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混凝土外加剂的种类

      外加剂是指在混凝土拌和过程中掺人的,且能使混凝土按要求改性的物质。混凝土外加剂的特点是品种多、掺量小、在改善新拌和硬化混凝土性能中起着重要的作用。外加剂的研究和实践证明,在混凝土中掺入功能各异的外加剂,满足了改善混凝土的工艺性能和力学性能的要求,如改善和易性、调节凝结时间、延缓水化放热、提高早期强度、增加后期强度、提高耐久性、增加混凝土与钢筋的握裹力、防止钢筋锈蚀等的要求。应用促进了混凝土施工新技术和新品种混凝土的发展。
      混凝土外加剂种类较多,且均有相应的质量标准,使用时其质量及应用技术应符合现行标准《混凝土外加剂》  (GB8076)、《混凝土外加剂应用技术规范》(GB 50119)、《混凝土速凝剂》(JC 472)、《混凝土泵送剂》(JC 473)、《混凝土防水剂》(JC 474)、《混凝土防冻剂》(JC 475)、《混凝土膨胀剂》(JC 476)等的规定。外加剂的检验项目、方法和批量应符合相应标准的规定。若外加剂中含有碱性物质、氯化物,同样可能引起混凝土结构中钢筋的锈蚀,故应严格控制其掺入量。
      混凝土外加剂的品种繁多。每种外加剂常常具有一种或多种功能,其化学成分可以是有机物、无机物或二者的复合产品。常用的有以下几种。
      1.减水剂
      减水剂是在混凝土坍落度基本相同的条件下,能减少拌和用水量的外加剂。按其作用分为以下几种。
      (1)普通减水剂  普通减水剂是在}昆凝土坍落度基本相同的条件下,能减少拌和用水量的外加剂。普通减水剂按化学成分可分为木质素磺酸盐、多元醇系及复合物、高级多元醇、羧酸(盐)基、聚丙烯酸盐及其共聚物、聚氧乙烯醚及其衍生物6类。前两类是天然产品,资源丰富成本低,广泛作为普通减水剂使用。
      普通型减水剂木质素磺酸盐是阴离子型高分子表面活性剂,对水泥团粒有吸附作用,具有半胶体性质。普通型减水剂可分为早强型、标准型、缓凝型3个品种,但在不复合其他外加剂时,本身有一定缓凝作用。
      木质素磺酸盐能增大新拌混凝土的坍落度6~8cm,能减少用水量,减水率<10%;使混凝土含气量增大;减少泌水和离析;降低水泥水化放热速率和放热高峰;使混凝土初凝时间延迟,且随温度降低而加剧。
      适用于各种现浇及预制(不经蒸养工艺)混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土;中低强度7昆凝土。适用于大模板施工、滑模施工及日最低气温+5℃以上混凝土施工。多用于大体积混凝土、热天施工混凝土、泵送混凝土、有轻度缓凝要求的混凝土。以小剂量与高效减水剂复合来增加后者的坍落度和扩展度,降低成本,提高效率。
      (2)高效减水剂  在混凝土坍落度基本相同的条件下,具有大幅度减水增强作用的外加剂,如萘磺酸盐甲醛缩合物(商品名称为MF、VNF、NF、FDN等)。高效减水剂对水泥有强烈分散作用,能大大提高水泥拌和物流动性和混凝土坍落度,同时大幅度降低用水量,显著改善混凝土工作性;能大幅度降低用水量因而显著提高混凝土各龄期强度。
      高效减水剂基本不改变混凝土凝结时间,掺量大时(超剂量掺入)稍有缓凝作用,但并不延缓硬化混凝土早期强度的增长。在保持强度恒定值时,则能节约水泥10%或更多。不含氯离子,对钢筋不产生锈蚀作用。提高混凝土的抗渗、抗冻及耐腐蚀性,增强耐久性。掺量过大则产生泌水。
      常用的高效减水剂主要有萘系(萘磺酸盐甲醛缩合物)、三聚氰胺系(三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物)、多羧酸系(烯烃马来酸共聚物、多羧酸酯)、氨基磺酸系(芳香族氨基磺酸聚合物)。它们都具有较高的减水能力,三聚氰胺系高效减水剂减水率更大,但减水率越高,流动性经时损失越大。氨基磺酸盐系,由单一组分合成型,坍落度经时变化小。
      适用于各类工业与民用建筑、水利、交通、港口、市政等工程建设中的预制和现浇钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土工程。适用于高强、超高强、中等强度混凝土,早强、浅度抗冻、大流动混凝土。适宜作为各类复合型外加剂的减水组分。
      (3)早强减水剂  兼有早强和减水功能的外加剂。这类减水剂是早强剂与减水剂复合而成的。
      (4)引气减水剂  具有引气和减水功能的外加剂。
      (5)缓凝减水剂  具有缓凝和减水作用的外加剂。
      (6)缓凝高效减水剂兼有缓凝和大幅度减少拌和用水量功能的外加剂。
      2.早强剂
      早强剂是能提高混凝土早期强度并对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂主要品种有强电解质无机盐类早强剂,如硫酸盐、硫酸复盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氯盐等;水溶性有机化合物,如三乙醇胺、甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐等。
      由早强剂与减水剂组成的为早强减水剂。
      (1)早强剂及早强减水剂适用于蒸养混凝土及常温、低温和最低温度不低于-50℃环境中施工的有早强或防冻要求的混凝土工程。
      (2)掺入混凝土后对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质不得用作早强剂。含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的早强剂,严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程。硝类不得用于办公、居住等建筑工程。
      (3)下列结构中不得采用含有氯盐配制的早强剂及早强减水剂:
      ①预应力混凝土结构;
      ②在相对湿度大于80%环境中使用的结构、处于水位变化部位的结构、露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构,如给排水构筑物、暴露在海水中的结构、露天结构等;
      ③大体积混凝土;
      ④直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构;
      ⑤经常处于温度为60℃以上的结构,需经蒸养的钢筋混凝土预制构件;
      ⑥有装饰要求的混凝土,特别是要求色彩一致的或是表面有金属装饰的混凝土;
      ⑦薄壁混凝土结构,中级和重级工作制吊车梁、屋架、落锤及锻锤混凝土基础结构;
      ⑧骨料具有碱活性的混凝土结构。
      3.引气剂
      引气剂是在混凝土搅拌过程中能引入大量分布均匀的微小气泡,可减少混凝土拌和物泌水离析,改善和易性,并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。引气剂主要品种有松香树脂类,如松香热聚物、松香皂等;烷基苯磺酸盐类,如烷基苯磺酸盐、烷基苯酚聚氧乙烯醚等;脂肪醇磺酸盐类,如脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯磺酸钠等;其他,如蛋白质盐、石油磺酸盐。
      引气减水剂主要品种有:改性木质素磺酸盐类;烷基芳香基磺酸盐类,如萘磺酸盐甲醛缩合物;由各类引气剂与减水剂组成的复合剂。
      引气剂是在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀的微小气泡,以减少混凝土拌和物泌水离析,改善和易性,并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。兼有引气和减水作用的外加剂称为引气减水剂。
      引气剂及引气减水剂,可用于抗冻混凝土、防渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土以及对饰面有要求的混凝土。
      引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。抗冻性要求高的混凝土,必须掺用引气剂或引气减水剂,其掺量应根据混凝土的含气量要求,通过试验加以确定。掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量,不宜超过表2—11的规定。
      表2-11掺引气剂或引气减水剂混凝土的含气量
粗骨料最大粒径
 
