第三章混凝土外加剂ppt课件.ppt

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1、混凝土是土木、建筑、水利以及许多工程中使用得十分广泛的材料，随着科学技术的不断发展，对混凝土的各方面性能就会不断地提出各种新的要求。如何满足这些要求，可以采用多种途径，而使用混凝土外加剂则是其中一种效果显著、使用方便、经济合理的手段。 特别是在重点工程中，要求混凝土具有良好的耐久性，使用寿命为100年，必须按高性能混凝土的要求施工，因此，配制高性能混凝土所需的高效减水剂更是必不可少的。 目前，混凝土外加剂已逐渐成为混凝土中除砂、石、水泥和水之外必不可少的第五组分材料。,一外加剂在国民经济建设和混凝土技术发展中的重要作用,1改善混凝土性能，促进了施工技术革命,品种较多，功能各异，提高和改善混凝土

2、各项性能。外加剂新品种和应用技术迅速发展，促进了混凝土施工新技术的发展，在保证顺利施工和控制质量方面功效巨大 。满足工程耐久性要求的最佳、最有效、最易行的途径之一。,通过应用泵送剂和泵送技术将混凝土一泵到顶,投资5.6亿美元88层420.5米世界第三、中国第一高楼,金茂大厦,三峡大坝,以百年耐久性设计为目标的举世瞩目的工程,青藏铁路,自然条件严酷的青藏铁路顺利施工,世界最长的跨海大桥造桥史上的丰碑筑向大海的世纪长虹 全长36公里，投资118亿，混凝土240万方，桥墩660个,杭州湾跨海大桥,外加剂优质工程必不可少的新材料,高难混凝土技术的实现都离不开混凝土外加剂；几乎所有重要的混凝土工程、所有

3、的混凝土搅拌站均使用各类外加剂。,2节约资源，保护环境,外加剂促进了工业副产品（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、钢渣等）的应用；节约水泥1015%，即少用2045kg /m3，一个工程可以节约成千上万吨的水泥。,卢沟桥畔300万t钢渣堆场,木质素磺酸盐减水剂环保作用,每生产1吨木质素磺酸盐减水剂可以消纳2.5吨造纸废液（浓度40%）避免了废液直接排入江河中造成环境污染在取得良好经济效益的同时，为保护环境做出了突出的贡献。,外加剂在商品混凝土中使用,在改善和提高混凝土各种物理性能，延长建筑工程的使用寿命的同时，减少了混凝土现场搅拌时产生的粉尘污染和施工噪音，改善了现场施工环境。,一、 砼外加剂的定义与

4、分类,混凝土外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不超过水泥质量的5。 意义：外加剂的使用是混凝土技术的重大突破。随着混凝土工程技术的发展，对混凝土性能提出了许多新的要求。如 泵送混凝土要求高的流动性； 冬季施工要求高的早期强度； 高层建筑、海洋结构要求高强、高耐久性。 这些性能的实现，需要应用高性能外加剂。由于外加剂对混凝土技术性能的改善，它在工程中应用的比例越来越大，不少国家使用掺外加剂的混凝土已占混凝土总量的6090。 因此，外加剂也就逐渐成为混凝土中的第五种成分。,外加剂的分类：按其主要功能分为四类：,（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。 包括各种减

5、水剂、引气剂和泵送剂等。（2）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。（3）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。（4）改善混凝土其它性能的外加剂。 包括防冻剂、膨胀剂、着色剂等。,使用外加剂的主要目的,、改善新拌混凝土、砂浆、水泥浆的性能，如：不增加用水量而提高和易性、或和易性相同减少用水量；缩短或延长凝结时间；减少泌水和离析；减小坍落度损失。、改善硬化混凝土、砂浆、水泥浆的性能，如：提高混凝土强度（压、拉、弯）；提高耐久性，特别是抵抗严酷的暴露环境；阻止或减缓混凝土中钢筋的锈蚀；控制与减缓碱骨料反应造成的膨胀破坏。,工程上常用的混凝土外加剂

6、主要有： 减水剂 早强剂 缓凝剂 引气剂 防冻剂 速凝剂 膨胀剂等,（1） 减水剂,早在20世纪30年代初，美国就使用亚硫酸盐纸浆废液用于改善混凝土的和易性。1937年，E.W斯克里彻获得此项专利。 4060年代，木质素系的减水剂研究和开发。 60年代初，日本和前西德发明了三种高效减水剂。 定义减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少其拌和水量的外加剂。 分类普通减水剂和高效减水剂两大类。,2、减水剂的作用原理,常用减水剂均属表面活性剂，是由亲水基团和憎水基团两个部分组成。 当水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，包裹了一定的拌合水（游离水），从而降

7、低了混凝土拌合物的和易性。 如在水泥浆中加入适量的减水剂，由于减水剂的表面活性作用，致使憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同的电荷。,在电斥力作用下，使水泥颗粒互相分开，絮凝结构解体，包裹的游离水被释放出来，从而有效地增加了混凝土拌合物的流动性。 当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂后，使水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化膜层，它阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用，也改善了混凝土拌和物的和易性。 此外，由于水泥颗粒被有效分散，颗粒表面被水分充分润湿，增大了水泥颗粒的水化面积，使水化比较充分，从而也提高了混凝土的强度。 可见，减水剂作用原理可由吸咐分散

