混凝土外加劑講義分析課件

混凝土外加劑選講王棟民北京2005.12中國礦業(yè)大學(xué)（北京）混凝土外加劑選講王棟民中國礦業(yè)大學(xué)（北京）1主要內(nèi)容：歷史脈絡(luò)減水劑緩凝劑早強(qiáng)劑引氣劑促凝劑膨脹劑主要內(nèi)容：促凝劑2前言混凝土是迄今為止用量最大的人工材料，是建筑業(yè)的“糧食”

2000年達(dá)48億立方米；外加劑摻量低而對混凝土性能影響巨大，混凝土六大組分不可或缺的組分；外加劑是現(xiàn)今商品混凝土中的“食鹽”。前言混凝土是迄今為止用量最大的人工材料，是建筑業(yè)的“糧食”

3定義

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中，用以改善混凝土性能的物質(zhì)，一般摻量不大于水泥質(zhì)量的5％。定義

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中，用以改善混凝土性能的4混凝土外加劑的歷史沿革蒙昧?xí)r代

古羅馬時代：牛血、牛油、牛奶和尿，火山灰

秦代（公元前221年）：修建萬里長城時就曾用糯米汁

宋代（公元1170年）：建筑和州城時曾用到糯米—石灰

明代：《天工開物》中記載用石灰1份加河砂2份，外加糯米、羊桃藤汁攪拌均勻制貯水池

混凝土外加劑的歷史沿革蒙昧?xí)r代

古羅馬時代：牛血、牛油、牛5近代：

1885年，氯化鈣作為硬化調(diào)凝劑；

1895年，產(chǎn)生減水劑；

1910年，減水劑得到工業(yè)化；

1930s，美國應(yīng)用了引氣劑，并逐步得到推廣；

1935年，MasterBuilder，“普濁里”，木質(zhì)素磺酸鈣，1937年美國，第一個減水劑專利近代：

1885年，氯化鈣作為硬化調(diào)凝劑；

1895年，6現(xiàn)代

1950s我國引入前蘇聯(lián)松香皂化物，并得到一定應(yīng)用。

1962年，服部健一等，萘磺酸鹽甲醛縮合物。1964年日本花王石堿公司對此進(jìn)行銷售。

1963年，聯(lián)邦德國研制成功三聚氰胺甲醛縮聚物。

1970s我國研制成功萘系減水劑。

1980s末期，日本觸媒研制成功聚羧酸系減水劑?，F(xiàn)代

1950s我國引入前蘇聯(lián)松香皂化物，并得到一定應(yīng)用。7混凝土減水劑什么是減水劑(WaterReducingAgent)？

在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少拌和用水量的外加劑。

能大幅度減少用水量的外加劑為高效減水劑(HighRangeWaterReducingAgent)，i.e.超塑化劑(Superplasticizer)混凝土減水劑什么是減水劑(WaterReducingAg8減水劑的作用

