混凝土外加剂在商品混凝土中
应用与发展趋势
院系名称 姓 名 学 号 专 业 指导教师
建筑与测绘工程系
200902030458
土木工程
2013年04月05日
摘要
外加剂以较少的掺量提高混凝土的强度，耐久性，适用性等作用，达到减少建筑耗能的目的，外加剂的研究与应用是现在混凝土应用中不可缺少的环节。针对外加剂种类繁多，适用性各异和外加剂存在的问题及发展方向进行了论述。
关键词：外加剂；适用性；存在问题；发展和应用
Abstract
The dosage of admixture with less increase of concrete strength, durability, suitability, and so on, to achieve the purpose of reducing building energy consumption, the research and application of admixture is now the
indispensable part in the concrete application. Applicability and different admixtures for there are many different kinds of admixture and the existing problems and development direction are discussed.
Key words: admixture; Applicability; There is a problem; Development and application
目录
1．引言............................................................. 1 1.1研究背景及意义 ................................................ 1 2．混凝土外加剂的种类及其应用....................................... 2 2.1混凝土外加剂的分类 ............................................ 2 2.1.1 ?改善混凝土拌合物流变性能的外加剂......................... 2 2.1.2 ?调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂..................... 2 2.1.3 ?改善混凝土耐久性的外加剂................................. 2 2.1.4 ?改善混凝土其它性能的外加剂............................... 2 2.2混凝土外加剂的名称及定义 ........................................ 2 2.2.2 ?早强剂.................................................... 2 2.2.3 ?缓凝剂.................................................... 2 2.2.4 ?引气剂.................................................... 2 2.2.5 ?高效减水剂................................................ 2 2.2.6 ?早强减水剂................................................ 3 2.2.7 ?缓凝减水剂................................................ 3 2.2.8 ?引气减水剂................................................ 3 2.2.9 ?防止剂.................................................... 3 2.2.10 ?阻锈剂................................................... 3 2.2.11 ?加气剂................................................... 3 2.2.12 ?膨胀剂................................................... 3 2.2.13 ?防冻剂................................................... 3 2.2.14 ?着色剂................................................... 3 2.2.15 速冻剂..................................................... 3