混凝土的含气量
    /%
粗骨料最大粒径
    /mm
混凝土的含气量
    /%
    10
    15
    20
    25
    7.O
    6.O
    5.5
    5.O
    40
    50
    80
    100
    4.5
    4.O
    3.5
    3.O
      4.缓凝剂
      缓凝剂是一种能延缓混凝土凝结时间,并对混凝土后期强度发展没有不利影响的外加剂。兼有缓凝和减水作用的外加剂,称为缓凝减水剂。缓凝剂与缓凝减水剂在净浆及混凝土中均有不同的缓凝效果。缓凝效果随掺量增加而增加,超掺会引起水泥水化完全停止。
      随着气温升高,羧基羧酸及其盐类的缓凝效果明显降低,而在气温降低时,缓凝时间会延长,早期强度降低也更加明显。羧基羧酸盐缓凝剂会增大混凝土的泌水,尤其会使大水灰比低水泥用量的贫混凝土产生离析。
      各种缓凝剂和缓凝减水剂主要是延缓、抑制C3A矿物和C3S矿物组分的水化,对C2S影响相对小得多,因此不影响对水泥浆的后期水化和长龄期强度增长。
      缓凝剂分为有机物和无机物两大类。许多有机缓凝剂兼有减水、塑化作用,两类性能不可能截然分开。
      缓凝剂按材料成分可分为以下几种。
      糖类及碳水化合物:葡萄糖、糖蜜、蔗糖、己糖酸钙等。
      多元醇及其衍生物:多元醇、胺类衍生物、纤维素、纤维素醚等。
      羧基羧酸盐类:酒石酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸钾钠、水杨酸、醋酸等。
      木质素磺酸盐类:有较强减水增强作用,而缓凝性能较温和,故一般列入普通减水剂。
      无机盐类:硼酸盐、磷酸盐、氟硅酸钠、亚硫酸钠、硫酸亚铁、锌盐等。
      缓凝减水剂主要有糖蜜减水剂、低聚糖减水剂等。缓凝剂是能延缓混凝土凝结时间,并对混凝土后期强度发展无明显影响的外加剂。
      缓凝剂及缓凝减水剂的品种及其掺量,应根据混凝土的凝结时间、运输距离、停放时间、强度等要求来确定。常用掺量可按表2—12的规定采用,也可参照有关产品说明书。
      表2—12缓凝剂及缓凝减水剂常用掺量
 