a、同水灰比條件下增加混凝土的工作性，有利于施工；

b、同工作性條件下增加混凝土的強(qiáng)度和耐久性；

c、可以減少水泥用量，有利于環(huán)境保護(hù)；減水劑的作用

a、同水灰比條件下增加混凝土的工作性，有利于9減水劑的分類

普通減水劑：

木質(zhì)素磺酸鹽類（木鈣、木鈉、木鎂）；

腐殖酸類

高效減水劑：

?-萘磺酸鹽甲醛縮合物（萘系）；

三聚氰胺甲醛縮合物（蜜胺系）；

氨基磺酸鹽類；

脂肪族類；

共聚羧酸類（最新）。減水劑的分類

普通減水劑：

木質(zhì)素磺酸鹽類（木鈣、木鈉、木10各個減水劑的異同普通減水劑（木鈣）：

減水率小，5％－8％，摻量0.2%-0.3%

引氣量大，緩凝。高效減水劑：

減水率17％－25％，摻量0.7%-1.0%，幾乎不引氣不緩凝聚羧酸系：減水率30％以上，摻量0.1%-0.3%,有引氣作用，緩凝各個減水劑的異同11合成

1、木質(zhì)素磺酸鹽：

原料來源于造紙廢液

其組成復(fù)雜。

合成

1、木質(zhì)素磺酸鹽：

原料來源于造紙廢液

其組成復(fù)雜。122、?-萘磺酸鹽甲醛縮合物

（1）磺化副反應(yīng)：2、?-萘磺酸鹽甲醛縮合物

（1）磺化13（2）水解（2）水解14（3）縮合（3）縮合15（4）中和（4）中和163、三聚氰胺類

（1）單體的合成

3、三聚氰胺類

（1）單體的合成17（2）磺化（2）磺化18（3）縮合（3）縮合194、聚羧酸系4、聚羧酸系20作用機(jī)理

1、絮凝結(jié)構(gòu)

包裹水水泥顆粒水泥顆粒電性質(zhì)的不均一不規(guī)則形狀作用機(jī)理

1、絮凝結(jié)構(gòu)

包裹水水泥顆粒水泥顆粒電性質(zhì)的不212、吸附與分散吸附的原因：超塑化劑為陰離子表面活性劑，水化初期水泥顆粒多呈正電性質(zhì)，易靜電吸引；范德華力；有報道稱，超塑化劑參與水化，形成產(chǎn)物，有機(jī)礦物相；2、吸附與分散22分散：大量釋放出包裹水流動性得到大大改善分散：大量釋放出包裹水23減水劑的性能與評價

1、減水率（GB8076-1997)

是減水劑的最基本的性能，其優(yōu)劣代表了減水劑的品質(zhì)?，F(xiàn)今多為20％－25％，聚羧酸系可達(dá)30％－40％。

2、流動性保持能力(JC473-2001)

是減水劑的基本性能，其優(yōu)劣限制了減水劑的應(yīng)用。減水劑的性能與評價

1、減水率（GB8076-1997)

243、含氣量（GB8076-1997)

影響混凝土的強(qiáng)度。

含氣量大則強(qiáng)度低。2％-5%。

4、凝結(jié)時間（GB8076-1997)

影響工程的施工進(jìn)度。

凝結(jié)時間長則延長混凝土的拆模時間。3、含氣量（GB8076-1997)

影響混凝土的強(qiáng)度255、抗壓強(qiáng)度比（GB8076-1997)

影響混凝土材料的力學(xué)性能。

6、泌水率比（GB8076-1997)

影響混凝土均質(zhì)性。5、抗壓強(qiáng)度比（GB8076-1997)

267、收縮率（GB8076-1997)

影響混凝土的體積穩(wěn)定性

8、相對耐久性（GB8076-1997)

對引氣型減水劑設(shè)定。7、收縮率（GB8076-1997)279、鋼筋銹蝕（GB8076-1997)

鋼筋混凝土耐久性。9、鋼筋銹蝕（GB8076-1997)