8、作用、润滑作用、湿润作用三部分组成。 只要掺入少量的减水剂，就可使硬化前混凝土和易性改善，硬化后混凝土性能改善，减水剂已成为高性能混凝土主要成分。,水泥浆的絮凝结构,3、减水剂的技术经济效果,1）增加流动性。 W,W/C=定值，坍落度可增大100200mm，明显提高混凝土流动性，且不影响混凝土的强度。泵送混凝土或其他大流动性混凝土均需掺入高级减水剂。 2）提高混凝土强度。 C,流动性定值，可减少拌和水量1015，从而降低水灰比，使混凝土强度提高1520，特别是早期强度提高更为显著。 3）节约水泥。 流动性,W/C=定值，可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节

9、约水泥用量1015。掺人高效减水剂是制备早强、高强、高性能混凝土的技术措施之一,4）改善混凝土的耐久性。 由于减水剂的掺入，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低4080，从而可提高抗渗、抗冻、耐化学腐蚀及防锈蚀等能力。 此外，还可以改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度和防止因内外温差而引起的裂缝。 配制特种混凝土。,4、目前常用的减水剂,普通减水剂： 木质素系（木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、 木质素磺酸镁） 高效减水剂： 萘系（萘磺酸盐甲醛缩合物） 树脂系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物）, 木质素系减水剂,包括木质素磺酸钙（木钙

10、）、木质素磺酸钠（木钠）、木质素磺酸镁（木镁）。制备：是以生产纸浆或纤维浆剩余下来的亚硫酸浆废液为原料，采用石灰乳中和，经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末。适宜掺量：为水泥质量的0.2%0.3%效果： 减水率为810； 28d抗压强度提高1020； 坍落度可增大80100mm； 节约水泥用量10左右。,木钙减水剂的应用,注意： 木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，一般缓凝13h，掺量过多或在低温下缓凝作用更为显著，而且还可能使混凝土强度降低。可用于： 一般混凝土工程，尤其适用于大体积浇筑、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。不宜于： 不宜单独用于冬季施工，在日最低气温低于5时，应与早

11、强剂或早强剂、防冻剂复合使用。也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土，以免蒸养后混凝土表面出现酥松现象。, 萘磺酸盐系减水剂,制备是以工业萘或由煤焦油分馏出的含萘及萘的同系物为原料，经磺化、水解、缩合、中和、过滤、干燥而制成，一般为棕黄色粉末，也有为棕色粘稠液体。主要品牌有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建型、NHJ等。适宜掺量： 水泥质量的0.5%1.0%,萘系减水剂的效果与用途,效果： 减水率为1025； 强度提高20以上； 节约水泥1020； 抗渗、耐久性等均改善，且对钢筋无腐蚀作用。适用于： 萘系减水剂的减水增强效果好，对不同品种水泥的适应性较强。适用于配制 早强、高强、流态、蒸养

12、混凝土。 也适用于最低气温0C以上施工的混凝土，低 于此温时宜与早强剂复合使用。, 树脂减水剂,制备是以一些水溶性树脂为主要原料制成的减水剂，如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等。该类减水剂被誉为减水剂之王。我国产品有SM树脂减水剂。SM减水剂掺量： 为水泥质量的0.5%2.0%效果： 减水率为2027； 3d强度提高30100； 28d强度可提高2030； 同时提高混凝土的抗渗、抗冻性能。 SM减水剂价格昂贵，适于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土及蒸养混凝土等,（二） 早强剂,早强剂，是加速混凝土早期强度发展，并对后期强度无显著影响的外加剂。 早强剂能加速水泥的水化和硬化，缩短养护期，从而达到

13、尽早拆模、提高模板周转率，加快施工速度的目的。 早强剂可以在常温、低温和负温(不低于一5C)条件下加速混凝土的硬化过程，在低温和负温条件下它能够降低冰点，使拌合物中的水分不会很快结冰，使水泥继续水化，达到抵抗冰体膨胀的临界强度。 多用于冬季施工和抢修工程。分类主要有: 氯盐类 硫酸盐类 有机胺类三种。, 氯盐类早强剂,主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等，其中以氯化钙应用最广。 其适宜掺量为水泥质量的0.5%1.0%， 能使混凝土3d强度提高50100，7d强度提高2040，同时能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻； 掺量不宜过多，否则会引起水泥速凝，不利于施工。还会加大混凝

14、土的收缩。,氯化钙对混凝土产生早强作用的主要原因，一般认为是它能与水泥中GA反应生成不溶于水的复盐C3ACaCl210H20，还与水化析出的氢氧化钙作用，生成不溶性氧氯化钙(CaCl22Ca(OH)212H20)。 以上两种复盐不溶于水，且本身具有一定的强度。这些复盐的形成，增加了水泥浆中固相的比例，形成强度骨架，有助于水泥石结构的形成。 同时，由于氯化钙与氢氧化钙的迅速反应，降低了液相中的碱度，使矿物成分水化反应加快，早期水化物增多，有利于提高水泥石早期强度。,缺点采用氯化钙作早强剂，最大的缺点是含有Cl一离子，会使钢筋锈蚀，并导致混凝土开裂。 为了抑制氯化钙对钢筋的锈蚀作用，常将氯化钙与阻

