混凝土原材料基础知识—外加剂

外加剂是指能有效改善混凝土某项或多项性能的一类材料。其掺量一般只占水泥量的5%以下，却能显著改善混凝土的和易性、强度、耐久性或调节凝结时间及节约水泥。
（一）外加剂的分类

混凝土外加剂一般根据其主要功能分类：

1．改善混凝土流变性能的外加剂。主要有减水剂、引气剂、泵送剂等。

2．调节混凝土凝结硬化性能的外加剂。主要有缓凝剂、速凝剂、早强剂等。

3．调节混凝土含气量的外加剂。主要有引气剂、加气剂、泡沫剂等。

4．改善混凝土耐久性的外加剂。主要有引气剂、防水剂、阻锈剂等。

5．提供混凝土特殊性能的外加剂。主要有防冻剂、膨胀剂、着色剂、引气剂和泵送剂等。
（二）常用高效减水剂

减水剂是指在混凝土坍落度相同的条件下，能减少拌合用水量；或者在混凝土配合比和用水量均不变的情况下，能增加混凝土坍落度的外加剂。根据减水率大小或坍落度增加幅度分为普通减水剂和高效减水剂两大类。

此外，尚有复合型减水剂，如引气减水剂，既具有减水作用，同时具有引气作用；早强减水剂，既具有减水作用，又具有提高早期强度作用；缓凝减水剂，同时具有延缓凝结时间的功能等等。
（1）减水剂的主要功能。

1.配合比不变时显著提高流动性。

2.流动性和水泥用量不变时，减少用水量，降低水灰比，提高强度。

3.保持流动性和强度不变时，节约水泥用量，降低成本。

4.提高混凝土的工作性

5.改善混凝土的耐久性

6.配置高强高性能混凝土。

聚磺酸盐系列：包括萘磺酸盐甲醛缩合物（NSF）、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物（MSF）、对氨基苯磺酸盐甲醛缩聚物、改性木质素磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐和磺化酮醛树脂等。如我们常用的FDN，属于萘磺酸盐甲醛缩合物。

聚羧酸盐系列：有效的控制初期水化过程，使混凝土坍落度损失减小。
高效减水剂与普通减水剂差别主要体现在高效减水剂能在一个较大的范围内使流动度不断的增大，或者需水量不断的减少。而普通减水剂的这一有效范围是较小的。

不能以小掺量时减水剂的作用效果作为减水剂性能判定的依据。在减水剂的选择时应注意这一点。应通过试验来确定减水剂的掺量，更不应该仅仅根据减水剂厂家的掺量来使用。
（2）减水剂的作用机理

减水剂提高混凝土拌合物流动性的作用机理主要包括分散作用和润滑作用两方而。减水剂实际上为一种表面活性剂，长分子链的一端易溶于水——亲水基，另一端难溶于水——憎水基。

1.分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%～30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。

2.润滑作用：减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。
（3）减水剂对混凝土等影响

1.凝结时间。高效减水剂一般没有缓凝作用，甚至还有可能促进水泥的水化硬化。缓凝型高效减水剂是由高效减水剂与缓凝剂复合而成的。一般情况下，商品混凝土搅拌站为延缓水泥水化，减少坍落度损失在减水剂中都掺加了一定量的缓凝剂。

2.含气量。目前常用的聚羧酸减水剂有一定含气量，混凝土含气量不宜过高，否则混凝土强度大幅度降低。

3.保水性。高效减水剂对减少混凝土的泌水贡献不大，甚至还可能增大泌水。当用量过量时混凝土泌水增大。
（三）缓凝剂

缓凝剂分有机缓凝剂和无机缓凝剂，有机缓凝剂多数具有减水作用，因而也称为缓凝减水剂，目前我们一般使用的都属于有机缓凝剂。有机缓凝剂主要是使C3A水化减慢，木质素磺酸盐还能使C4AF的水化延缓。不同成分的木质素磺酸盐可能表现出不同的性质，有时还会使水泥发生假凝。