2.2.16 ?泵送剂................................................... 3 3．影响混凝土中外加剂与水泥的适应性的主要因素及其他................. 3 3.1外加剂与水泥产生不相适应问题的主要因素 ........................ 3 3.1. 1 外加剂自身的因素 ........................................ 4 3.1. 2 水泥的矿物组成对外加剂的影响 ............................ 4 3.1. 3 水泥熟料中添加调凝石膏品种的影响 ........................ 5 3.1. 4 水泥细度和颗粒级配的影响 ................................ 5 3.1. 5 水泥的碱含量 ............................................ 5 3.1. 6 新进水泥的影响 .......................................... 5 3.1. 7 粉煤灰与外加剂适用性 ..................................... 5 3.1. 8 气温、风力对外加剂的影响 ................................ 6 3.1. 9 骨料的影响 .............................................. 6 3.2 解决外加剂与水泥的不相适应问题的对策 .......................... 6 3.3水泥、外加剂、粉煤灰的选择 .................................... 7 4. 提高水泥与混凝土外加剂适应性的措施............................... 7 4.1选定熟料合理率值,优化配料配方案 ............................... 7 4.2稳定混合材品种及掺量 .......................................... 7 4.3降低并稳定水泥中的碱含量 ...................................... 7 4.4稳定石膏种类及掺量 ............................................ 7 4.5稳定水泥细度 .................................................. 8 4.6试验室试配实 .................................................. 8 5．我国混凝土外加剂的未来与发展前景................................. 8 6．结语............................................................. 9 主要参考文献........................................................ 9 致 谢.............................................................. 9
1．引言
1.1研究背景及意义
混凝土高性能工作的特点决定了它的应用范围，随着混凝土朝着高科技领域的发展，施工工艺也随之得到了良好的改善，混凝土最为重要的特性便是它可以经受巨大的压力但不产生变形，但是如果混凝土达到了极限的强度以后，便会破碎开裂。混凝土性质的关键因素在于水泥浆体的性质，水泥浆与骨料之间的粘结强度决定着混凝土的强度，而水泥浆体是由水泥与水搅拌混合而形成，水泥与水的用量我们称作水灰比，在水灰比较大时混凝土的流动性好，但水灰比跟混凝土的强度呈反比，水灰比越大混凝土强度反而越低。而混凝土外加剂在这种环境下便出现了，它是解决这一矛盾的工具之一。
在我国经济快速增长的背景下，各类建筑工程也得到了良好的发展，在获得机遇的同时，技术也在随之革新，混凝土外加剂的出现将把工程施工推入一个高速发展的阶段，在不久的明天，混凝土外加剂的发展方向基本会朝着复合型外加剂及高性能外加剂的模式展开，充分起到高效、节能、环保与可持续性。
2．混凝土外加剂的种类及其应用
2.1混凝土外加剂的分类
混凝土外加剂按其主要功能分为四类：
2.1.1 ?改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。
2.1.2 ?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。
2.1.3 ?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。 2.1.4 ?改善混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。
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2.2混凝土外加剂的名称及定义
2.2.1 ?普通减水剂 在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。
2.2.2 ?早强剂 加速混凝土早期强度发展的外加剂。 2.2.3 ?缓凝剂 延长混凝土凝结时间的外加剂。
2.2.4 ?引气剂 在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。