15、锈剂亚硝酸钠（NaNO2）复合使用； 在钢筋混凝土中，氯化钙的掺量不得超过水泥质量的1，在无筋混凝土中掺量不得超过 3。 在下列结构的钢筋混凝土中不得掺 用氯化钙和含有氯盐的复合早强剂；在高湿度空气环境中、处于水位频繁升降部位、露天结构或经受水淋的结构：与含有酸、碱或硫酸盐等侵蚀性介质相接触的 结构；, 硫酸盐类早强剂,主要有硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝、硫酸铝钾等，其中硫酸钠应用较多。硫酸钠分无水硫酸钠(白色粉末)和有水硫酸钠(白色晶粒)。一般掺量为0.5%2.0%，当掺量1%1.5%时，达到混凝土设计强度70的时间可缩短一半左右.,硫酸钠掺入混凝土后产生早强的原因 硫酸钠与水泥水化产

16、物Ca (OH)2作用，生成高分散性的硫酸钙，均匀分布在混凝土中，并极易与CA反应， 能使水化硫铝酸钙迅速生成。 同时，由于上述反应的进行，使得溶液中Ca(OH)2 浓度降低，从而促使C3S水化加速，大大加快了水泥的硬化，使混凝土早期强度提高。 硫酸钠对钢筋无锈蚀作用，适用于不允许掺用氯盐的混凝土。但由于它与 Ca(OH)2作用生成强碱NaOH，为防止碱一骨料反应，硫酸钠严禁用于含有活性l骨料的混凝土。,硫酸钙,硝酸盐和亚硝酸盐早强剂,碳酸盐类早强剂,有机化合物早强剂,三乙醇胺对混凝土稍有缓凝作用，掺量过多会造成混凝土严重缓凝和混凝土后期强度下降，掺量越大，强度下降越多，故应严格控制掺量。 三

17、乙醇胺单独使用时，早强效果不明显，与其他外加剂(如氯化钠、氯化钙、硫酸钠等)复合使用，效果更加显著。故一般复合使用。,早强减水剂,早强剂及早强减水剂对新拌混凝土性能的影响,早强剂及早强减水剂对硬化混凝土性能的影响,（3）对混凝土耐久性的影响,2.预制构件及蒸养混凝土,（三） 引气剂,1、定义在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，起到改善混凝土和易性，提高混凝土抗冻性和耐久性的外加剂。 目前应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。 松香热聚物是松香与苯酚、硫酸、氢氧化钠以一定配比经加热缩聚而成。松香皂是由松香经氢氧化钠皂化而成。 引气剂有一定的减水性，一般引气

18、剂的减水率为6.09.0，而当减水率达到10以上时，则称之为引气减水剂。,掺量： 通常为水泥质量的0.0020.01，掺入后可使混凝土拌合物中引气量达到35。,发展： 复合型高效引气剂及高性能引气减水剂。 配制泵送剂、防冻剂等多功能复合外加剂。,应用： 引气剂主要用于抗冻性要求高的结构，如混凝土大坝、路面、桥面、飞机场道面等大面积易受冻的部位。,2、引气剂的作用机理,引气剂属憎水性表面活性剂，表面活性作用类似减水剂，能显著降低水的表面张力和界面能，使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，气泡直径多在50250m。 同时引气剂定向吸附在气泡表面，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不破裂。

19、按混凝土含气量35计(不加引气剂的混凝土含气量为1)，1m3混凝土拌合物中含数百亿个气泡。 由于大量微小、封闭并均匀分布的气泡的存在，使混凝土的某些性能得到明显改善或改变。,3 引气剂的种类,（1）、松香类引气剂,这类引气剂自1937年美国研制成功以来，至今已有60多年，被广泛应用于路面混凝土、水工及港工混凝土和一些有防渗、抗冻要求的混凝土工程。 对改善混凝土的和易性、保水性，提高耐久性效果显著。但难以溶解，使用时需加热、加碱，与其它外加剂相容性较差等缺点，还需改进。,种类:,松香的化学结构复杂，含有松脂酸类、芳香烃类、芳香醇类、芳香醛类及氧化物等。其中松香酸具有羧基（-COOH），加碱后，发

20、生皂化反应而生成松脂皂。,1）、松香热聚物,发展：,松香热聚物是世界上出现最早的发泡剂，由美国1937年首创，称为“文沙”树脂（Vinso），1938年获得专利。它是发泡剂的始祖。 文沙树脂最早是由松树的根部含木松香的浸出物经过精制过程而得到的副产品。它最初的应用，是以产生的微小气泡（称微沫）来改善混凝土的保水性，水工工程的抗渗，寒冷地区路面及大坝施工的抗冻等。,日本 上世纪40年代从美国引进“文沙”技术，并用于日本著名的奥只见坝、田子仓坝等大型水工工程。此后，世界各国也纷纷引进或模仿“文沙”生产技术，使松香热聚物在世界范围内广泛应用，并使其由引气剂延伸为发泡剂，用途更加广泛。,我国 上世纪5

