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常用外加剂有哪些?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-03-20

外加剂是一类化学品,当它们在混凝土临拌前或搅拌时加入,能显著改变其硬化前后的性 能。外加剂掺量不大,通常为水泥用量的5%以内。近些年来,外加剂的用量显著增大,如我国 目前大约有30%的混凝土掺用外加剂,在北美、欧洲、日本和澳大利亚等工业国家里,这个比例 还要高得多。因此,外加剂已成为混凝土中的一个必要组分。

一、减水剂

减水剂也称塑化剂,它可以增大新拌水泥浆或混凝土拌合物的流动性,或者配制出用水量减小(水灰比降低)而流动性不变的混凝土,因此获得提高强度或节约水泥的效果。当水泥与水拌合后,水泥颗粒并没有均匀地悬浮在水中,而是聚集成一个个胶束沉积下来,称为絮凝。胶束内 包裹着不少的水分,影响了浆体的流动性。为了使混凝土 拌合物能够正常地浇筑和成型密实,在搅拌时不得不多增 加用水量,而这并非为水泥水化所必需,多余的水分显然 给硬化后的混凝土带来各种不利的影响。当减水剂加入时, 由于它的分子能够吸附在水泥颗粒或早期水化产物的表面, 使它们带上了相同的电荷,产生一均匀的负电位(大小为 几毫伏),水泥颗粒因此彼此相互排斥离开,絮凝的胶束被 打散,释放出原来包裹的水分,如图1所示。游离的水分润 滑作用良好,使水泥浆或混凝土拌合物的流动性增大。 另一个重要影响是被吸附的减水剂分子层对水泥和水 之间所起的屏蔽作用,延长了它水化过程的潜伏期,从而 延缓了CS初期的水化速率。因此,减水剂也可以作为一种延缓凝结与初期强度发展的外加剂, 这种作用带来的好处下面还要讨论。减水剂分为两类: (一)普通减水剂 减水率小于10%,主要成分为木质磺酸盐及其衍生物、羟基羧酸及其衍生物或多元醇等。 (二)高效减水剂 也称超塑化剂,减水率大于12%,有的高达30%以上,主要品种为β-萘磺酸甲醛高缩合 物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物和聚羧酸盐等。 高效减水剂与普通减水剂的作用机理近似,但减水作用要显著得多,这是由于其长链大分子 对水泥的分散作用更为强烈。高效减水剂的应用,成为混凝土技术发展过程一个重要的里程碑, 应用它可以配制出流动性满足施工需要、强度很高的高强混凝土,可以自行流动成型密实的自密 实混凝土,以及配制充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土等。

二、早强剂

早强剂可以促进水泥的水化与硬化、加速混凝土早期的强度发展,因而适用于低气温条件下 混凝土浇筑后及早拆模和缩短养护期的需要。 常用的早强剂有氯化钙或氯化钠、硫酸钠、三乙醇胺等。由于氯盐来源广泛且非常有效,一直很流行。它加速初凝,也加速终凝。试验表明:掺有水泥用量2%氯化钙,早期强度可以大幅度地提高,但提高的程度随时间减小,其长期强度与不掺者接近。氯化钙早强作用的机理还不十 分清楚,似乎氯化钙也参与CA和石膏的水化反应,并作为CS和CS水化的催化剂。已经证实:C—S—H产物由于氯化钙的存在形成的凝胶比表面积进一步加大,这会增大收缩与徐变。由于氯离子的存在,一个重要问题是它使混凝土中的钢材易于锈蚀,因此已限制用于钢筋混凝土和预应 力混凝土,以后开发的一系列无氯早强剂,例如甲酸钙、亚硝酸钙等,其作用与氯化钙相近。 硫酸钠也是国内常用早强剂品种之一,实践证明:它对于改善掺有矿物掺合料的混凝土早期 强度发展有明显效果,但是对纯硅酸盐水泥混凝土几乎没有早强作用,而对其后期强度则有副作用。它的另一个缺点是溶解度在低温时迅速下降,且易于结晶而影响使用。三乙醇胺是一种有机 早强剂,添加少量的三乙醇胺可以有效地促进CA的水化和钙矾石生成。不过,它同时会延缓CS的水化,所以通常与其他早强剂复合使用。 早强剂和减水剂复合使用的效果,要明显优于其单一使用的效果,这是现在市场上常见有早 强减水剂的原因。

三、缓凝剂

缓凝剂能延缓水泥水化,因此延长了拌合物的凝结时间和早期强度发展,其作用在于: (1)抵消热天由于高温的促凝作用,以便混凝土拌合物保持较长的可浇筑时间,尤其是需要长距离运输的情况下更有必要。 (2)大块混凝土的浇筑可能要延续若干小时,需要 让先浇筑的混凝土不会过快凝固,造成冷缝与断层,使 混凝土构件的整体性良好、强度发展均匀。 图2表明缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响。葡萄糖 和柠檬酸都是很有效的缓凝剂,但延缓程度不好控制; 木质磺酸盐通常含一定量的糖,效果较好。普通塑化剂, 例如木质磺酸盐与羟基羧酸的缓凝作用,大多数商品缓 凝剂都以这些化合物为基本组分,因此也都有一定的塑 化效果,因此也称为缓凝减水剂。温度、配合比、水泥 细度与组成,以及外加剂的添加时间,对缓凝结效果都 有一定影响,因此很难得出一些有规律性的结论。

四、引气剂

引气剂是一些有机的表面活性剂,例如松香皂化物等,能减小拌合水的表面张力。因为其长 链分子的一端是亲水性基团,另一端则是憎水性基团。这些分子径向排列在气泡表面,其亲水基 团朝向水,而憎水基团朝向空气,从而使气泡得到稳定。将引气剂加在拌合用水里,能使混凝土 搅拌时引进一定量空气(通常控制在占混凝土体积的4%~8%),形成大量微小的球形气泡,泡 径一般小于0.1mm,在混凝土浇筑、捣实、凝结与硬化过程能保持稳定。人为的引气作用与混凝 土搅拌时夹带进的空气,因捣实时没有排出,硬化后形成一些无规则形状大小气孔(通常占混凝 土体积的0.5% ~2.0%)的现象是大不相同的。 引气作用,能够改善混凝土抵抗冻融循环作用的能力。除含气量外,另一重要参数是间距系 数。该系数为从浆体内任一点到气孔边缘的平均最大距离,应不超过0.2mm。引气还会产生以下 两方面重要影响: (1)由于气泡类似滚珠的润滑作用,有利于拌合物的流动性和粘聚性。因此在混凝土泵送 时,常采用引气剂与其他外加剂复合以改善泵送性能,减小泵的工作压力。 (2)孔隙率增大会引起混凝土抗压强度下降,大约含气量每增加1%孔隙率要损失3%~5%, 但是由于工作度得到改善,可以通过降低水灰比并维持原工作度,使强度不降低或部分补偿。引气剂对水泥水化没有什么影响,所以除了物理上引进气泡的作用外,混凝土其他性能没有 变化。许多减水剂,包括高效减水剂,都不同程度地引气,因此也称为引气减水剂或引气型高效 减水剂。但是其提高混凝土抗冻融循环能力的效果,需要通过试验确定。

                               

图1 减水剂的分散作用图解                                图2 缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响

(a) 没有加减水剂时,水泥聚集成胶束;

(b)加减水剂后水泥分散开来 

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