    类别
 
掺量(占水泥重最)
 
    /%
 
    类别
 
掺量(占水泥重量)
 
    /%
糖类
木质素磺酸盐类
    O.1~O.3
    0.2~O.3
羧基羧酸盐类
无机盐类
    O.03~0.1
    O.1~0.2
      缓凝剂及缓凝减水剂,应以溶液形式掺加,使用时加入拌和水中,溶液中的水量应从拌和水量中扣除。难溶或不溶物较多的缓凝剂和缓凝减水剂,使用时必须充分搅拌均匀。
      缓凝剂和缓凝减水剂,可以与其他外加剂复合使用,配制溶液时,如产生絮凝或沉淀等现象,应分别配制溶液并分别加入搅拌机内。
      5.防冻剂
      防冻剂是在规定温度下,能显著降低混凝土的冰点,使混凝土的液相不冻结或仅部分冻结,以保证水泥的水化作用,并在一定的时间内获得预期强度的外加剂。其主要有以下几类。
      (1)无机盐类(表2—13):氯盐类,以氯盐(如氯化钙、氯化钠等)为防冻组分的外加剂;氯盐阻锈类,以氯盐与阻锈组分为防冻组分的外加剂;无氯盐类,以亚硝酸盐、硝酸盐等无机盐为防冻组分的外加剂。
      (2)有机化合物类:如以某些酸类为防冻组分的外加剂。
      (3)有机化合物与无机盐复合类。
      (4)复合型防冻剂:以防冻组分复合早强、引气、减水等组分的外加剂。
      表2一13防冻组分掺量
防冻剂类别     防冻组分掺量
氯盐类   氯盐掺量不得大于拌和水重量的7%
 
 
氯盐阻锈类
 
 
  总量不得大于拌和水重量的15%
  当氯盐掺量为水泥重量的O.5%~1.5%时,亚硝酸钠与氯盐之
比应大于l
  当氯盐掺量为水泥重量的1.5%~3%时,亚硝酸钠与氯盐之比
应大于1.3
 