2.2.5 ?高效减水剂 在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。
2.2.6 ?早强减水剂 兼有早强和减水功能的外加剂。 2.2.7 ?缓凝减水剂 兼有缓凝和减水功能的外加剂。 2.2.8 ?引气减水剂 兼有引气和减水功能的外加剂。
2.2.9 ?防止剂 能降低混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。 2.2.10 ?阻锈剂 能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属锈蚀的外加剂。
2.2.11 ?加气剂 混凝土制备过程中因发生化学反应，放出气体，而使混凝土中形成大量气孔的外加剂。
2.2.12 ?膨胀剂 能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。 2.2.13 ?防冻剂 能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻，强度的外加剂。
2.2.14 ?着色剂 能制备具有稳定色彩混凝土的外加剂。
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2.2.15 ?速凝剂 能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。 2.2.16 ?泵送剂 能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂
3．影响混凝土中外加剂与水泥的适应性的主要因素及其他
3.1外加剂与水泥产生不相适应问题的主要因素
混凝土的性能不仅取决于组成材料的性能,更取决于材料之间的适应性及混凝土配合比。外加剂(减水剂) 与水泥的不相适应问题即外加剂对水泥工作性能改善不明显、混凝土坍落度损失过大或混凝土过于快凝,甚至造成混凝土结构构件更易出现的裂缝。
外加剂作为混凝土的第5 组分,所占比重很小,但是对混凝土的性能却是影响很大,能够明显提高混凝土的坍落度、调节凝结时间,从而改善混凝土施工性能或节约成本。水泥的水化反应需要不到水泥质量25 %的水,但水泥遇到水会形成絮凝结构将水包裹在里面,为了使水泥水化更完全和提高混凝土施工性能需要加入更多的水,外加剂的加入能够在水泥颗粒表面定向吸附,使水泥颗粒表面带有同性电荷,因斥力作用而分离开来,从而释放出水泥絮凝结构包裹的水份,使更多的水参与水化反应、提高流动性[1 ] 。水泥颗粒对外加剂吸附性的大小及外加剂作用的损耗大小,反应了外加剂与水泥的适应性好坏。
外加剂与水泥的不相适应性问题是让所有商品混凝土厂家的担心和头痛的问题,而出现问题后,最终总归罪与外加剂,外加剂与水泥的不相适应性有外加剂本身的质量、化学成分的因素,主因却常是水泥及掺合料等的因素有关,无论是普通减水剂、奈系高效减水剂还是第3 代聚羧酸系高效减水剂都会出现与水泥的不相适应性的情况,影响外加剂与水泥的适应性的因素很多,主要有:
3.1. 1 外加剂自身的因素
外加剂(减水剂) 的品种不同、结构官能团的不同、聚合度不同、复配组分不同等等因素的影响均会影响与水泥的适应性。不同厂家生产工艺、技术水平、质量管理水平不一样,产品必然有差异[1 ] 。
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3.1. 2 水泥的矿物组成对外加剂的影响
水泥的矿物组成对外加剂的影响很大,水泥的矿物组成主要有铝酸三钙(C3A) 、铁铝酸四钙(C4AF) 、硅酸三钙(C3S) 、硅酸二钙(C2S) 等,不同矿物组成主要是由生产水泥的原材料和生产工艺决定的,水泥的矿物组成中对外加剂影响因素大小依次为C3A > C4AF > C3S > C2S。C3A 水化反应快,早期强度提高快,需水量大,C3A 含量过高(质量分数大于8 %) ,C3A 吸附外加剂量大,外加剂作用损失大。水泥厂家为了达到质量指标,往往提高C3A 含量节约成本[2 ] 。
3.1. 3 水泥熟料中添加调凝石膏品种的影响
水泥的生产最后需要加入石膏调节凝结时间,水泥厂家使用的调凝石膏对外加剂影响因素大小依次为硬石膏(工业无水石膏) > 半水石膏> 二水石膏,水泥厂家为了节约成本往往使用工业无水石膏,这样不影响水泥达到质量指标要求,对普通不掺加外加剂的混凝土没有不良反应,但对现代掺加外加剂的混凝土,用硬石膏的水泥需水量大,吸附外加剂量大,外加剂损失量大。硬石膏对木钙类影响更加显著,甚至会出现急凝(假凝) 现象[3 ] 。
3.1. 4 水泥细度和颗粒级配的影响
水泥厂家常常为了达到水泥新标准要求,提高市场竞争力,加强研磨,提高水泥的细度从而提高强度。水泥过细,需水量大,同样会吸附外加剂量更大,外加剂损失量大;同时过细的水泥在研磨时温度更高,也会使更多的水合石膏分解成无水石膏,无水石膏含量提高,与外加剂的适应性也会变差。水泥的颗粒级配不好,水泥净浆泌水率大的水泥与外加剂适应性较差[ 3 ] 。 3.1. 5 水泥的碱含量
碱含量过高(碱含量> 0. 8 %) 的水泥或碱含量过低(碱含量< 0. 5 %) 的水泥,也容易与外加剂产生不适应。[ 2 ] 水泥中碱主要来源于所用原材料,特别是石灰和粘土。含碱量过高或过低的水泥,在某些品种外加剂加入时,会引起水泥中石膏溶解度变化,使水泥矿物成分C3A 水化速率加快,需水量增大,工作度损失也变快。这时加入可溶性Na2 SO4 ,能够提高其与外加剂的适应性。粉煤灰、矿粉的掺入能够与水泥的水化产物Ca (OH) 2 发生二次反应,降低混凝土的碱度,使外加剂与水泥的适应性有所改善。
