专题2____混凝土外加剂复配技术

混凝土外加剂复配技术李崇智Tel:13311109726；[e-mail]@tsinghua.org.cn北京建筑工程学院土木与交通学院，100044SchoolofCivilandTrafficEngineering,BeijingInstituteofCivilEngineeringandArchitecture.1000442007.4.18专题2混凝土外加剂技术减水剂产品与适应性问题高性能减水剂坍落度不够重点工程或重点部位高性能混凝土应用面窄应用面广大流动性混凝土高强混凝土保塑性好混凝土原材料品质低标号混凝土掺量低泌水离析过快释放坍落度损失快减水率高内容2.1混凝土高性能化技术2.2常用外加剂复配方法及主要材料2.3混凝土矿物外加剂的作用2.4不同环境中外加剂的使用问题2.1混凝土高性能化技术（1）高性能混凝土概念高性能混凝土（简称ＨＰＣ）由美国国家标准与技术研究院（ＮＩＳＴ）与美国混凝土学会（ＡＣＩ）１９９０年提出。高性能混凝土是匀质混凝土，采用优质的材料配制，具有不离析便于浇捣、力学性能稳定、早期强度高、韧性和体积稳定性好、耐久性好特点，特别适用于高层建筑，桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。混凝土高性能化技术关键技术路线掺用矿物掺和料，降低水泥用量使用高效减水剂和其它必要的化学外加剂，降低水胶比和单位体积用水量优选骨料（2）普通混凝土高性能化（1）高性能混凝土应用于大型国家重点工程、水利水电工程、港口建设工程、道桥涵洞、石化工程、市政建设工程、机场工程。（2）我国是水泥混凝土生产和应用大国，也是生态资源消耗大国（3）我国高性能混凝土在施工性能与工程应用等方面已经暴露出问题（4）中国特色：不同的工程有不同的HPC广义的高性能混凝土：按中国工程建设标准化协会标准，“高性能混凝土应用技术规程”（CECS207：2006）对高性能混凝土的定义：采用常规材料和生产工艺，具有混凝土结构所要求的各项力学性能，且具有高工作性、高耐久性和高体积稳定性的混凝土。“三高”混凝土满足工程实际：耐久性、施工性、适用性、强度和经济性要求的。普通强度混凝土（NSC）+矿物质超细粉+化学外加剂混凝土高性能化高强度混凝土(HSC)+矿物超细粉+高效减水剂混凝土高性能化的技术途径（3）技术关键控制混凝土的用水量和水分运动2.3常用外加剂1.减水剂母料2.复配外加剂3.高性能减水剂2.复合外加剂外加剂高效能、多功能化多组分叠加效应常用外加剂通常是复合外加剂二元或多元复合发挥作用问题产品性能改进应用技术研究产品的系列化3.高性能减水剂高性能减水剂：低掺量、高减水率、能控制混凝土塌落度、对混凝土强度无副作用三层内涵：高减水分作用散；适应性好，高流动性保持；混凝土正常的强度发展4.常用外加剂复配方法及主要原材料(1)复配方法:“等效用量原则”（相同作用组分）“兼容原则”（叠加、均匀稳定）（2）主要组分：减水剂母料引气剂、消泡剂早强剂、缓凝剂防冻剂膨胀剂阻锈剂（3）混凝土泵送剂的配制实例混凝土拌和物顺利通过输送管道、不堵塞、不离析、粘聚性良好。远距离输送的泵送混凝土，必须抑制流动性损失。泵送剂的主要组分⑴高效减水剂：固体的掺量一般为水泥掺量的0.５－１.０％。⑵缓凝成分：调节凝结时间，减少坍落度损失。常用三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠，根据气温和水泥成分的变化来调节。⑶引气剂：少量优质的引气剂能在混凝土中形成小的圆形封闭气孔，提高流动性，减少离析和泌水，改善耐久性。混凝土泵送剂的配制原则配制外加剂时，要充分考虑各种原材料之间的适应性、不同成分之间的交互作用。减水组分：氨基磺酸系、脂肪族系、萘系减水剂和葡萄糖酸钠等二者共同使用，减水率显著提高。缓凝组分：葡萄糖酸钠、聚磷酸盐等叠加缓凝效果。