混凝土外加剂

来源:-- 时间:2019-01-18 浏览记录:386

混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和(或)硬化混凝土性能的材料。

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入,掺量不大于5%,用以改善混凝土性能的物质。由于掺入很少的外加剂就能明显地改善混凝土的某种性能,如改善和易性,调节凝结时间,提高强度和耐久性,节省水泥等,因此,外加剂深受工程界的欢迎。外加剂在混凝土及砂浆中得到越来越广泛的使用,已成为混凝土的第五组分。

一、外加剂的作用与分类

1.外加剂的作用

(1)可改善混凝土的和易性:如使用减水剂、引气剂等,可使混凝土在配合比和强度都不变的情况下,流动性大大提高,以利于机械化施工,提高工程质量,减轻劳动强度。

(2)调节混凝土凝结硬化的速度:如加入早强剂,可缩短混凝土养护的时间,以便提前拆除模板和预应力钢筋的放张,缩短工期;而加入缓凝剂则可延缓混凝土的凝结时间,可使在高温下施工的混凝土保持良好的和易性;在大体积混凝土中使用缓凝剂可延长水化热的释出时间,以避免其产生表面裂缝等。

(3)调节混凝土内的空气含量:如使用引气剂可使混凝土增加适当的含气量,使用消泡剂可减少混凝土内的含气量,使用加气剂可制得轻质多孔的混凝土等。

(4)改善混凝土的物理力学性能:如使用引气剂可提高混凝土的抗冻性、抗渗性、抗裂性,使用抗冻剂可保证混凝土在0℃以下的低温环境中正常凝结硬化,防水剂可使混凝土在一定压力水作用下具有不透水的性能等。

(5)提高混凝土内钢筋的耐蚀性:如使用阻锈剂可使钢筋在有氯盐的情况下免于锈蚀。

2.外加剂的分类

混凝土外加剂按其主要使用功能分为四类。

(1)改善混凝土拌和物流变性能的外加剂,包括各种减水剂和泵送剂等;

(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂,包括缓凝剂、促凝剂和速凝剂等;

(3)改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等;

(4)改善混凝土其他性能的外加剂,包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。

二、各种外加剂性能与适用范围

1.减水剂

在混凝土坍落度基本相同的条件下,能减少拌和用水量的外加剂,称为普通减水剂;能大幅度减少拌和用水量的外加剂,称为高效减水剂。

利用减水剂的减水效果,可以保持混凝土的配合比不变,得到高流态的拌和物;也可以减少拌和水,保持原有的稠度,来显著提高硬化混凝土的强度;或者保持原有强度和稠度,以节省水泥。

(1)普通减水剂及高效减水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土,并可制备高强高性能混凝土。

(2)普通减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土,不宜单独用于蒸养混凝土;高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土。

(3)当掺用含有木质素磺酸盐类物质的外加剂时应先做水泥适应性试验,合格后方可使用。

2.早强剂

能加速混凝土早期强度发展的外加剂,称为早强剂。可采用的早强剂品种有强电解质无机盐类,如硫酸盐、硫酸复盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氯盐等;水溶性有机化合物类,如三乙醇胺、甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐等;其他如有机化合物与无机盐复合物类,以及由早强剂与减水剂复合而成的早强减水剂。

(1)早强剂及早强减水剂适用于蒸养混凝土及常温、低温和最低温度不低于-5℃环境中施工的有早强要求的混凝土工程。炎热环境条件下不宜使用早强剂、早强减水剂。

(2)掺入混凝土后对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用作早强剂。含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的早强剂严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程。含有硝铵类成分的严禁用于办公、居住等建筑工程。

(3)下列结构中严禁采用含有氯盐的早强剂及早强减水剂。

1)预应力混凝土结构;

2)相对湿度大于80%环境中使用的结构、处于水位变化部位的结构、露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构;

3)大体积混凝土;

4)直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构;

5)经常处于温度为60℃以上环境的结构,须经蒸养的钢筋混凝土预制构件;

6)有装饰要求的混凝土,特别是要求色彩一致或是表面有金属装饰的混凝土;

7)薄壁混凝土结构,中级和重级工作制吊车的梁、屋架、落锤及锻锤混凝土基础等结构;

8)使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构;