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3.1. 6 新进水泥的影响
新出厂的水泥与外加剂的适应性不如陈置的水泥。同样的外加剂能使陈置的水泥出现更高的流动度,因为刚生产出厂的水泥比较干燥,温度高,与水化合反应更快,经14d 以上的吸湿降温后,自由能降低,与外加剂的适应性提高,会出现明显的差异[5 ] 。 3.1. 7 粉煤灰与外加剂的适应性
粉煤灰过细,也会要多一些的外加剂分散粉煤灰颗粒;粉煤灰烧失量越大(即含碳量越大) ,需水量越大,对外加剂影响越大,碳粒粗大多孔,容易吸水,吸附外加剂的能力强,使外加剂的掺量增加,特别是对引气剂影响大[4 ] 。
3.1.8 气温、风力对外加剂的影响
气温越高,风越大,砼坍落度损失越大。气温高,水泥水化反应快,外加剂的消耗加快,风越大,混凝土水份蒸发越快,加快了水泥颗粒之间的物理凝聚,混凝土坍落度损失越大。夏季气温太高时,可以采取对骨料浇水降温的办法,减小坍落度损失。 3.1. 9 骨料的影响
骨料的含泥量、泥块含量大,大量的粘土细粒会吸收更多的水份,消耗更多外加剂,使新拌混凝土和易性变差,容易离析,坍落度损失大,还影响混凝土强度;混凝土配合比不当,砂率不合理,也会增加坍落度的损失。砂率偏小,混凝土也容易离析、爬底,混凝土坍落度损失大;砂率偏大,过多的砂需要更多的水份润湿,使混凝土坍落度变小,也影响混凝土强度;骨料的级配不良,特别的缺少中间粒级的骨料,也容易造成混凝土离析、爬底,混凝土坍落度损失大,影响混凝土质量
3.2 解决外加剂与水泥的不相适应问题的对策
解决外加剂与水泥的不相适应问题,重在预防,注重材料的选择和进场材料的检测。外加剂与水泥的适应性是个错踪复杂的问题,出现外加剂与水
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泥的不相适应问题,混凝土厂家及时对策:根据情况,以实验为基础,分析查找原因,调整混凝土配合比,提高出厂坍落度,减少坍落度损失。常要调整粉煤灰用量,提高外加剂用量,提高外加剂在混凝土中的液相残留,保持水灰比不变,提高水泥用量,这无疑提高了单方造价。或可采用二次添加法,即将出厂坍落度控制在80～100 ,到工地使用前用外加剂溶液强搅约2min 调整到140 ,这样更加经济有效。混凝土厂家水泥常因库存量大,需要外加剂去适应水泥,即要外加剂厂家调整配方,根据混凝土厂家使用的水泥调整外加剂中减水剂、缓凝剂的品种和掺量,或增加保塑剂、气泡稳定的引气剂等。混凝土配合比的确定,还需要考虑到混凝土的凝结时间,外加剂中有缓凝成份,较高的气温突然骤降,混凝土中外加剂用的过多,没有及时调整配方,造成混凝土长时间不凝结,严重影响混凝土强度,夏季施工也应避开高温风大的中午时段,对原材料进行降温处理。混凝土施工配合比中砂率的确定,还要根据砂细度的大小,粗骨料的孔隙率调整大小。 3.3水泥、外加剂、粉煤灰的选择
水泥的选择:从外加剂与水泥产生不相适应问题的因素中,可以发现需水量大的水泥,更容易出现与外加剂不相适应问题。所以应选择使用需水量小,强度又较高的水泥。对于配制高性能混凝土,选择这样流变性好,反应性能低的水泥更加重要。实验选择方法:以不同的厂家的外加剂检测该种水泥的净浆流动度或砂浆流动度,对多种外加剂均出现了最大的流动度和最小的流动度损失的水泥,与外加剂适应性好,应选择使用。
外加剂的选择:应用已知与外加剂适应性较好的水泥实验,选择其能使该水泥砂浆流动度较大的外加剂,并应试验掺加该外加剂的混凝土工作性能。外加剂的选择应注意选择大的厂家,因为大的厂家自动化程度高,技术水平高,产品质量稳定、品种多,处理问题能力强。而小的厂家,人工操作,产品不稳定,甚至有的厂家只是进半成品复配,进的原料质量都难以保证,供给的外加剂质量也是难以有稳定的质量。
粉煤灰的选择:粉煤灰的影响主要有含碳量的影响,含碳量大的粉煤灰需水量大,另外,粉煤灰越细,球型玻璃体含量越高,越能改善混凝土的性能,使需水量越小,粉煤灰的使用需要粉煤灰有减水效果。粉煤灰细度的选择, 比表面积在450 m2 / d ～550 m2 / d 、0. 045 mm 筛余在12 %～5 %的粉煤灰与水泥颗粒能形成良好的级配组合,更好发挥微集料的填充效应,对混凝土耐久性有利于粉煤灰的使用选择烧失量< 5 %、需水量< 100 %的Ⅰ、Ⅱ粉煤灰较好。
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虽然材料厂家供给水泥、粉煤灰都能达到合格的标准,但混凝土厂家应对水泥、粉煤灰提出具体的质量指标,并要求质量稳定。水泥厂家改变原材料来源、改变工艺,均会造成水泥品质的很大改变,所以应要求水泥厂家出现这些情况应事先通知,如果生产出的水泥不能达到使用要求,则应要求水泥厂家恢复原有品质,或重新选择水泥。
混凝土外加剂与水泥的适应性问题,是个错综复杂的问题,但也是一个必须了解和基本掌握的问题。预防和处理混凝土出现外加剂与水泥的适应性问题,首先要从混凝土原材料入手。原材料的选择不当,均会给施工带来问题,增加费用,甚至造成工程事故,所以混凝土厂家应该以实验为基础慎重科学地选择使用材料。