21、0年代开始仿照美国“文沙”树脂，生产松香热聚物作为引气剂用于混凝土和砂浆，后又用于泡沫混凝土。它是我国上世纪后半叶的主要引气剂和发泡表面活性剂品种。,松香热聚物生产： 将松香与苯酚、硫酸等几种物质做原料，以适当的比例混合投入反应釜，在7080环境下反应6h后得到钠盐缩合热聚物产品，即可得到松香热聚物类引气剂，是一种棕褐色膏状体。 松香热聚物掺量一般为0.0050.02%，混凝土的含气量为3%5%，减水率为8%左右。,2）、松香皂 是由松香、无水碳酸钠（Na2CO3）和水三种物质按一定比例熬制而成。使用时稀释成5浓度的溶液。 掺量：为0.0050.02，减水率为10%左右。,特点： 生产工艺简单

22、，成本低、价格低、发泡倍数和泡沫稳定性一般，其突出优点是与水泥相容性好，可与水泥中的Ca2+反应，生成不溶性盐，泡沫稳定性增加，有一定的增强作用。 目前，松香皂的市场销售价约4500元8000元/吨，各地不等。,松香热聚物和松香皂类的区别： 热聚物和皂物类在同等掺量成本下,一般强度高出皂物类1018%，减水率高出35%,泌水率低3050%。 总之，热聚物总体性能优越，但价格贵些，另外，热聚物的合成工艺控制不好容易出现不溶物，影响产品质量。,3）、松香酸钠 由松香加入煮沸的NaOH溶液中经搅拌溶解，然后再在膏状松香酸钠中加入水制得。,木质素磺酸盐是造纸工业的副产品，它在混凝土中引入空气泡的性能较

23、差，是一种较差的引气剂，但它具有减水和缓凝作用，是一种引气缓凝减水剂，广泛作为普通减水剂和缓凝剂使用。,木质素磺酸盐类引气剂,该类引气剂是精炼石油的副产品。为了产生轻油，将石油用硫酸处理，生产轻油后留下的残渣中含有水溶性磺酸，再用氢氧化钠或三乙醇胺中和得到的水溶性盐；,石油磺酸盐类引气剂,蛋白质盐类是动物和皮革加工工业的副产品，它是由羧酸和氨基酸复杂混合物的盐所组成，这种引气剂使用的数量相当少。,蛋白质盐类引气剂,该类引气剂可由不同原材料生产。 动物脂肪水解皂化可制得脂肪酸盐引气剂，其钙盐不溶于水，能在混凝土中引入少量空气，在与水泥拌和后其液相立即被钙离子饱和； 植物油经皂化后也可用作混凝土引

24、气剂； 碱法造纸的另一种工业副产品妥尔油也是一种混凝土引气剂，是通过静置松木碱性造纸废液而制得。主要有效成分为脂肪酸钠皂和松脂酸钠皂。,脂肪酸和树脂酸及其盐类引气剂,混凝土的含气量及气泡分布特征,混凝土中的含气量在某一规定值以下时，随着含气量的增加，引气混凝土耐久性提高。但含气量太高，会使混凝土强度显著降低。,一、混凝土含气量的主要影响因素,不掺引气剂的混凝土含气量一般为1%2%，主要是混凝土搅拌过程中带入的一些气泡，这些气泡相对较大，分布不均匀，也不稳定，容易失去。 机械搅拌引入的不稳定气泡无论是对混凝土的流动性，还是对混凝土硬化后的力学性能和耐久性能都不会产生积极的影响。,引气剂或引气减水

25、剂的品种和掺量 混凝土的组成材料 混凝土配合比 施工方法,引气剂引入的气泡是封闭的、稳定的小气泡，直径一般在 20200m，而且分布均匀。影响掺引气剂混土含气量的主要因素包括：,引气剂或引气减水剂的品种和掺量,不同种类的引气剂或引气减水剂的混凝土引气量都在一定范围内。 通常，阴离子型引气剂（如松香热聚物）具有较好的气泡能力，但泡沫较大，稳定性不够好； 非离子型引气剂（如皂苷类引气剂）气泡能力较差，但泡沫小，稳定性好。 以阴离子表面活性剂为主，同时引入适量的 非离子表面活性剂的获得的引气剂（如GYQ引气剂等），既具备气泡能力强的特点，又具备泡沫均匀、稳定性好的优异性能。,随着引气剂掺量增大，混凝

26、土含气量增大。,不同水灰比条件下，引气剂掺量与混凝土含气量的关系,混凝土的组成材料,（1）水泥,水泥品种 ：不同品种水泥对混凝土含气量有不同的影响。 纯硅酸盐水泥的引气能力要高于普通硅酸盐水泥和矿渣水泥。矿渣硅酸盐水泥的引气能力弱于普通硅酸盐水泥。,水泥品种水泥用量水泥细度,水泥用量：水泥用量每增加8090kg/m3，混凝土的含气量减少1%左右。 水泥细度越大，则在其他条件相同的情况下，混凝土含气量减小。,粗集料： 品种：卵石砼的含气量一般大于碎石砼。 粒径：石子最大粒径大，引气量相对较困难，砼需要的引气剂掺量增大。,（2）集 料,细集料： 砂子的粒径和级配对混凝土含气量的影响较大： 在0.3