鋼筋混凝土耐久性。28早強(qiáng)劑定義：

加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。

分類

無機(jī)類：

硫酸鹽類，氯鹽，亞硝酸鹽類，碳酸鹽類。

有機(jī)類：

醇類，有機(jī)胺類，小分子羧酸類。早強(qiáng)劑定義：

加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。

29無機(jī)類

1、氯化物

主要：氯化鈣（常用），氯化鈉，氯化鉀，氯化鋰，氯化鐵，氯化鋁等。

摻量：1％－2.5%

優(yōu)點：價格低廉，性能好

劣處：腐蝕鋼筋，后期強(qiáng)度有所降低。無機(jī)類

1、氯化物

主要：氯化鈣（常用），氯化鈉，氯化鉀，氯302、硫酸鹽

主要：硫酸鈉（常用），硫酸鉀，硫酸鈣，硫酸鎂，硫酸鐵，硫代硫酸鈉、明礬、硫酸鋁等

摻量：1％－3％

優(yōu)點：早期強(qiáng)度高，增加抗硫酸鹽侵蝕能力

劣處：后期強(qiáng)度有所下降2、硫酸鹽

主要：硫酸鈉（常用），硫酸鉀，硫酸鈣，硫酸鎂，硫313、有機(jī)類

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

摻量：0.01%-1%

優(yōu)點：摻量低，早強(qiáng)效果明顯。劣處：價格較高，后期強(qiáng)度有所下降。3、有機(jī)類

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

摻32緩凝劑定義

延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑。

分類

糖類，多元醇及其衍生物，羥基羧酸類，無機(jī)鹽類。緩凝劑定義

延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑。

33糖類

主要品種：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸鈣，庚糖等

常用：葡萄糖酸鈉。

摻量：0.1%-0.3％

主要機(jī)理：羥基與羧基延緩了水泥的水化。糖類

主要品種：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸鈣，庚糖等

常用34多元醇類

主要品種：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

摻量：0.05%-0.2%

極性基團(tuán)的吸附使水化進(jìn)程延緩。多元醇類

主要品種：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

摻量35羥基羧酸類

主要品種：檸檬酸（鈉），葡萄糖酸（鈉），酒石酸（鈉），馬來酸，水楊酸，蘋果酸，琥珀酸。

摻量：0.05%-0.2%

主要機(jī)理：羥基與羧基吸附與晶核上，阻礙了結(jié)晶過程，延緩水化。羥基羧酸類

主要品種：檸檬酸（鈉），葡萄糖酸（鈉），酒石酸36無機(jī)類

主要品種：磷酸鹽，硼砂，氟硅酸鈉等

摻量：0.1%-2%

主要機(jī)理：螯合鈣離子，抑制CH的結(jié)晶。無機(jī)類

主要品種：磷酸鹽，硼砂，氟硅酸鈉等

摻量：0.1%-37引氣劑定義

在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。

主要類型

松香類（用量最廣），烷基磺酸鹽，木質(zhì)素磺酸鹽，脂肪酸鹽，石油磺酸鹽等引氣劑定義

在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封38摻量較小

水泥質(zhì)量的0.003%-0.02%

影響因素

水泥：堿含量大，則引氣效果差；

細(xì)摻料：

砂：細(xì)砂引氣量大好

砂率：砂率高，引氣量大

石子：卵石比碎石引氣量大摻量較小

水泥質(zhì)量的0.003%-0.02%

39促凝劑定義

能使混凝土或砂漿迅速凝結(jié)硬化的外加劑。

用途：主要用于噴射混凝土或砂漿。促凝劑定義

能使混凝土或砂漿迅速凝結(jié)硬化的外加劑。

40性能要求

可使混凝土在3－5min內(nèi)初凝，10min內(nèi)終凝；

較高的早期強(qiáng)度，后期強(qiáng)度不能降低太大；

使混凝土具有一定粘度，防止混凝土噴射時回彈過大；

盡量減小水灰比，防止收縮，提高混凝土抗?jié)B性；

