44混凝土外加剂

第4章调节混凝土凝结与硬化性能的外加剂•4.1早强剂•4.2缓凝剂•4.3速凝剂•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(不低于一5℃)条件下加速混凝土的硬化过程，多用于冬季施工和抢修工程。早强剂主要有无机盐类(氯盐类、硫酸盐类)和有机胺及有机一无机的复合物三大类。•4.1早强剂•1．氯盐类早强剂•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。氯化钙为白色粉状物，其适宜掺量为水泥质量的0.5％～2.0％，能使混凝土3d强度提高50％～100％，7d强度提高20％～40％，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C3A反应生成不溶于水的复盐C3A·CaCl2·10H2O，还与水化析出的氢氧化钙作用，生成不溶性氧氯化钙(CaCl2·2Ca(OH)2·12H2O)。•因此，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％，在使用冷拉和冷拔低碳钢丝的混凝土结构及预应力混凝土结构中，不允许掺用氯化钙和含氯盐的早强剂。同时还规定，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；使用过程中经常处于环境温度为60°C以上的结构；直接靠近直流电源或高压电源的结构等。••2．硫酸盐类早强剂•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)。硫酸钠的适宜掺量为0.5％～2％。当掺量为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，一般认为是硫酸钠与水泥水化产物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骨料的混凝土。同时，不得用于与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构，外露钢筋预埋件而无防护措施的结构；使用直流电源的工厂及使用电气化运输设施的钢筋混凝土结构。硫酸钠早强剂应注意不能超量掺加，以免导致混凝土产生后期膨胀开裂坏，并防止混凝土表面产生“白霜”。•3．有机胺类早强剂：•有机胺类早强剂，主要有三乙醇胺、三异丙醇胺等，其中早强效果以三乙醇胺为佳。三乙醇胺不改变水泥水化生成物，但能加速水化速度，在水泥水化过程中起催化作用。•三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体，呈碱性，能溶于水，无毒、不燃、三乙醇胺掺量极少，掺量为水泥质量的0.02％～0.05％，能使混凝土早期强度提高。•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。•缓凝剂，是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝剂主要有四类：糖类，如糖蜜：木质素磺酸盐类，如木钙、木钠：羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸：无机盐类，如锌盐、硼酸盐等。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。•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(OH)2不能及时析出就妨碍了硅酸盐相的进一步水化。4.2缓凝剂•总之，水泥水化反应延缓，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。一般讲，具有几个氧原子的物质，常常是比较有效的缓凝剂，这与这些氧原子有比较强的极化效应有关。在含有羟基、羰基及羟基的化合物中，有较多氧原子，因而它们常可作为缓凝剂使用。•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0.1％～0.3％，混凝土凝结时间可延长2～4h，掺量每增加0.1％，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。•缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热和增强作用，对钢筋也无锈蚀作用。主要适用于大体积混凝土和炎热气候下施工的混凝土，泵送混凝土及滑模施工的混凝土，以及需长时间停放或长距离运输的混凝土。缓凝剂不宜用于日最低气温5°C以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。