27、0.6mm粒径范围内，随着砂子的粒径增大，混凝土含气量呈增加趋势，但当砂子粒径小于0.3mm或大于0.6mm时，混凝土含气量都明显下降。 混凝土的含气量随着含砂率的提高而增大。 砂的品种不同，含气量不同： 采用人工砂配制的混凝土通常要比采用天然砂配制的混凝土引气剂掺量多出1倍左右。,（3）矿物掺合料 矿物掺合料种类、组成、细度等影响混凝土的含气量。在其他条件相同的情况下，掺硅灰、矿渣、粉煤灰等细掺料的混凝土含气量减小。 另外研究表明，粉煤灰、硅灰中的碳含量会缓慢抑制引气剂的作用而对气泡的形成与稳定性有一定影响。,混凝土中使用的其他外加剂，可能会影响所用引气剂的引气效果。 例如： 由于木质素磺酸

28、盐具有一定引气能力，其作为减水剂或缓凝剂时，要减少其他引气剂用量； 单独使用羟基羧基类缓凝剂无引气效果，但将其与引气剂复合使用时，会增大引气剂的引气量； 无机盐，如CaCl2早强剂，对引气剂的引气能力也有一定的促进作用。,（4）其他外加剂,混凝土施工方法的影响,混凝土拌合使用的搅拌机不同，对混凝土的引气量有较大的影响，一般使用强制式搅拌机拌合引气混凝土，其含气量要比使用自落式搅拌机拌出的引气混凝土含气量小。 强制式搅拌机使得混凝土拌合过程中的含气量损失增大。,搅拌机一次拌合引气混凝土的量越多，含气量越大，试验表明，拌合总量增加1倍时含气量也成倍增加；,用机械搅拌时，混凝土含气量随着搅拌时间适当

29、延长而增大，当达到一定时间后，含气量不再增加，继续延长搅拌时间，含气量反而降低。,拌合物温度升高，混凝土含气量降低： 温度每升10 ，引气混凝土的含气量要下降20%40%左右； 混凝土的运输时间越长，含气量损失越大； 混凝土施工时的振捣方式对混凝土含气量影响也很大： 振捣时间越长，混凝土含气量损失越大； 高频振捣，混凝土的含气量损失大。,泵送混凝土时，在泵压作用下，含气量会降低； 引气剂种类不同，含气量损失率会不一样。,混凝土拌合物坍落度对含气量的影响。,坍落度越大，含气量就越高。当坍落度较高时(约17cm以上)，由于拌合物流动性大，在运输和浇注过程中，气泡易溢出，故混凝土含气量反而降低。,混

30、凝土拌和物性能,二、混凝土的气孔分布特征及其影响因素,气泡分布特征（或混凝土孔结构）：混凝土中含气量、气孔尺寸大小及级配、气孔形貌及分布均匀性等。,在含气量相同的情况下，气孔间距L越大，混凝土冻融循环一次的膨胀率就越大，混凝土抗冻性降低。一般情况下，气孔间距L控制在200m以下时，混凝土抗冻性好；尺寸为032m之间的气孔含量越多，混凝土抗冻性越好。,4、引气剂的效果,1）显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。 大量均匀分布的封闭气泡有较大的l弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性得到提高。大量微小气泡占据于混凝土的孔隙，切断毛细管通道，使抗渗性得到改善。 2）降

31、低强度。 由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。（一般含气量每增加1时，其抗压强度将降低45，抗折强度降低23。）,强度的降低还受到骨料最大粒径的影响，最大粒径越大，则强度降低率越小。 在一定条件下，引气反而可以提高混凝土的抗折强度。 牺牲少量强度来大幅度提高混凝土耐久性或使用寿命是值得的，损失的强度通过其它技术得到弥补。 另外，引气剂使混凝土成本增加很小，带来许多施工便利，那么混凝土结构的综合成本只会降低。,3 ）改善混凝土拌合物和易性 引气剂引进了大量微小且独立的气泡，这些气泡如滚珠一样，减少了颗粒间的摩擦阻力，使混凝土的和易性得改善。尤其在骨料粒形不好的碎

32、石或人工砂混凝土中。 同时，由于水分均匀分布在大量气泡的表面，使能自由移动的水量减少，混l凝土拌合物的保水性、粘聚性也随之提高。 4）. 泌水性引气剂使混凝土拌合物中的骨料与水泥浆的黏聚性加大，使它们的离散性减弱，使拌合物更好地处于均质状态，使拌合用的水分能更长时间地停留在水泥浆中而减少了泌水性。,4 ）、耐久性 引气剂使混凝土用水量减少，泌水率减低，混凝土内部的大毛细孔减少。 微小的气泡占据着混凝土的自由空间，切断了毛细管的通道，这些微小空间可以作为体积膨胀的“缓冲阀”，降低和延缓其它物理膨胀 ( 如盐晶体结晶压等 ) 和化学反应膨胀 ( 如碱骨料反应和硫酸盐反应等 ) 引起的混凝土破坏，使