對鋼筋無銹蝕作用。性能要求

可使混凝土在3－5min內(nèi)初凝，10min內(nèi)終凝；41主要類型

鋁氧熟料（偏鋁酸鈉）＋碳酸鹽＋生石灰；

鋁氧熟料（偏鋁酸鈉）＋明礬石

水玻璃摻量

3％－5％

主要類型

鋁氧熟料（偏鋁酸鈉）＋碳酸鹽＋生石灰；

鋁氧熟料（42膨脹劑定義

能使混凝土產(chǎn)生一定體積膨脹的外加劑。

用途

配制補(bǔ)償收縮混凝土、自應(yīng)力混凝土以及防水。

膨脹劑定義

能使混凝土產(chǎn)生一定體積膨脹的外加劑。

43主要類型

（1）、硫鋁酸鹽類

摻量：8％－10％，>12%可配制自應(yīng)力混凝土

基本機(jī)理：生成鈣礬石，產(chǎn)生膨脹。

（2）、石灰類

摻量：10％左右

基本機(jī)理：生石灰水化的體積膨脹主要類型

（1）、硫鋁酸鹽類

摻量：8％－10％，>12%可44（3）、其它類型

鐵粉類：膨脹源為氧化鐵。常用鐵屑加氧化劑制成。氧化鎂類：膨脹源為氧化鎂。（3）、其它類型

鐵粉類：膨脹源為氧化鐵。常用鐵屑加氧化劑制45對混凝土性能的影響

水化爭水，流動性有所減??；

凝結(jié)時間提前；

泌水率略低；

含氣量影響不大；

限制條件下強(qiáng)度無明顯不利情況；

抗?jié)B性得到提高；

抗凍性得到改善。對混凝土性能的影響

水化爭水，流動性有所減??；

凝結(jié)時間提前46參考文獻(xiàn)混凝土外加劑的原理與應(yīng)用，陳建奎，中國計劃出版社，1997混凝土外加劑，熊大玉混凝土外加劑應(yīng)用基礎(chǔ)，蔣亞清，化工出版社，2004參考文獻(xiàn)混凝土外加劑的原理與應(yīng)用，陳建奎，中國計劃出版社，147混凝土外加劑選講王棟民北京2005.12中國礦業(yè)大學(xué)（北京）混凝土外加劑選講王棟民中國礦業(yè)大學(xué)（北京）48主要內(nèi)容：歷史脈絡(luò)減水劑緩凝劑早強(qiáng)劑引氣劑促凝劑膨脹劑主要內(nèi)容：促凝劑49前言混凝土是迄今為止用量最大的人工材料，是建筑業(yè)的“糧食”

2000年達(dá)48億立方米；外加劑摻量低而對混凝土性能影響巨大，混凝土六大組分不可或缺的組分；外加劑是現(xiàn)今商品混凝土中的“食鹽”。前言混凝土是迄今為止用量最大的人工材料，是建筑業(yè)的“糧食”

50定義

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中，用以改善混凝土性能的物質(zhì)，一般摻量不大于水泥質(zhì)量的5％。定義

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中，用以改善混凝土性能的51混凝土外加劑的歷史沿革蒙昧?xí)r代

古羅馬時代：牛血、牛油、牛奶和尿，火山灰

秦代（公元前221年）：修建萬里長城時就曾用糯米汁

宋代（公元1170年）：建筑和州城時曾用到糯米—石灰

明代：《天工開物》中記載用石灰1份加河砂2份，外加糯米、羊桃藤汁攪拌均勻制貯水池

混凝土外加劑的歷史沿革蒙昧?xí)r代

古羅馬時代：牛血、牛油、牛52近代：

1885年，氯化鈣作為硬化調(diào)凝劑；

1895年，產(chǎn)生減水劑；

1910年，減水劑得到工業(yè)化；

1930s，美國應(yīng)用了引氣劑，并逐步得到推廣；

1935年，MasterBuilder，“普濁里”，木質(zhì)素磺酸鈣，1937年美國，第一個減水劑專利近代：

1885年，氯化鈣作為硬化調(diào)凝劑；

1895年，53現(xiàn)代

1950s我國引入前蘇聯(lián)松香皂化物，并得到一定應(yīng)用。

1962年，服部健一等，萘磺酸鹽甲醛縮合物。1964年日本花王石堿公司對此進(jìn)行銷售。

1963年，聯(lián)邦德國研制成功三聚氰胺甲醛縮聚物。

1970s我國研制成功萘系減水劑。

1980s末期，日本觸媒研制成功聚羧酸系減水劑?，F(xiàn)代

1950s我國引入前蘇聯(lián)松香皂化物，并得到一定應(yīng)用。54混凝土減水劑什么是減水劑(WaterReducingAgent)？

在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少拌和用水量的外加劑。

能大幅度減少用水量的外加劑為高效減水劑(HighRangeWaterReducingAgent)，i.e.超塑化劑(Superplasticizer)混凝土減水劑什么是減水劑(WaterReducingAg55減水劑的作用

