O33CaC1232H2O）与水泥水化产物Ca(OH)2作用生成不溶性氧氯化钙氧氯化钙CaC123Ca(OH)212H2O、CaC12Ca(OH)2H2O。水泥浆中固相比例增大，形成产生强度的骨架；水化产物增多使砼中化学结合水量增加，游离水减少有助于水泥石结构更快形成而表现出较高的早强；上述反应，消耗Ca(OH)2，使水泥水化液相中的pH值减小、水泥组分溶解速率加快，又促使C3S和C2S水化加速。CaCl2与C3S之间虽不产生新的水化产物，但CaCl2吸附在C3S水化物表面，降低水泥水化产物的溶解度，使水化物的晶体减小，易形成过饱和溶液而析出有利于早强提高。2024/11/12 周二52氯化钙的应用氯化钙的应用常用于冬季施工冬季施工冬季施工冬季施工的砼工程。既提高砼早强，又降低砼内水的冰点，使水泥水化热提前释放，从而防止砼早期遭受冻害。掺用后，使砼：抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度17d的显著提高（3d的增强30100%，7d的增强25%）。温度愈低，强度提高幅度愈大；水化热水化热水化热水化热在24h内增加约30%，但总水化热与基准砼几乎相同；泌水性泌水性泌水性泌水性减小，抗渗性抗渗性抗渗性抗渗性有所提高，但其收缩值收缩值收缩值收缩值特别是早期收缩值增大；抗硫酸盐侵蚀性抗硫酸盐侵蚀性抗硫酸盐侵蚀性抗硫酸盐侵蚀性及抗冻性抗冻性抗冻性抗冻性有所下降，碱骨料反应碱骨料反应碱骨料反应碱骨料反应也有加剧的趋势。2024/11/12 周二53硫酸钠（元明粉，硫酸钠（元明粉，硫酸钠（元明粉，硫酸钠（元明粉，Na2SO4 ）u无机电解质盐类，白色粉状，易溶于水。u或单独作为早强剂使用，或作为其它外加剂（防冻剂、早强减水剂等）的组分。一般不单掺，多为复合使用（效果更好）。u适宜掺量0.52%，对钢筋无锈蚀，提高砼早强50100%，但28d的强度与不掺者持平甚至稍有下降。1%时，对水泥凝结时间无明显影响；1%时，有促凝作用。过掺时：会导致砼后期因膨胀开裂而破坏，加速与碱活性骨料的碱-骨料反应；会促进砼中钢筋锈蚀、增加砼导电性以及在砼表面易产生盐析而起白霜（有损建筑物的外表美观，或影响表面装饰层与砼基层的粘结等问题）。2024/11/12 周二54硫酸钠早强作用机理硫酸钠早强作用机理硫酸钠极易与水泥水化产物Ca(OH)2反应，生成分散度极高的CaSO42H2O均匀分布在砼中：Na2SO4Ca(OH)2H2OCaSO42H2ONaOHCaSO42H2O比水泥生产时加入的石膏的比面大得多，故与水泥中的C3A反应生成钙矾石也快得多，水化产物体积膨胀水泥石致密，提高了早强。溶液中Ca(OH)2浓度的降低促使C3S和C2S水化加速有助于早强的提高。反应生成的NaOH，使砼碱含量有所提高，对掺有火山灰、矿渣等掺合料的砼早强作用更为明显。2024/11/12 周二55三乙醇胺（简称三乙醇胺（简称三乙醇胺（简称三乙醇胺（简称TEATEA）u无色或淡黄色透明油状液体，呈碱性，不易燃、无毒、溶于水，非离子型表面活性剂。u三乙醇胺是较好的络合剂，在水泥水化的碱性溶液中，与Fe3、Al3等形成较稳定的络离子，络离子又与水泥水化产物作用形成结构复杂、溶解度小的络盐水泥石中固相比例增加，提高早强。u三乙醇胺掺入后，吸附在水泥微粒表面，形成一层带电荷的亲水膜，阻碍粒子间的凝聚，产生悬浮稳定效应对砼稍有缓凝稍有缓凝，严格控制掺量。u适宜掺量极微，一般为0.020.05%，对钢筋无锈蚀，但会增大砼的干缩；掺量过多，会造成砼严重缓凝、失去早强效果和砼强度下降。