引气组分：不同引气剂的引气效果叠加或受很多因素影响，如水泥细度、石子粒径、砂含泥量、温度、配合比等。掺加粉煤灰时、细料多、石子粒径小、坍落度大、温度低等，混凝土含气量会高。总之，外加剂的调整应根据实际情况进行，以试验结果为依据，不能想当然。混凝土泵送剂配方基本要求：掺量1.5~2.5％，减水率25％，含固量40％，60min混凝土坍落度损失10~20mm，混凝土凝结时间12~14hr。1吨配方实例：减水组分：氨基磺酸系32%100kg＋萘系减水剂92%350kg缓凝组分：葡萄糖酸钠15kg＋六偏磷酸钠15kg引气组分：松香酸钠引气剂2kg水：550kg（4）混凝土防冻剂的配制实例防冻剂使混凝土在负温下正常水化硬化，并在规定时间内硬化到一定程度而不会产生冻害。防冻剂组分：①防冻组分：降低冰点，孔隙水结成微晶态冰。②减水组分：减小水灰比或混凝土的拌合用水。③早强组分：促进水泥低温水化。④引气组分：均匀分布的微小封闭气泡，缓解充水孔隙的局部冻胀应力。⑤其他：提高均匀性。现代混凝土防冻剂的配制原理无氯、低碱、低掺量，以液体产品为主；高工作性、坍落度损失小，早强和高耐久性；大幅度减少用水量，减少游离水含量，提高液相中离子浓度；提高混凝土密实度，改善孔结构，减少孔含量，减小孔直径；降低液相冰点，促进低温水化，尽快达到临界强度；改善冰晶形貌，降低冻胀应力；防冻与抗冻结合，提高混凝土耐久性。混凝土防冻剂配方基本要求：掺量3.0~4.0％，减水率25％，含固量35％，60min混凝土坍落度损失10~20mm，混凝土凝结时间15~18hr，新拌混凝土－10℃防冻。1吨配方实例：减水组分：萘系减水剂92%250kg缓凝组分：葡萄糖酸钠15kg防冻组分：亚硝酸钠50kg早强组分：硫代硫酸钠50kg引气组分：松香酸钠引气剂3.5kg水：550kg防冻剂冬季施工特点⑴、混凝土凝结时间长，0—4℃混凝土凝结时间比15℃延长3倍；温度到0下3～5℃时，混凝土开始冻结，冻结后水化基本停止，在-10℃时，水泥水化完全停止，混凝土强度不再增长。⑵、混凝土中的水分冻结时体积膨胀9%左右，使硬化混凝土结构遭破坏，即发生冻害。未掺防冻剂混凝土特点：⑴、未掺防冻剂混凝土受冻后，抗压强度损失40%—60%。⑵、未掺防冻剂混凝土受冻后，抗渗等级降为0；粘结强度降为1MPa。负温对硬化混凝土强度影响⑴、刚硬化的混凝土（终凝，但未达到一定硬化程度）发生冻结称早期受冻，使混凝土各项性能永久性降低。当达到一定的临界强度，水饱和度降低到一定程度，再受冻就不会产生冻害。⑵、已充分硬化的混凝土，一次性受冻不会使强度及其他性能受损，但反复冻融的积累作用会使混凝土受损。掺防冻剂混凝土的养护⑴、在负温下养护，不得浇水，外露表面必须覆盖。⑵、气温不低于-15℃时，混凝土受冻强度不得低于4MPa。⑶、拆模后混凝土表面温度与环境温度之差大于15℃时，应采取保温材料覆盖养护。复合组分材料减水剂：减水母料消泡剂：有机硅类、嵌段聚醚引气剂：OP乳化剂、表面活性剂、三萜皂甙类缓凝：葡萄糖酸钠、HEDP、PBTC、ATMP早强、防冻：三乙醇胺、硝酸盐、乙二醇、亚硝酸盐一些复配减水剂产品会呈现浑浊、变色、分散不良的现象，防止变质（化学反应）与分层。2.3混凝土矿物外加剂的作用改善混凝土的粘聚性和均匀性，提高混凝土工作性具有反应活性，增强密实，提高混凝土耐久性和强度矿物超细粉的来源不同，则影响作用有较大差别，对减水剂的要求很高。矿物细粉的磨细活化机理矿渣、钢渣、粉煤灰、沸石粉、偏高岭土等材料，含有部分无定型的SiO2、Al2O3等活性成分。磨细活化：在机械粉碎过程中吸收外界能量，由于反复破碎，不断形成新的表面，颗粒变细小而具有极大的比表面积和很高的表面能。表面层离子的极化变形和重排使表面晶格畸变加剧，有序性降低。随着粒子的微细化，比表面积增大，表面结构的有序程度受到愈来愈强烈地扰乱不断向颗粒深部扩展，使粉体表面结构更趋于无定型化，表面能增加，稳定性降低，水化反应活性提高。