4. 提高水泥与混凝土外加剂适应性的措施
4.1选定熟料合理率值,优化配料配方案
熟料率值设计是由生产工艺和生料的易烧性等因素决定的,熟料率值设计是否合理,直接关系到熟料煅烧质量,因而也决定了熟料的矿物组成。 由于各生产企业的生产工艺不尽相同,甚至同一水泥厂的熟料生产工艺也差异较大,应采取有效措施,确保质量稳定。如工源水泥集团下属的本溪水泥厂,既由带余热锅炉的回转窑,又有四级预热窑外分解窑,由于配料方案完全不同,所以,熟料的矿物组成差异很大。该厂为了消除由于熟料矿物组成的不同而导致的水泥组分的差异,采取了将熟料搭配均化后上磨的技术手段,保证了水泥质量的稳定,为混凝土的制备及外加剂掺量的确定创造了条件。 4.2稳定混合材品种及掺量
水泥颗粒属连续级配颗粒紧密堆积体,加入两种或两种以上适宜混合材可加强填充效应。混合材无论是单掺还是复掺,混合材本身的质量要稳定,掺入量要均匀,这样,不仅水泥的强度指标稳定,而且为混凝土制备程中外加剂的掺加创造了条件。特别指出,用作混合材的粉煤灰,最好选用一级灰。 4.3降低并稳定水泥中的碱含量
严格控制原燃材料中的碱,保证水泥中碱含量的稳定。
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4.4稳定石膏种类及掺量
为了降低生产成本,水泥生产企业在石膏的选用上有很大的弹性,二水石膏、半水石膏、无水石膏均有可能不定期使用,同时,为了享受使用工业废渣的国家优惠政策,许多企业都在试验使用工业废渣如磷石膏等工业副产品。因此,生产企业应积极采取措施不仅保证水泥中SO3含量的稳定,同时要保证不同种类石膏掺入量的均衡。 4.5稳定水泥细度
水泥生产企业不论是用筛余还是用比表面积来控制水泥细度,都应稳定水泥磨的生产工艺,不仅要保证水泥细度在一个经济合理的范围内,同时还要保证其有一个合理的颗粒级配。 4.6试验室试配实
试配试验时,试验条件要与工地一致。由于外加剂厂提供的产品本身可能就是复配的结果,因此,再将各种外加剂复配,某种成分就可能超标。另外某些成分是不能混合到一起的,有可能发生化学反应,不仅削弱了它原有的作用,甚至可能出现可怕的后果。
5．我国混凝土外加剂的未来与发展前景
我国国土辽阔，人口众多，是世界上最大的发展中国家，而固定资产的投资，未来将继续保持较高的增长幅度，混凝土外加剂的身影会出现在更多的工程当中，比如新式住宅建筑、新农村的建设、高速公路公路网、客运线路、各项基础设施建设等，混凝土的使用会随着建设量而增长，此时此刻对混凝土外加剂的需求将更为旺盛，在这种背景下混凝土外加剂正面临着极为可靠的发展机遇。
国际市场的开拓 我国生产高效减水剂的企业实物质量，已经达到了国际同类产品的平均水准，而混凝土外加剂、水泥助磨剂、速凝剂、减水剂、聚羧酸减水剂等，这些产品的价格又比其他国家所生产的产品便宜，具有价格优势，而且质量符合标准，这样一来我国混凝土外加剂就有了一定的国际竞争力，在未来几年当中，我国企业面向东南亚地区、东北亚日本、韩国以及非洲等地辐射销售的势头越来越强，总体来说，国际市场的开拓还存在着
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许多空间。
目前，水泥助磨剂、速凝剂、减水剂、聚羧酸减水剂等新的高性能减水剂，它们具有良好的发展空间与提升潜力，可以预见到，在今后的一段时间内，国家基础建设工程将不断带动合成高效减水剂等一些新型外加剂的产量，对外加剂的需求越来越高。
6．结语
混凝土外加剂的开发与应用具有长远意义，大力开展和推广应用混凝土外加剂是促进建筑业科学进步的重要途径。随着科研技术能力的提高，混凝土外加剂品种的也将不断开发增加，质量逐步提高，应用范围和使用量将逐步增加，外加剂在建筑业中会发挥更大的作用和良好的效益。
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主要参考文献
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[10] 陈文静．浅谈混凝土外加剂的应用现状及发展前景2007，3．
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致 谢
本设计的完成是在我们的导师祁术洪老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了孙老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！
还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。
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致 谢
本设计的完成是在我们的导师祁术洪老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了孙老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！
还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。
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