缓凝剂对水泥混凝土性能的影响•缓凝剂不仅可以延长混凝土凝结时间，位新拌混凝土较长时间内保持塑性，以便浇筑，提高施工效率，还能延缓水泥水化放热，减少裂纹的发生。因此，它被大量地用在大体积混凝土、泵送混凝土、炎热气候下施工以及某些特殊施工工艺方面。目前国内外常用的缓凝剂有木质素磺酸盐类、糖类、羟基羧酸类、无机盐类等。本试验选择了4种具有一定代表性的缓凝剂进行试验，研究缓凝剂对水泥混凝土性能的影响:SA为木质素磺酸盐类，SB为无机盐类，SC为糖类，SD为羟基羧酸类。缓凝剂与水泥不适应对混凝土工作性和强度的影响•由于缓凝剂与水泥化学组分不相容，或者缓凝剂掺量不当，可能使缓凝剂没有缓凝效果，甚至产生异常凝结现象，这就是缓凝剂与水泥不适应的表现。影响缓凝剂与水泥适应性的因素是多种多样的，缓凝剂与水泥不适应而导致的混凝土异常现象也各式各样，其中最经常发生的是混凝土坍落度经时损失明显增大。判断缓凝剂与水泥适应性好坏的方法就是检查新拌混凝土工作性，而混凝土坍落度是新拌混凝土工作性最直观的表现，工程上一般都是通过控制混凝土坍落度来大致确定新拌混凝土工作性的。本研究以混凝土坍落度经时损失作为衡量缓凝剂与水泥适应性的一个重要指标。处理缓凝剂与水泥不适应的对策•实践表明:缓凝剂与水泥存在适应性，缓凝剂与水泥不适应时可能会引起混凝土异常凝结，从而影响混凝土的工作性和力学性能。在工程中为了更好地使用缓凝剂，尽量避免和减少由于缓凝剂使用不当而产生工程事故，可采取以下措施:•(1)严格控制原材料，预防混凝土异常凝结发生•在工程中应对每一批水泥、每一批外加剂进行质量检测，寻求原材料的技术特性，购买和使用合格的原材料。•(2)进行缓凝剂与水泥适应性试验•缓凝剂与水泥存在适应性。缓凝剂与水泥不适应时会引起异常凝结，因此工程中应根据不同的水泥，进行缓凝剂与水泥的适应性试验，选出合适的缓凝剂，确定其合适掺量。并根据设计与施工要求，结合现场使用的材料进行试配，确定合理的施工配合比和缓凝剂的最佳掺量。因为每种缓凝剂都有适宜的掺量，掺量过大不仅在经济上不合理，而且可能产生促凝、过度缓凝等异常现象或引起泌水而影响工程质量。••(3)确定搅拌制度，保证混凝土质量•混凝土搅拌制度包括很多方面，如各原材料的掺加顺序，搅拌时间，搅拌速度，混凝土人模时间等参数。为了避免外加剂与水泥不相容，除了对原材料严格控制外，选择合理的混凝土搅拌制度也非常重要。如搅拌时间会影响混凝土各混合组分的分散匀质性，从而影响新拌混凝土的工作性。考虑到SO42-的溶出速度，缓凝剂掺人拌和物的时间和顺序的不同，对混凝土的凝结硬化以及工作性能都有很大的影响。对掺硬石膏的调凝水泥，由于其SO42-溶出速度较慢，选择缓凝剂后掺法或滞水法对混凝土的正常水化硬化，保持良好的工作性都是有好处的。对有可能产生假凝的拌和物，通过搅拌制度的合理调整，可以有效地防止混凝士在拌制过程中发生的异常凝结。结论•(1)缓凝剂一般都存在一个最佳掺量和适宜的掺量范围。不同的缓凝剂其最佳掺量可能不同，同种缓凝剂对不同的水泥，其最佳掺量也不一定相同。因此实际工程中要合理选择缓凝剂，并严格控制缓凝剂的掺量。•(2)添加缓凝剂会降低混凝土的1d强度，部分缓凝剂会降低混凝土的3d强度和7d强度，但在合理的掺量范围，混凝土的后期强度一般会有所提高。缓凝剂与水泥不适应产生异常凝结时，其后期强度会有所降低。•(3)缓凝剂和水泥的适应性与水泥的矿物组成、水泥调凝剂、碱含量等因素有关，在工程中应用缓凝剂时要进行缓凝剂与水泥的适应性试验，尽量避免和减少由于缓凝剂使用不当而产生工程事故•速凝剂，是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类。我国常用的速凝剂是无机盐类，主要有红星I型、711型、728型、8604型等。在满足施工要求的前提下，以最小掺量为宜。速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，l0min内终凝，1h就可产生强度，ld强度提高2～3倍，但后期强度会下降，28d强度约为不掺时的80％～90％。•速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程。4.3速凝剂混凝土速凝剂使用方法及注意事项•1、使用前，需对施工所用水泥做适应性试验，确定最佳掺量。•2、施工中，应严格将水灰比控制在0.40-0.45之间，水灰比过大，会延长凝结时间，影响使用效果。•3、应用于喷射混凝土施工时，应将沙子、石子、水泥、速凝剂按比例干拌配成混合料，调节其水灰比，立即喷射。干拌混合料堆放时间过长（大于20分钟），否则，会影响速凝效果，而降低喷射混凝土强度。•4、施工条件较差或水泥与本剂适应性较差时，需试验确定或适当加大掺用量。