混凝土外加剂概述

    混凝土外加剂概述 : 混凝土外加剂是在混凝土、水泥净浆或沙浆拌和时、拌和前或额 外拌和中掺入,用以改善混凝土性能的化学物质。加入量一般不大于 水泥质量的5%(特殊情况除外)。目前,针对混凝土工程的各种特殊 要求,已经研制出了许多能满足各种要求的外加剂,将它们以适当方 式加到混凝土中,就可以达到一些预期的效果。根据这些外加剂的作 用,可将其分为减水剂、速凝剂、引气剂、防水剂、黏合剂、膨胀剂、阻锈 剂、消泡剂、脱模剂、着色剂、防腐剂等等。
这些混凝土外加剂按其主要功能,可分为下面几类:
改善混凝土拌和物流变性能的外加剂,包括减水剂、引气剂和泵 送剂等。
调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂,包括缓凝剂、早强剂和 速凝剂等。
改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。
改善混凝土其他性能的外加剂,包括黏合剂、膨胀剂、阻锈剂、消 泡剂、脱模剂、着色剂、防潮剂等。
其中泵送剂主要以高效减水剂、缓凝剂等组成。这里重点叙述减 水剂和引气剂的性能要求。
24.1 减水剂
(1)简介
减水剂是目前研究和使用最广泛的一种混凝土外加剂。减水剂 掺入后在混凝土的拌和过程中被吸附在水泥颗粒上,使水泥颗粒之间 由于带有相同的电荷而彼此互相排斥,从而导致了水泥颗粒的分散。 由于它的分散作用,减少了水泥絮凝物的形成,而这种絮凝物是会截 留一部分拌和水的。由于絮凝物所释放的自由水增多,使水泥浆的流 动性增大。
在混凝土中加入少量(一般占水泥质量的0.2%～2%)的减水剂 后,可以达到以下技术、经济效果:
1)在保持和易性不变的情况下,加入减水剂可使混凝土的单位用 水量减少5%～25%,从而大幅度提高混凝土早期或后期强度。
2)在保持水灰比不变情况下,加入减水剂可使混凝土坍落度增大 10～20 cm,从而满足混凝土工程大模板施工、升板施工、泵送等工艺的 要求。
3)在保持混凝土强度不变的情况下,加入减水剂可降低单位水泥 用量5%～20%。
4)可作为提供混凝土某些性能的主要手段之一。在普通水泥中 加入不同性能的减水剂,可分别制得高强混凝土、超高强混凝土、缓凝 高强混凝土、早强混凝土、超早强混凝土等,这种方法比研制和使用特 种水泥更为经济、简便和灵活。
(2)减水剂分类
由于减水剂具有以上好的技术、经济效果,国内外早已开始在混 凝土工程中大量使用。
目前,减水剂的品种很多,如按化学成分划分,减水剂可分为如下 6类:
1)木质素磺酸盐及其衍生物类。
2)高级多元醇磺酸盐类。
3)含氧有机酸盐类。
4)烷芳基磺酸盐类。
5)聚氧乙烯烷基醚类。
6)多元醇复合物类。其中以萘磺酸系列最常用,优点突出的属 601三聚氰胺减水器和丙烯酸系列减水器。
另外,按照减水剂的不同减水效果,可分为如下5类:
1)普通减水剂:指在保持混凝土稠度不变的条件下,具有一般减 水、增强作用的外加剂。
2)高效减水剂:指在保持混凝土稠度不变的条件下,具有大幅度 减水、增强作用的外加剂。
3)早强减水剂:指兼有早强和减水作用的外加剂。
4)缓凝减水剂:指兼有缓凝和减水作用的外加剂。
5)引气减水剂:指兼有引气和减水作用的外加剂。
(3)减水剂应用技术要求
1)使用减水剂时,混凝土的用水量须按所要求的减水率准确 控制。
2)减水剂掺量应准确,称量误差一般应在规定计量的±5%范 围内。
3)减水剂宜在混凝土开始加水搅拌后1～2 min掺入。
不论何种掺法,如果减水剂为液体,应与混凝土一起搅拌超过 1 min;如果减水剂为固体,应与混凝土一起搅拌超过1.5 min。
4)使用引气型减水剂时,混凝土成型后要强振捣除气,以保证高 密实度。
5)掺有减水剂的混凝土自搅拌出机到入模成型,其间隔时间不宜 超过1 h。
6)掺用减水剂可按普通混凝土配合比设计方法。但当使用减水 剂的目的在于节约水泥时,应注意将节约的水泥量以同体积的砂石量 (按原配合比的砂率)补足。
24.2 引气剂
引气剂又称加气剂,是一种憎水性表面活性剂,将其溶于水后加 入混凝土拌和物内,在搅拌过程中能产生大量微小气泡。气泡尺寸一 般在50～125 μm之间,分散均匀,并且由于表面活性剂定向吸附在气 泡表面,使液膜较为坚固而不易破灭。气泡存在,能减少砂粒间的接 触,不但提高了拌和物的流动性,而且还能改善稳定性,减少泌水。同 时,由于混凝土中毛细管通道被气泡所隔绝,阻碍了水分的转移,且因 为变形能力增大,故能明显提高抗渗、抗冻、抗裂以及抗冲击方面的能 力。因此引气剂的使用,通常可作为提高混凝土耐久性的有效措施, 对于水泥用量少的贫混凝土效果尤为显著。
不过,在相同水灰比的条件下,大量微小气泡产生,会使混凝土强 度略为降低。一般,含气量每增加1%,强度约降低3%～5%。但是, 由于和易性改善,用水量及水灰比可降低,特别是对于贫混凝土,其强 度将得到更有效的补尝。
目前,国内应用较多的引气剂有:松香热聚物、松香皂和烷基苯磺 酸钠等,此外还有脂肪醇硫酸钠及烷基磺酸钠等。引气剂的掺量极 微,一般为水泥质量的(0.5～1.5)/10000。引气剂也可与减水剂、速凝 剂等复合使用,以取得更好的效果。
24.3 外加剂的质量规范及检验方法
外加剂生产厂应保证出厂的任何一种外加剂对人体无害,并具有 较好的化学稳定性。出厂的外加剂应附有产品质量检验及使用说明 书。包装上应标明外加剂的名称、规格、型号及净重,并说明应采取何 种措施以防在运输、储存时变质。
产品质量检验中,根据外加剂的品种可选测下列项目:形态;密 度;pH值;减水剂有效含量、硫酸盐含量;水不溶物含量;固体含量;表 面张力;减水率;泌水率比;含气量;初凝时间差;终凝时间差;3 d抗压 强度比;7 d抗压强度比;28 d抗压强度比;90 d抗压强度比;90 d收缩 率比;红外光谱以及氯化物含量。
氯化物含量在较大程度上决定了外加剂对钢筋的锈蚀程度。任 何一种外加剂在推荐的加入量中,不应引起钢筋(包括高强钢丝)或预 埋钢筋锈蚀。
混凝土外加剂中的减水剂、早强剂、缓凝剂和引气剂的匀质性 指标必须符合表1(参见GB8077—87《混凝土外加剂匀质性试验方 法》)。