9)骨料具有碱活性的混凝土结构。

(4)在下列混凝土结构中严禁采用含有强电解质无机盐类成分的早强剂及早强减水剂。

1)与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构,以及有外露钢筋预埋铁件而无防护措施的结构;

2)使用直流电源的结构以及距高压直流电源100m以内的结构。

(5)含钾、钠离子的早强剂用于骨料具有碱活性的混凝土结构时,早强剂的碱含量(以当量氧化钠计)不宜超过1kg/m3,混凝土总碱含量还应符合标准的规定。

(6)常用早强剂掺量应符合表3-11的规定。

  表3-11 常用早强剂掺量限值

注:预应力混凝土及潮湿环境中使用的钢筋混凝土中不得掺氯盐早强剂。

 

3.防冻剂

防冻剂是能使混凝土在负温下硬化,并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。防冻剂加入冬期施工的混凝土拌和物中,其防冻组分能降低液相冰点,即降低混凝土受冻的临界温度,又能改变一旦结冰时冰的晶形,被析出的冰不致显著损害混凝土。

(1)含强电解质无机盐的防冻剂用于混凝土中,必须符合第(4)项的相关规定。

(2)含亚硝酸盐、碳酸盐的防冻剂严禁用于预应力混凝土结构。

(3)含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的防冻剂,严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程。

(4)含有硝铵、尿素等产生刺激性气味的防冻剂,严禁用于办公、居住等建筑工程。

(5)强电解质无机盐防冻剂带入混凝土的碱含量(以当量氧化钠计)不得超过1kg/m3,混凝土总碱含量还应符合标准的规定。

(6)有机化合物类防冻剂可用于素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土工程。

(7)有机化合物与无机盐复合防冻剂及复合型防冻剂可用于素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土工程。

(8)对水工、桥梁及有特殊抗冻融性要求的混凝土工程,应通过试验确定防冻剂品种及掺量。

4.引气剂

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,且能保留在硬化混凝土中的外加剂,称作引气剂。

(1)引气剂及引气减水剂可用于抗冻混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工骨料配制的普通混凝土、高性能混凝土以及有饰面要求的混凝土。

(2)引气剂、引气减水剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土,必要时,应经试验确定。

(3)掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量,不宜超过表3-12规定的含气量;对抗冻性要求高的混凝土,宜采用表3-12规定的含气量数值。

但应重视引气剂会使混凝土强度降低的问题。水胶比相同的混凝土,含气量大的,强度降低的多;含气量相同时,水胶比大的,强度降低显著。还可以利用引气剂改善和易性时的减水效果,保持原水泥用量,少加拌和水,即适当减小水胶比而增加强度的办法,对损失的强度做一定弥补。施工中严格控制引气剂掺量、勤于检查,使混凝土的含气量处于限值以内,是确保混凝土强度的有力措施。

  表3-12 掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量

注:表中含气量,C50、C55混凝土可降低0.5%,C60及C60以上混凝土可降低1%,但不宜低于3.5%。

 

5.缓凝剂

缓凝剂是指延长混凝土凝结时间的外加剂。混凝土工程中,可采用下列缓凝剂、缓凝减水剂。

(1)糖类:如糖钙、葡萄糖酸盐等;

(2)木质素磺酸盐类:如木质素磺酸钙、木质素磺酸钠等;

(3)羟基羧酸及其盐类:如柠檬酸、酒石酸钾钠等;

(4)无机盐类:如锌盐、磷酸盐等;

(5)其他:如铵盐及其衍生物、纤维素醚等。

1)缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂可用于大体积混凝土、碾压混凝土、炎热气候条件下施工的混凝土、大面积浇筑的混凝土、避免冷缝产生的混凝土、需较长时间停放或长距离运输的混凝土、自流平免振混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他需要延缓凝结时间的混凝土;缓凝高效减水剂可制备高强、高性能混凝土。

2)缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土,不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。

3)柠檬酸及酒石酸钾钠等缓凝剂不宜单独用于水泥用量较低、水胶比较大的贫混凝土。

4)当掺用含有糖类及木质素磺酸盐类物质的外加剂时应先做水泥适应性试验,合格后方可使用。

5)使用缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂施工时,宜根据温度选择品种并调整掺量,满足工程要求方可使用。

6.膨胀剂

在混凝土硬化过程中,因化学作用能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂,称为膨胀剂。常用的膨胀剂有硫铝酸钙类、氧化钙类和硫铝酸钙-氧化钙类。