在商品混凝土中掺用缓凝剂应注意以下一些问题：

1.注意与胶凝材料体系和其它化学外加剂相适应。

2.注意温度环境的变化

3.注意施工进度与运输距离

4.注意工程的要求

5.使用缓凝剂时应注意加强养护
（四）膨胀剂

根据产生膨胀的组分，主要有三种类型的膨胀剂，即硫铝酸盐型膨胀剂、氧化钙型膨胀剂和氧化镁膨胀剂。目前常用的是硫铝酸盐型膨胀剂。

硫铝酸盐型膨胀剂是通过反应生成水化硫铝酸盐而产生膨胀。形成水化硫铝酸盐的途径很多。我国目前最常用的UEA膨胀剂是一种将无水硫铝酸盐与明矾石等复合在一起的复合型硫铝酸盐膨胀剂，它利用煅烧形成的无水硫铝酸盐矿物产生早期膨胀，利用明矾石产生后期膨胀，使膨胀发展得较平缓。

在混凝土中使用膨胀剂主要是利用膨胀组分的膨胀来补偿混凝土的各种收缩，以提高混凝土的抗裂性和抗渗性。可以认为，骨料是不发生自生体积变形的，干缩变形一般也很小，可以忽略不计。硬化水泥石通常有较大的自身体积变形，而且一般表现为收缩，它与干缩变形相叠加，使得硬化水泥处于受拉状态。当拉应力较大时，硬化水泥中将会产生微裂缝。由于这种微裂缝存在，大大降低了混凝土的抗拉性能，也影响了混凝土的抗裂性能。掺入膨胀剂后，使硬化水泥石的自生体积变形转变为膨胀型，它与硬化水泥的干缩变形相抵消，减小了硬化水泥石的变形，从而减小了混凝土中微裂缝形成的可能性，使得混凝土的抗拉性能得到较大的改善。这是膨胀剂提高混凝土抗裂性的更重要的原因。
使用膨胀剂时应注意的问题

（1）膨胀必须与强度发展相协调。显然，在混凝土处于流动状态时的膨胀是一种无效的膨胀。如果在强度很低时产生较大的膨胀，也会导致混凝土结构的破坏。因此，膨胀的发展必须与强度的发展相协调，才会充分的利用膨胀能。

（2）膨胀必须在足够的限制控制之下。混凝土的膨胀如果超出限制条件的控制，将会变成一种破坏力。在这种情况下，膨胀不但不能提高混凝土的性能，反而会使混凝土的性能显著降低。因此，对于膨胀剂所产生的膨胀必须有足够的控制，使膨胀朝着有利的方向发展。
在混凝土中膨胀剂必须分布均，一要延长搅拌时间；二是要防止离析，离析将破坏混凝土的均匀性。

（3）掺膨胀剂混凝土必须加强养护。膨胀组分的水化需要大量的水，没有水，膨胀组分就不能很好的水化，因而也就不能很好的发挥作用。因此，掺膨胀剂混凝土必须加强养护。混凝土硬化后不仅要及时喷水，而且要有足够的养护时间，GB119《混凝土外加剂应用技术规范》规定膨胀混凝土必须在潮湿状态下养护14天以上。

注意：掺有膨胀剂的混凝土要求严格的水养条件！施工单位不提供足够的潮湿养护条件，则膨胀剂等于“白用”，用了之后不但没有起到相应的作用，反而还会带来其他负面影响。矿物掺合料有抑制膨胀的作用。
（五）早强剂

早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。主要作用机理是加速水泥水化速度，加速水化产物的早期结晶和沉淀。主要功能是缩短混凝土施工养护期，加快施工进度，提高模板的周转率。主要适用于有早强要求的混凝土工程及低温、负温施工混凝土、有防冻要求的混凝土、预制构件、蒸汽养护等等。早强剂的主要品种有氯盐、硫酸盐和有机胺三大类，但更多使用的是它们的复合早强剂。
（1）氯化钙早强剂