无氯盐类
 
  总量不得大于拌和水重量的20%,其中亚硝酸钠、亚硝酸钙、硝
酸钠、硝酸钙均不得大于水泥重量的8%,尿素不得大于水泥重量
的4%,碳酸钾不得大于水泥重量的10%
      防冻剂适用于负温条件下施工的混凝土,并应符合下列规定。
      (1)氯盐类防冻剂可用于混凝土工程、钢筋混凝土工程,严禁用于预应力混凝土工程,并应符合《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119的规定;
      氯盐阻锈类防冻剂可用于混凝土、钢筋混凝土工程中,严禁用于预应力混凝土工程,并应符合《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119的规定;
      亚硝酸盐、硝酸盐等无机盐防冻剂严禁用于预应力混凝土及与镀锌钢材相接触的混凝土结构。
      (2)有机化合物类防冻剂可用于混凝土工程、钢筋混凝土工程及预应力混凝土工程。
      (3)有机化合物与无机盐复合防冻剂及复合型防冻剂可用于混凝土工程、钢筋混凝土工程及预应力混凝土工程。
      含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的防冻剂,严禁用于饮水工程及与食品相接触的部位,严禁食用。
      含有硝铵、尿素等产生刺激性气味的防冻剂,不得用于办公、居住等建筑工程。
      (4)对水工、桥梁及有特殊抗冻融性要求的混凝土工程,应通过试验确定防冻剂品种及掺量。
      6.膨胀剂
      混凝土膨胀剂是指在混凝土拌制过程中与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石或氢氧化钙,使混凝土产生膨胀的外加剂。其主要品种有硫铝酸钙类、硫铝酸钙一氧化钙类、氧化钙类等。膨胀剂的适用范围应符合表2—14的规定。
      表2—14膨胀剂的适用范围
    用  途     适用范  围
 
  补偿收缩混凝土
 
  地下、水中、海水中、隧道等构筑物、大体积混凝土(除大
坝外)。配筋路面和板、屋面与厕浴间防水、构件补强、渗
漏修补、预应力钢筋混凝土、回填槽等
  填充用膨胀混凝土   结构后浇缝、隧洞堵头、钢管与隧道之间的填充等
 
  填充用膨胀砂浆
 
  机械设备的底座灌浆、地脚螺栓的固定、梁柱接头、构件
 补强、加固
  自应力混凝土   仅用于常温下使用的自应力钢筋混凝土压力管
      掺硫铝酸钙类、硫铝酸钙一氧化钙类膨胀剂配制的膨胀混凝土(砂浆),不得用于长期环境温度为80℃以上的工程;含氧化钙类膨胀剂配制的膨胀混凝土(砂浆),不得用于海水或有侵蚀性水的工程。补偿收缩混凝土,其性能应满足表2一15的要求。填充用膨胀混凝土,其性能应满足表2—16的要求。膨胀砂浆(无收缩灌浆料),其性能应满足表2—17的要求。灌浆用膨胀砂浆用水量按砂浆流动度(250±10)mm的用水量。抗压强度采用40mm×40mm×160mm试模,无振动成型,拆模、养护、强度检验应按《水泥胶砂强度试验方法》(GB/T17671)进行。
      表2—15  补偿收缩混凝土的性能
    项日 限制膨胀率/×10-4 限制干缩率/×10-4 抗压强度/MPa
  龄期
  性能指标
    水中14d
    ≥1.5
    空气中28d
    ≤3.O
    28d
    ≥25
      表2—16  填充用膨胀混凝土的性能
    项目 限制膨胀率/×10-4 限制干缩率/×10-4 抗压强度/MPa
龄期
性能指标
    水中14d
    ≥2.5
    空气中28d
    ≤3.O
    28d
    ≥30.O
      表2-17膨胀砂浆性能
 