表1 外加剂的匀质性指标

试验项目	指标
含固量或水量	对液体外加剂,应在生产厂控制值的相对量的 3%之内;对固体外加剂,应在生产厂控制值的相 对量的5%之内
密 度	对液体外加剂,应在生产厂控制值的±0.02之 内
氯离子含量	应在生产厂控制值的相对量的5%之内
水泥净浆流动度	应不小于生产控制值的95%

外加剂出厂检验项目须按表2进行。

表2 外加剂出厂检验项目

项 目	普 通 减 水 剂	高 效 减 水 剂	早 强 减 水 剂	缓 凝 减 水 剂	引 气 减 水 剂	缓 凝 剂	备注 (√为必须测定的项目)
固体含量	√	√	√	√	√	√
密 度 细 度							液体外加剂必须测 粉状外加剂必须测
pH 表面张力	√	√ √	√	√	√
泡沫性能 氯离子含量	√	√	√	√	√ √	√
硫酸钠含量							含硫酸钠的早强减水剂及 早强剂必须测定
还原糖分
水泥净流动度 水泥砂流动度	√	√ √	√ √	√ √	√ √	√	木质素磺酸钙减水剂必须 两种任选一种

检验须按建筑材料标准规范来进行。标准包括:
1)GB8075—87《混凝土外加剂》。
2)GBJ119—88《混凝土外加剂应用技术规范》。
3)JGJ66—84《混凝土减水剂质量标准和试验方法》。
4)GBJ80—85《普通混凝土拌和物性能试验方法》。
5)GBJ81—85《普通混凝土力学性能试验方法》。
6)GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》。
(1)试验用材料
1)水泥:应采用由硅酸盐水泥熟料与二水石膏共同粉磨而成的标 号≥32.5^#的硅盐水泥(即基准水泥),且需符合下列品质指标:
A.铝酸三钙(C3A)含量为6%～8%;
B.硅酸三钙(C3S)含量为50%～55%;
C.游离氧化钙含量不得超过1.2%;
D.碱(Na₂O+0.658K₂O)含量不得超过1.0%;
E.水泥比表面积为(3200±200) cm²/g。
如果无基准水泥,允许采用C3A含量为6%～8%,碱含量不大于 1%的熟料和二水石膏、矿渣共同磨制的标号≥32.5^#的普通硅酸盐水 泥。但评定时需用基准水泥。
2)砂:应符合JGJ52—92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》 要求的细度模数为2.6～2.9、粒径小于5 mm的中砂。
3)石子:应采用符合JGJ53—92《普通混凝土用的卵石和碎石的质 量标准及检验方法》要求,粒径为5～20 mm(圆孔筛),采用二级级配, 其中粒径为5～10 mm的占40%,粒径为10～20 mm的占60%。如有 争议,以卵石试验结果为准。
4)水:应符合JGJ68—96《混凝土拌和用水标准》的要求。
5)外加剂。
(2)配合比
基准混凝土配合比按JBJ55—81《普通混凝土配合比设计技术规 定》进行设计。掺非引气型外加剂的混凝土和基准混凝土的水泥、砂、 石的比例不变。配合比设计应符合以下规定:
1)水泥用量:采用卵石时为(310±5) kg/m³,采用碎石时为(530± 5)kg/m³。
2)砂率:基准混凝土和掺外加剂混凝土的砂率均为36%～40%。 但掺引气减水剂和引气剂的混凝土砂率应比基准混凝土的低 1%～3%。
3)外加剂掺量:按生产厂推荐掺量的下限值。
4)用水量:应使混凝土坍落度达到(60±10) mm。
(3)混凝土搅拌
采用60 L自落式混凝土搅拌机,全部材料及外加剂一次投入。拌 和量应不小于15 L,不大于45 L。搅拌3 min,出料后在铁板上用人工 翻拌2～3次再行试验。
各种混凝土材料及试验环境温度应保持在(20±3)℃。