33、混凝土的抗渗性得到改善。 抗化学物质侵蚀作用和对碳化的抵抗作用等也同时得到提高。 在相同条件下，使用引气剂的混凝土耐久性或使用寿命可提高 5 倍以上，因此给国家带来的经济效益是非常巨大的。,掺引气剂前,掺引气剂后,6、引气剂的应用,可用于：（大坝、堤防、桥梁、公路、严寒地区建筑）抗冻混凝土抗渗混凝土贫混凝土轻混凝土等 不宜用于：蒸养混凝土预应力混凝土。,硬化混凝土表观密度,7、引气剂对硬化混凝土性能的影响,随着混凝土含气量的增大，混凝土的表观密度减小。 通常，含气混凝土的表观密度与非含气混凝土的表观密度之比等于1减含气混凝土中的含气量。,对混凝土强度的影响,掺引气剂或引气减水剂后对混凝土的强度

34、的影响是两种作用的综合结果。 一般，在水泥用量和坍落度不变的情况下，每增加含气量1%，28天抗压强度降低2%-3%； 若保持水灰比不变，则每增加含气量1%，28天抗压强度降低5%-6%。 掺加引气减水剂，由于减水率较大，混凝土的强度可以不降低或略有提高。,掺加引气剂或引气减水剂的混凝土，其弹性模量比不掺者普遍降低，且降低的幅度大于强度的变化幅度。 原因：由于水泥浆体中大量微小气泡的存在，使浆体的弹性模量降低了。,对弹性模量的影响,弹性模量：是描述物质弹性的一个物理量，一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（应力）后，弹性体会发生形状的改变（应变）。 “弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。,掺加引

35、气剂或引气减水剂后，引气作用会使干缩增大，而减水作用又会使干缩减小，所以其最终结果实际上是两种作用的综合作用。,对干缩的影响,一般掺加引气剂后，砼的干缩会增加，但增加不多。而掺加引气减水剂的混凝土，由于减水率较大，其干缩与不掺者基本相当。,由于掺加引气剂或引气减水剂，使得混凝土用水量减小，泌水沉降率降低，也即硬化浆体中大毛细孔减少，集料浆体界面结构改善，泌水通道、沉降裂纹减少， 另外，引入的气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细管的连通性，这些作用都将会提高混凝土的抗渗透性。,对抗渗性的影响,掺引气剂或引气减水剂后提高混凝土抗渗性的方法也已应用于工程实践，并取得较好的效果。,水利科学研究院等

36、单位的实验结果表明： 在相同W/C下，掺引气剂混凝土的抗渗性比不掺者有所提高； 在同坍落度、同水泥用量情况下，掺引气剂者的抗渗性比不掺者有显著提高。,含气量对混凝土抗渗性的影响,与基准混凝土相比，掺加引气剂或引气减水剂的混凝土，由于抗渗性提高和独立微气泡的存在，其抗化学侵蚀性有提高。 但有关单位的试验证明，掺引气剂或引气减水剂的作用仅表现在使混凝土受化学介质作用的破坏程度减轻，而不存在质的变化。 影响混凝土抗化学侵蚀性的最根本的因素是水泥品种、矿物组成和水灰比。,抗化学侵蚀性,如果在混凝土中掺加一定量引气剂或引气减水剂，则在拌合过程中，混凝土内部产生适量微小气泡，将大大改善混凝土的耐久性，尤其

37、是混凝土的抗冻融循环性能显著提高(几倍甚至几十倍)，这对延长混凝土结构的使用寿命十分重要。,抗冻融循环性能,米伦兹(Mielenz)和鲍威尔斯(Powers)等认为，要使混凝土的抗冻融性能良好，气泡间隔系数L值最好控制在100-200m以下。实验表明，混凝土的含气量与冻融性能密切相关。,1微米（um）=10-6米（m） =1000纳米（nm）,当混凝土含气量为3-6时，混凝土有良好的耐久性，而含气量超过%时，耐久性随含气量的增大呈下降趋势。,混凝土含气量太大，其耐久性不但不随含气量的增加而提高，反而有下降趋势，其原因之一，是由于其强度产生了大幅度下降，如图示。,使用不同种类的引气剂，即使在引气

38、量相同的情况下，由于引入的气泡的组织，即气泡大小和分布状态不同，其对混凝土抗冻融性的改善效果有差异。,掺加不同引气剂对混凝土抗冻融性的改善效果,（四） 缓凝剂,定义： 缓凝剂就是降低水泥或石膏的水化热，延迟水泥水化反应，从而延长凝结时间，使新拌混合物较长时间保持塑性，方便浇筑，提高施工效率，同时对施工后期各项性能不会造成不良影响的一种添加剂。,1.缓凝剂种类,缓凝剂的种类按其化学组成可分为无机缓凝剂和有机缓凝剂两大类。（1）无机缓凝剂 1）磷酸盐、偏磷酸盐类 缓凝作用较强，在相同掺量情况下，磷酸盐类缓凝剂中缓凝作用最强的是焦磷酸钠，最弱的是正磷酸。 注意：若水泥中磷酸盐含量高，掺加磷酸二氢钠或