氯盐类早强剂主要有CaCl2、NaCl、KCl、AlCl3和FeCl3等。工程上最常用的是CaCl2，为白色粉末，适宜掺量0.5%～3%。由于Cl-对钢筋有腐蚀作用，故钢筋混凝土中掺量应控制在1%以内。CaCl2早强剂能使混凝土3天强度提高50%～100%，7天强度提高20%～40%，但后期强度不一定提高，甚至可能低于基准混凝土。此外，氯盐类早强剂对混凝土耐久性有一定影响，因此CaCl2早强剂及氯盐复合早强剂不得在下列工程中使用：

1.环境相对湿度大于8%、水位升降区、露天结构或经常受水淋的结构。主要是防止泛卤。

2.镀锌钢材或铝铁相接触部位及有外露钢筋埋件而无防护措施的结构。

3.含有酸碱或硫酸盐侵蚀介质中使用的结构。

4.环境温度高于60℃的结构。

5.使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构。

6.给排水构筑物、薄壁构件、中级和重级吊车、屋架、落锤或锻锤基础。

7.预应力混凝土结构。

8.含有活性骨料的混凝土结构。

9.电力设施系统混凝土结构。

此外，为消除CaCl2对钢筋的锈蚀作用，通常要求与阻锈剂亚硝酸钠复合使用。
（2）硫酸盐类早强剂

硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠（即元明粉，俗称芒硝）、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸铝钾（即明矾）等。建筑工程中最常用的为硫酸钠早强剂。

硫酸钠为白色粉末，适宜掺量为0.5%～2.0%；早强效果不及CaCl2。对矿渣水泥混凝土早强效果较显著，但后期强度略有下降。硫酸钠早强剂在预应力混凝土结构中的掺量不得大于1%；潮湿环境中的钢筋混凝土结构中掺量不得大于1.5%；严格控制最大掺量，超掺可导致混凝土后期膨胀开裂，强度下降；混凝土表面起“白霜”，影响外观和表面装饰。此外，硫酸钠早强剂不得用于下列工程：

1.与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构及外露钢筋预埋件而无防护措施的结构。

2.使用直流电源的工厂及电气化运输设施的钢筋混凝土结构。

3.含有活性骨料的混凝土结构。
（3）有机胺类早强剂

有机胺类早强剂主要有三乙醇胺、三异醇胺等。工程上最常用的为三乙醇胺。三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体，呈碱性，易溶于水。三乙醇胺的掺量极微，一般为水泥重的0.02%～0.05%，虽然早强效果不及CaCl2，但后期强度不下降并略有提高，且无其他影响混凝土耐久性的不利作用。但掺量不宜超过0.1%，否则可能导致混凝土后期强度下降。掺用时可将三乙醇胺先用水按一定比例稀释，以便于准确计量。此外，为改善三乙醇胺的早强效果，通常与其他早强剂复合使用。
（4）复合早强剂

为了克服单一早强剂存在的各种不足，发挥各自特点，通常将三乙醇胺、硫酸钠、氯化钙、氯化钠、石膏及其他外加剂复配组成复合早强剂效果大大改善，有时可产生超叠加作用。常用配方有：

1.三乙醇胺0.02%～0.05%+NaCl0.5%。

2.三乙醇胺0.02%～0.05%+NaCl0.3～0.5%+亚硝酸钠1%～2%。

3.三乙醇胺0.02%～0.05%+生石膏2%+亚硝酸钠1%。

4.硫酸钠+亚硝酸钠+氯化钙+氯化钠＝（1%～1.5%）+（1%～3%）+（0.3%～0.5%）+（0.3%～0.5%）。

5.硫酸钠+NaCl=（0.5%～1.5%）+（0.3%～0.5%）。

6.硫酸钠+亚硝酸钠＝（0.5%～1.5%）+1.0%。

7.硫酸钠+三乙醇胺＝（0.5%～1.5%）+0.05%。

8.硫酸钠+三乙醇胺+石膏＝（1%～1.5%）+2%+（0.03%～0.05%）。

9.CaCl2+亚硝酸钠＝（0.5%～3.5%）+1%。