流动度/mm
  竖向限制膨胀率/%
 
    抗压强度/MPa
 
      3d
 
    7d
 
    1d
 
    3d
    28d
 
 
  ≥250
 
  ≥O.10
 
  ≥O.20
 
    ≥20

    ≥30
 
    ≥60
      7.泵送剂
      泵送剂是能改善混凝土拌和物泵送性能的外加剂。泵送性,就是混凝土拌和物顺利通过输送管道,不阻塞、不离析、黏塑性良好的性能。
      泵送剂是流化剂中的一种,它除了能大大提高拌和物流动性以外,还能使新拌混凝土在60~180min时间内保持其流动性,剩余坍落度应不低于原始的55%。此外,它不是缓凝剂,缓凝时间不宜超过120min(有特殊要求除外)。
      适用于各种需要采用泵送工艺的混凝土。超缓凝泵送剂用于大体积混凝土,含防冻组分的泵送剂适用于冬期施工混凝土。
      泵送混凝土是在泵压作用下,经管道实行垂直及水平输送的混凝土。与普通混凝士相同的是要求具有一定的强度和耐久性指标。不同的是必须有相应的流动性和稳定性。
      可泵性与流动性是两个不同的概念,泵送剂的组分较流化剂要复杂得多。泵送混凝土是流化混凝土的一种,不是所有的流化混凝土都适合泵送。掺泵送剂的混凝土黏聚性、流动性要好,泌水率要低。坍落度试验时,坍落度扩展后的混凝土试样中心部分不能有粗骨料堆积,边缘部分不能有明显的浆体和游离水分离出来。将坍落度筒倒置并装满混凝土试样,提起30cm后计算样品从筒中流空时间,短者为流动性好。
      8.速凝剂
      速凝剂是能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂是能使混凝土或砂浆迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要用于喷射混凝土、砂浆及堵漏抢险工程。
      速凝剂的促凝效果与掺入水泥中的数量成正比增长,但掺量超过4%~6%后则不再进一步促凝。而且掺人速凝剂的混凝土后期强度不如空白混凝土高。
      主要用于喷射混凝土,是喷射混凝土所必需的外加剂,其作用是:使喷至岩石上的混凝土在2~5min内初凝,lOmin内终凝,并产生较高的早期强度;在低温下使用不失效;混凝土收缩小;不锈蚀钢筋。速凝剂常用作调凝剂。速凝剂也适用于堵漏抢险工作。
      9.脱模剂
      用于减小混凝土与模板黏着力,易于使二者脱离而不损坏混凝土或渗入混凝土内的外加剂是脱模剂。脱模剂主要用于大模板施工、滑模施工、预制构件成型模具等。国内常用的脱模剂有下列几种。
      (1)海藻酸钠1.5kg,滑石粉20kg,洗衣粉1.5kg,水80kg,将海藻酸钠先浸泡2~3d,再与其他材料混合,调制成白色脱模剂。常用于涂刷钢模。缺点是每涂一次不能多次使用,在冬期、雨期施工时,缺少防冻防雨的有效措施。
      (2)乳化机油(又名皂化石油)50%~55%,水(60~80℃)40%~45%,脂肪酸(油酸、硬脂酸或棕榈脂酸)1.5%~2.5%,石油产物(煤油或汽油)2.5%,磷酸(85%浓度)0.01%,苛性钾0.02%,按上述重量比,先将乳化机油加热到50~60℃,并将硬脂酸稍加粉碎然后倒入已加热的乳化机油中,加以搅拌,使其溶解(硬脂酸熔点为50~60℃),再加入一定量的热水(60~80℃),搅拌至成为白色乳液为止。最后将一定量的磷酸和苛性钾溶液倒人乳化液中,并继续搅拌,改变其酸度或碱度。使用时用水冲淡,按乳液与水的重量比为1:5用于钢模,按1:5或1:10用于木模。
      10.养护剂
      用来代替洒水、铺湿砂、铺湿麻布对刚成型混凝土进行保持潮湿养护的外加剂称作养护剂。养护剂或称养护液在混凝土表面形成一层薄膜,防止水分蒸发,达到较长期养护的效果。尤其在工程构筑物的立面,无法用传统办法实现潮湿养护,喷刷养护剂就会起不可代替的作用。
      常用的养护剂有氯偏(氯乙烯一偏氯乙烯共聚物)、水玻璃、乙烯基二氧乙烯共聚物、沥青乳剂、过氯乙烯浮液等。养护剂的技术质量标准有待制定。