39、磷 酸钠作为缓凝剂时，可能会出现瞬凝现象。,2）硼砂：白色粉末状结晶物质。吸湿性强，易溶于水和甘油，其水溶液呈弱碱性。在干燥空气中易缓慢风化。 常用掺量为水泥用量的0.1%0.2%。 3）氟硅酸钠：白色结晶物质，密度2.68g/cm3，微溶于水，不溶于乙醇，有腐蚀性。 一般掺量为水泥用量的0.1%0.2%。 4）其他：氯化锌、碳酸锌以及锌、铁、铜、镉的硫酸盐也具有一定的缓凝作用，但是，由于缓凝作用不稳定，因此不常使用。,（2）有机缓凝剂 有机缓凝剂按其官能团不同可分为： 1）羟基羧酸、氨基羧酸及其盐 缓凝效果较强，分子结构中含有羟基，羧酸基或氨基，常见的有柠檬酸、葡萄糖酸、水杨酸等及其盐。掺量

40、一般为水泥用量的 0.05-0.2之间。 2）多元醇及其衍生物 缓凝作用较稳定，特别是在使用温度变化时仍有较好的稳定性。其中一元醇缓凝作用较小但随烷基的增加，表面活性增强；丙三醇缓凝作用很强，甚至可以使水泥水化作用完全停止。 此类缓凝剂掺量一般为水泥用量的0.05-0.2之间。,3）糖类 葡萄糖、蔗糖及其衍生物和糖蜜及其衍生物，由于原料广泛、价格低廉，同时具有一定的缓凝作用，因此使用也较为广泛。其掺量一般为胶凝材料用量的0.1-0.3%。 4）纤维素类碳水化合物： 以甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐为代表的纤维素类碳水化合物也具有一定的缓凝作用，但它们主要用于改善混凝土的增粘保塑功能，一般掺量为0

41、.1%以下。 特点是在浓度较低的情况下使水的粘度大大增加。,2.缓凝剂的作用原理 缓凝剂的作用原理十分复杂，至今尚没有一个比较完满的分析理论。常有以下几种解释： 吸附理论认为缓凝剂被吸附在未水化水泥颗粒表面上，这是通过离子键、氢键或偶极间作用，由于屏蔽而防止水分子靠近，阻碍了水化反应。 沉淀理论认为是缓凝剂与水泥中某些组分生成了不溶性物质，它包围了水泥颗粒从而阻碍了水化反应进行。 又有的理论认为是Ca(OH)2晶核上吸附了缓凝剂，妨碍了它的进一步生成、长大，这须使溶相中达到一定过饱和以后，Ca(OH)2才能继续生长。由于Ca(0H)2 不能及时析出就妨碍了硅酸盐相的进一步水化。,总之，水泥水化

42、反应延缓，以及凝结的推迟，据信是由于缓凝剂吸附于水泥颗粒表面或水化产物表面所引起的。但目前还很难指出哪些化合物能有缓凝作用。 常用的缓凝剂中，糖蜜缓凝剂是制糖下脚料经石灰处理而成，也是表面活性剂，掺人混凝土拌合物中，能吸附在水泥颗粒表面，形成同种电荷的亲水膜，使水泥颗粒相互排斥，并阻碍水泥水化，从而起缓凝作用。 糖蜜的适宜掺量为0103，混凝土凝结时间可延长24h，掺量每增加01，可延长1h。掺量如大于1，会使混凝土长期酥松不硬，强度严重下降。,（1） 无机缓凝剂作用机理 绝大多数无机缓凝剂都是电解质盐类，可以在水溶液中电离出带电离子。无机电解质的加入会影响Ca(OH)2、C-S-H析出成核及

43、C-A-S-H的形成过程，进而延迟了水泥的凝结硬化。 以磷酸盐为例，掺入磷酸盐会使水泥水化诱导期延长，并使C3S水化速度减缓，原因在于磷酸盐电离出的磷酸根离子与水泥水化产物发生反应，在水泥颗粒表面生成致密难溶的磷酸盐薄层，抑制水分子渗入，阻碍了水泥正常水化作用，达到缓凝效果。（2） 有机缓凝剂作用机理 有机缓凝剂主要依靠形成络合物、水化薄膜、吸附层等来延缓水泥的水化。,以羟基羧酸、氨基羧酸及其盐为例： 羟基在水泥水化产物的碱性介质中与游离的Ca2+生成不稳定的络合物，在水化初期控制了液相中的Ca2+ 的浓度，产生缓凝作用； 其次，羟基、氨基、羧基均易与水分子通过氢键缔合，再加上水分子之间的氢键