硫铝酸钙粗膨胀剂的主要成分是无水硫酸钙、明矾石、石膏等,加入混凝土拌和物后,靠自身水化或参与水泥矿物的水化,以及与水泥水化物反应等,生成三硫型水化硫铝酸钙(钙矾石),致使固相体积增加。而氧化钙类膨胀剂的主要组分,是规定温度下煅烧的石灰,当由氧化钙晶体水化形成氢氧化钙晶体后发生体积膨胀。硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂,则是由名称中的两种主要成分复合而成的,其膨胀源兼由钙矾石和氢氧化钙晶体生成。

膨胀剂的适用范围应符合表3-13的规定。

  表3-13 膨胀剂的适用范围

(1)含硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂的混凝土(砂浆)不得用于长期环境温度为80℃以上的工程。

(2)含氧化钙类膨胀剂配制的混凝土(砂浆)不得用于海水中或有侵蚀性水的工程。

(3)掺膨胀剂的混凝土适用于钢筋混凝土工程和填充性混凝土工程。

(4)掺膨胀剂的大体积混凝土,其内部最高温度应符合有关标准的规定,混凝土内外温差宜小于25℃。

(5)掺膨胀剂的补偿收缩混凝土刚性屋面宜用于南方地区,其设计、施工应按《屋面工程质量验收规范》(GB 50207—2012)执行。

(6)掺膨胀剂的混凝土的配合比设计应符合下列规定。

1)胶凝材料最少用量(水泥、膨胀剂和掺合料的总量)应符合表3-14的规定;

  表3-14 胶凝材料最少用量

2)水胶比不宜大于0.5;

3)用于有抗渗要求的补偿收缩混凝土的水泥用量应不小于320kg/m3,当掺入掺合料时,其水泥用量不应小于280kg/m3

4)补偿收缩混凝土的膨胀剂掺量不宜大于12%,不宜小于6%;填充用膨胀混凝土的膨胀剂掺量不宜大于15%,不宜小于10%;

5)以水泥和膨胀剂为胶凝材料的混凝土。设基准混凝土配合比中水泥用量为mC0、膨胀剂取代水泥率为K,膨胀剂用量mE=mC0·K,水泥用量mc=mC0-mE;

6)以水泥、掺合料和膨胀剂为胶凝材料的混凝土。设膨胀剂取代胶凝材料率为K,设基准混凝土配合比中水泥用量为mC′和掺合料用量为mF′,膨胀剂用量mE=(mC′+mF′)·K,掺合料用量mF=mF′(1-K),水泥用量mC=mC′(1-K)。

7.泵送剂

(1)混凝土原材料中掺入泵送剂,可以配制出不离析泌水,黏聚性好,和易性、可泵性好,具有一定含气量和缓凝性能的大坍落度混凝土,硬化后混凝土有足够的强度,满足多项物理力学性能要求。泵送剂可用于高层建筑、市政工程、工业和民用建筑及其他构筑物混凝土的泵送施工。由于泵送混凝土具有缓凝性能,也可用于大体积混凝土、滑模施工混凝土。

(2)水下灌注桩混凝土要求坍落度为180~220mm,也可用泵送剂配制。

(3)泵送剂也可用于现场搅拌混凝土,用于非泵送的混凝土。

目前,我国的泵送剂中氯离子含量大都≤0.5%或≤1.0%,由泵送剂带入混凝土中的氯化物含量是极微的,因此泵送剂适用于钢筋混凝土和预应力混凝土。混凝土中氯化物(以Cl-计)总含量的最高限值应执行《预拌混凝土》(GB 14902—2012)标准的规定。

8.防水剂

(1)防水剂可用于工业与民用建筑的屋面、地下室、隧道、巷道、给排水池、水泵站等有防水抗渗要求的混凝土工程。

(2)含氯盐的防水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土工程,严禁用于预应力混凝土工程。

9.速凝剂

(1)速凝剂主要用于地下工程支护,还广泛用于建筑薄壳屋顶、水池、预应力油罐、边坡加固、深基坑护壁及热工窑炉的内衬、修复加固等的喷射混凝土,也可用于需要速凝的如堵漏用混凝土。

(2)速凝剂掺量一般为2%~8%,掺量可随速凝剂品种、施工温度和工程要求适当增减。