a、同水灰比條件下增加混凝土的工作性，有利于施工；

b、同工作性條件下增加混凝土的強(qiáng)度和耐久性；

c、可以減少水泥用量，有利于環(huán)境保護(hù)；減水劑的作用

a、同水灰比條件下增加混凝土的工作性，有利于56減水劑的分類

普通減水劑：

木質(zhì)素磺酸鹽類（木鈣、木鈉、木鎂）；

腐殖酸類

高效減水劑：

?-萘磺酸鹽甲醛縮合物（萘系）；

三聚氰胺甲醛縮合物（蜜胺系）；

氨基磺酸鹽類；

脂肪族類；

共聚羧酸類（最新）。減水劑的分類

普通減水劑：

木質(zhì)素磺酸鹽類（木鈣、木鈉、木57各個減水劑的異同普通減水劑（木鈣）：

減水率小，5％－8％，摻量0.2%-0.3%

引氣量大，緩凝。高效減水劑：

減水率17％－25％，摻量0.7%-1.0%，幾乎不引氣不緩凝聚羧酸系：減水率30％以上，摻量0.1%-0.3%,有引氣作用，緩凝各個減水劑的異同58合成

1、木質(zhì)素磺酸鹽：

原料來源于造紙廢液

其組成復(fù)雜。

合成

1、木質(zhì)素磺酸鹽：

原料來源于造紙廢液

其組成復(fù)雜。592、?-萘磺酸鹽甲醛縮合物

（1）磺化副反應(yīng)：2、?-萘磺酸鹽甲醛縮合物

（1）磺化60（2）水解（2）水解61（3）縮合（3）縮合62（4）中和（4）中和633、三聚氰胺類

（1）單體的合成

3、三聚氰胺類

（1）單體的合成64（2）磺化（2）磺化65（3）縮合（3）縮合664、聚羧酸系4、聚羧酸系67作用機(jī)理

1、絮凝結(jié)構(gòu)

包裹水水泥顆粒水泥顆粒電性質(zhì)的不均一不規(guī)則形狀作用機(jī)理

1、絮凝結(jié)構(gòu)

包裹水水泥顆粒水泥顆粒電性質(zhì)的不682、吸附與分散吸附的原因：超塑化劑為陰離子表面活性劑，水化初期水泥顆粒多呈正電性質(zhì)，易靜電吸引；范德華力；有報道稱，超塑化劑參與水化，形成產(chǎn)物，有機(jī)礦物相；2、吸附與分散69分散：大量釋放出包裹水流動性得到大大改善分散：大量釋放出包裹水70減水劑的性能與評價

1、減水率（GB8076-1997)

是減水劑的最基本的性能，其優(yōu)劣代表了減水劑的品質(zhì)?，F(xiàn)今多為20％－25％，聚羧酸系可達(dá)30％－40％。

2、流動性保持能力(JC473-2001)

是減水劑的基本性能，其優(yōu)劣限制了減水劑的應(yīng)用。減水劑的性能與評價

1、減水率（GB8076-1997)

713、含氣量（GB8076-1997)

影響混凝土的強(qiáng)度。

含氣量大則強(qiáng)度低。2％-5%。

4、凝結(jié)時間（GB8076-1997)

影響工程的施工進(jìn)度。

凝結(jié)時間長則延長混凝土的拆模時間。3、含氣量（GB8076-1997)

影響混凝土的強(qiáng)度725、抗壓強(qiáng)度比（GB8076-1997)