u通常不单独使用，多与无机早强剂复合不单独使用，多与无机早强剂复合（早强效果更显著，且有一定的后期增强作用）。2024/11/12 周二56复合早强剂复合早强剂复合早强剂复合早强剂u单组分外加剂性能有优有劣氯化物早强效果好、降低冰点，但锈蚀钢筋；有些无机物降低砼后强；一些有机物单掺时早强作用不大等。复合早强剂复合早强剂 由两种或多种外加剂组合形成。较之单组分早强剂，早强效果更优良，大大拓展应用范围，掺量降低。u复合可在无机-无机、无机-有机、有机-有机间进行。以三乙醇胺与无机盐组合三乙醇胺与无机盐组合的复合早强剂效果最好、应用面最广。u早强剂与减水剂复合早强剂与减水剂复合使用，既保证了使砼减水、增强、密实的作用，又充分发挥了早强剂的优势。2024/11/12 周二57 表表3 常用复合早强剂的配方常用复合早强剂的配方 硫酸钠硫酸钠对增进早强起主导作用；氯化钠氯化钠早强与防冻；石膏石膏早强和增进后期强度；三乙醇胺三乙醇胺早强与阻锈剂；亚硝酸钠亚硝酸钠兼有防锈、早强、防冻作用。用这类复合早强剂的砼，用这类复合早强剂的砼，3 d强度可提高强度可提高12倍。倍。2024/11/12 周二58速凝剂速凝剂能使砼迅速硬化的外加剂能使砼迅速硬化的外加剂。u主要用于速凝早强速凝早强的喷射砼作业喷射砼作业。如，抢修堵漏工程，矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程的岩壁衬砌及喷锚支护工程等。u国产品种多为无机盐类。粉剂，粉剂，主要由铝氧熟料（主要成分NaAlO2）碳酸钠（Na2CO3）生石灰，或铝氧熟料无水石膏，按比例混合磨细制备。红星一型（掺量2.5%4.0%，水灰比0.4左右）711型（掺量2.5%3.5%，水灰比0.4左右）782型（掺量3.0%6.0%，后强基本不降低）ZC-2型（掺量3.0%5.0%，28d强度为不掺的92%以上）常用品种2024/11/12 周二59下述作用使水泥浆迅速凝结，砼在15min初凝，10min内终凝；1h产生强度，1d强度提高23倍：速凝剂掺入砼后，其主要成分中的铝酸钠、碳酸钠在碱性溶液中迅速与水泥中的石膏反应生成硫酸钠，使石膏原有的缓凝作用丧失，导致C3A矿物迅速水化，并析出其水化产物晶体。熟料中的铝氧熟料、石灰、硫酸钙等组分又为溶解度很小的水化硫铝酸钙、次生石膏晶体的形成提供有效成分。28d强度比不掺时降低2030%。原因有水化初期形成了疏松的铝酸盐结构、C3S水化受阻以及水泥石内部结构中有缺陷等。但随着龄期延长，水泥石的强度仍在继续发展。温度升高，速凝效果增强；水灰比增大，速凝效果减弱。速凝剂作用机理速凝剂作用机理2024/11/12 周二60缓凝剂缓凝剂延缓砼的凝结时间延缓砼的凝结时间，而，而不显著影响砼后期强度不显著影响砼后期强度的外加剂的外加剂。常用品种有木钙木钙和糖蜜糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最佳糖蜜的缓凝效果最佳。其掺量分别是0.20.3%及0.10.3%；MG缓凝13h，糖蜜缓凝3h以上。掺量增大缓凝作用增强，但掺量过多会引起强度降低，甚至长时间不凝结。酒石酸、酒石酸钾钠、柠檬酸、水杨酸等，缓凝作用更为强烈，可缓凝819h，但会增加泌水率，砼硬化后抗渗性稍差，故不宜单独用于水泥用量少的或水灰比大的砼中。弥补的方法是适当增大砂率或者与引气剂联合掺用。2024/11/12 周二61缓凝剂的作用机理缓凝剂的作用机理缓凝剂与水泥品种有相容性问题，使用前须进行试