44、缔合，使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，阻碍了水泥颗粒间的直接接触，产生缓凝作用。结论 (1)大多数无机缓凝剂是电解质盐类，在水溶液中电离出带电离子，产生置换和凝聚作用，在水泥的凝结硬化过程中产生难溶的膜层，阻止水泥的水化，产生缓凝效果。 (2)有机缓凝剂分类不同，缓凝机理不同。主要依靠形成络合物、水化薄膜、吸附层等来延缓水泥的水化。,混凝土缓凝剂应用现状,1 缓凝剂与高效减水剂的复配应用 通过缓凝剂与高分子减水剂的协同效应作用，缓凝剂还具有辅助塑化效应和凝结时间的辅助增强效应。 高效减水剂是当今混凝土向高性能方向发展的必然要求，但是仍然存在与水泥适应性不良等问题，可以通过复配缓凝剂等

45、方法来解决。 做到了保证混凝土性能良好的同时，延长混凝土凝结时间、减少坍落度损失，保证混凝土正常施工。,2 超缓凝剂的工程应用 超缓凝剂是一种能够在长时间内任意调节混凝土时间，但不影响后期强度的外加剂。 主要应用于长时间干燥、高温环境下施工的混凝土工程以及需要长时间塑性的工程。 常见的超缓凝剂分为两类：以羟基羧酸盐为主要成分的非引气型缓凝剂；以氟硅酸盐为主要成分的非减水型缓凝剂。 掺量由0.1%-1.0%不等。,3 商品混凝土 商品是指由水泥、集料、水以及外加剂和掺合料等按一定比例，经集中搅拌站经计量、拌制后出售，并采用运输车，运至使用施工现场的混凝土拌合物。 由搅拌站统一经营管理，而把各种各

46、样成品混凝土供应给施工单位以商品形式出售。 它实现了混凝土生产的专业化、商品化和社会化，具有加快施工进度、减少环境污染、提高工程质量和节约材料成本等优点。,商品混凝土的技术分析 1.保证大体积混凝土的施工质量 2. 便于采用泵送混凝土施工 3.节省工期 4.节约材料 5. 保证了混凝土的质量 6.减少了污染，文明施工商品混凝土与泵送混凝土 商品混凝土与泵送混凝土的实现有赖于缓凝剂和缓凝减水剂的应用，目的在于有效地控制混凝土坍落度损失以及混凝土的凝结时间，保证混凝土具有优良的施工性能和均匀稳定的质量。,4 夏季高温混凝土夏季高温施工混凝土 夏季高温施工混凝土，尤其是泵送混凝土施工更容易受到水分蒸

47、发、坍落度损失过快、施工困难的影响造成泵送困难，甚至堵泵。 使用缓凝剂和缓凝减水剂是解决混凝土坍落度损失过快的一种有效的方法。 在日平均气温超过25或最高气温在30以上环境施工，水分容易蒸发，容易造成施工困难，混凝土产生裂缝、不均匀等缺陷。 混凝土温度每升高10，混凝土用水量增加3%5%，含气量减少20%30%，强度下降2Mpa.,5 大体积混凝土 我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。 日本规定：结构断面积尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25的混凝土，称为大体积混凝土。 美国规定：任

48、何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。,大体积混凝土的特点： 1. 混凝土结构物体积较大，在一个块体中需要浇注大量的混凝土。 2. 大体积混凝土常处于潮湿或与水接触的环境条件下。因此要求除一定的强度外，还必须具有良好的耐久性和抗渗性，有的要求具有抗冲击或震动作用。 3. 大体积混凝土由于水泥水化热不容易很快散失，使内部温升较高，在与外部环境温差较大时容易产生温度裂缝。对混凝土进行温度控制是大体积混凝土最突出的特点。 通过缓凝剂和缓凝减水剂延长水化时间，避免水化热的集中释放，降低温度峰值，同时辅以外部保温措施，可以降低温差应力引起的开裂和结构破坏。,缓凝剂及缓凝减水剂对

49、混凝土的影响 对新拌混凝土的影响1. 延缓混凝土初终凝时间2. 降低水化放热速率3. 降低塌落度损失,对硬化混凝土性能的影响 1. 对强度的影响 早期强度（1d、2d）会降低，7d以后会赶上来，28d后较不加的强度有提高，90d仍是提高趋势。 抗弯强度趋势相似。 2. 收缩 收缩略有增加，随掺量的增加而增加。 3. 耐久性 基本上无变化。,（五） 防冻剂,定义指在规定温度下，能显著降低混凝土的冰点，使混凝土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。常用的防冻剂有： 氯盐类（氯化钙、氯化钠）； 氯盐阻锈类（以氯盐与亚硝酸钠阻锈剂复合而成）； 无氯盐类（以

50、硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素复合而成）。,寒冷地区、温和地区划分参考表 （ ）,1.有关冬季施工起止时间的规定 混凝土结构工程的施工应采取冬期施工措施，可以取第一个出现连续 5 天稳定低于 5 的初日作为冬期施工的起始日期。 当气温回升时，取第一个连续 5 天稳定高于 5 的末日作为冬期施工的终止日期。初日和末日之间的日期即为混凝土冬期施工期。,混凝土冬季施工,2. 温度对混凝土性能的影响 环境温度低，水泥的水化反应慢，影响混凝土强度的增长。 试验得出：温度每降低 1 ，水泥的水化作用降低约 5 7 ，在 1 0 范围内水泥的水化活性剧烈地降低，水化作用缓慢。 一般当温度低于 0 的