影響混凝土材料的力學(xué)性能。

6、泌水率比（GB8076-1997)

影響混凝土均質(zhì)性。5、抗壓強(qiáng)度比（GB8076-1997)

737、收縮率（GB8076-1997)

影響混凝土的體積穩(wěn)定性

8、相對耐久性（GB8076-1997)

對引氣型減水劑設(shè)定。7、收縮率（GB8076-1997)749、鋼筋銹蝕（GB8076-1997)

鋼筋混凝土耐久性。9、鋼筋銹蝕（GB8076-1997)

鋼筋混凝土耐久性。75早強(qiáng)劑定義：

加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。

分類

無機(jī)類：

硫酸鹽類，氯鹽，亞硝酸鹽類，碳酸鹽類。

有機(jī)類：

醇類，有機(jī)胺類，小分子羧酸類。早強(qiáng)劑定義：

加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。

76無機(jī)類

1、氯化物

主要：氯化鈣（常用），氯化鈉，氯化鉀，氯化鋰，氯化鐵，氯化鋁等。

摻量：1％－2.5%

優(yōu)點：價格低廉，性能好

劣處：腐蝕鋼筋，后期強(qiáng)度有所降低。無機(jī)類

1、氯化物

主要：氯化鈣（常用），氯化鈉，氯化鉀，氯772、硫酸鹽

主要：硫酸鈉（常用），硫酸鉀，硫酸鈣，硫酸鎂，硫酸鐵，硫代硫酸鈉、明礬、硫酸鋁等

摻量：1％－3％

優(yōu)點：早期強(qiáng)度高，增加抗硫酸鹽侵蝕能力

劣處：后期強(qiáng)度有所下降2、硫酸鹽

主要：硫酸鈉（常用），硫酸鉀，硫酸鈣，硫酸鎂，硫783、有機(jī)類

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

摻量：0.01%-1%

優(yōu)點：摻量低，早強(qiáng)效果明顯。劣處：價格較高，后期強(qiáng)度有所下降。3、有機(jī)類

主要：甲酸、乙二醇、三乙醇胺、甲醇、尿素等。

摻79緩凝劑定義

延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑。

分類

糖類，多元醇及其衍生物，羥基羧酸類，無機(jī)鹽類。緩凝劑定義

延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑。

80糖類

主要品種：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸鈣，庚糖等

常用：葡萄糖酸鈉。

摻量：0.1%-0.3％

主要機(jī)理：羥基與羧基延緩了水泥的水化。糖類

主要品種：葡萄糖，蜜糖，蔗糖，己糖酸鈣，庚糖等

常用81多元醇類

主要品種：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

摻量：0.05%-0.2%

極性基團(tuán)的吸附使水化進(jìn)程延緩。多元醇類

主要品種：甘油，聚乙烯醇，山梨醇，甘露醇等

摻量82羥基羧酸類

主要品種：檸檬酸（鈉），葡萄糖酸（鈉），酒石酸（鈉），馬來酸，水楊酸，蘋果酸，琥珀酸。

摻量：0.05%-0.2%

主要機(jī)理：羥基與羧基吸附與晶核上，阻礙了結(jié)晶過程，延緩水化。羥基羧酸類

主要品種：檸檬酸（鈉），葡萄糖酸（鈉），酒石酸83無機(jī)類

主要品種：磷酸鹽，硼砂，氟硅酸鈉等

摻量：0.1%-2%

主要機(jī)理：螯合鈣離子，抑制CH的結(jié)晶。無機(jī)類

主要品種：磷酸鹽，硼砂，氟硅酸鈉等

摻量：0.1%-84引氣劑定義

在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。

主要類型

松香類（用量最廣），烷基磺酸鹽，木質(zhì)素磺酸鹽，脂肪酸鹽，石油磺酸鹽等引氣劑定義

在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封85摻量較小

水泥質(zhì)量的0.003%-0.02%

影響因素

水泥：堿含