使用情况：广泛应用的有粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉，如国产各种复合矿物超细粉；挪威的埃肯硅灰，东南亚进口矿物超细粉，国外进口国内原料，也有产品返销国内建筑市场。日本代理美国的硅藻土、偏高岭土类增稠剂产品混凝土防腐增强矿物材料混凝土现代科学技术混凝土是一种复合材料，水泥基复合材料，包括水泥、矿物外加剂、混凝土外加剂、天然集料、人造集料，纤维、钢筋、聚合物等，混凝土科学技术涉及无机材料、有机材料、金属材料，多种材料的复合，多种功能组合，学科交叉的一门应用技术关键技术：高性能减水剂与矿物外加剂双掺超细粉的填充效应图1粒子组合与空隙率的变化超细粉的流化效应水胶比29%，外掺萘系高效减水剂NF0.9%，测定净浆流动性水泥：超细粉超细粉品种100：095：590：1080：2070：30100%超细粉*不掺NF掺NFNZ（7000cm2/g）/255242不流动不流动不流动不流动BFS（6820cm2/g）/26026527028080285PS（6800cm2/g）/26527027528585280NZ-SF/250260170不流动NZ-BFS（7000cm2/g）/265258246215水泥（2800cm2/g）240////高效减水剂固定掺量（0.9%）超细粉掺量对浆体流动性的影响不同减水剂掺量下的净浆流动度NO.胶结材料的组成（%）高效减水剂掺量（%）0.40.50.60.70.81水泥1001291381551902352水泥80，矿渣201251361852302653水泥80，磷渣201321702152502704水泥80，沸石20//130195237双重的双电层作用水泥易于分散超细粉的强度效应NO.W/B单方混凝土材料用量（Kg/m3）水泥水超细粉砂碎石高效减水剂142400168/8001000824234016860MK80010008.834234016860SF800100010NO.混凝土拌合物性能抗压强度（MPa）3d7d28d1坍落度19cm，泌水，板结20.1（100%）35.3（100%）37.4（100%）2坍落度16cm，稍泌水，无板结28.5（142%）47.7（135%）61.1（163%）3坍落度5cm，无泌水，板结26.4（131%）42.3（120%）52.4（140%）超细粉的耐久性效应含MK15%的混凝土56d导电量，比基准混凝土明显下降，约为基准混凝土导电量一半左右。说明掺入超细粉混凝土耐久性提高。W/B（%）代号ASTMC12026h总导电量（库伦）28d56d30纯水泥17511284MK（15%）87471740纯水泥26602193MK（15%）1500123450纯水泥32962700MK（15%）19501450矿物外加剂降低水泥用量提高混凝土抗化学腐蚀性增加混凝土的密实度改善水泥浆体与骨料间的过渡区结构降低水化温升使用高效减水剂和其它必要的化学外加剂，降低水胶比和用水量高性能混凝土的水胶比必须很低，以得到很低的渗透性；以及使活性矿物掺合料充分发挥其强度效应。为了获得低水胶比，高效减水剂成为高性能混凝土必要的组分。2.4外加剂应用中的常见问题（1）混凝土外加剂的选择与应用问题（2）坍落度损失问题（3）混凝土的离析和泌水（4）混凝土的滞后泌水（5）混凝土的异常凝结（6）混凝土“硬壳”现象（7）混凝土外观质量（8）原材料存放（1）混凝土外加剂的选择与应用问题外加剂的品种选择外加剂种类繁多，性能各异，品种的选择应根据工程特点及混凝土施工工艺，依据其使用目的、要求的技术性能和技术经济效果来确定。常用混凝土外加剂的适用范围见表4-24。外加剂的使用要求（1）环境对外加剂品种与成分的要求。依据《混凝土外加剂应用技术规范》(GB50119-2003)的要求，严格控制外加剂的环保性指标。铬盐或亚硝酸盐等严禁用于饮水工程及与食品接触的部位；居住或办公用建筑物不得采用以尿素或硝氨外