水泥外加剂(外加剂和掺和料对水泥混凝土性能影响)

Posted 2023-05-30

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水泥外加剂(外加剂和掺和料对水泥混凝土性能影响)

1.外加剂

各种外加剂的掺入原理上主要是对水泥产生化学或物理上的作用，其中物理作用又分为参与水化反应和不参与水化反应，化学作用则产生新的物质，从而达到施工所需的目的。
1.1减水剂
减水剂即是参与水化反应的物理作用，它是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。根据其减水及增强能力，分为普通减水剂和高效减水剂，普通减水剂的掺量一般为0.1%～0.3%，高效能减水剂的掺量一般为0.3%～1.5%，现用最多的减水剂为高效聚羧酸减水剂。目前项目用的最多的便是该减水剂。其主要特点：掺量低，减水率高，掺量为1.0%左右时，减水率超过35%。低坍落度损失，1h坍落度保持率很好，低正温时保持不变，气温超过20度，1h坍落度略有损失，但也保持在95%以上，气温超过30℃，1h坍落度保留值仍有93%。且混凝土具有很好的耐久性，在充填性、稳定性、可泵性、抗冻性、抗收缩等性能方面均优于普通减水剂。
主要工作原理为：减水剂对混凝土的流动性具有很好的作用，正常的如果不掺减水剂水泥和水作用不够充分会有结块，水泥离子将部分水分包裹不能起到很好的水化作用，掺入减水剂后，减水剂中的化学物质会吸附到水泥表面，使得相近的水泥颗粒由于相斥而分解，将被包裹的水分子释放出来，是这部分水分可以参与水化反应，从而减少了水灰比，提高混凝土的强度和耐久性，达到很好的流动性。
在水灰比不变的情况下，掺加减水剂可使混凝土初始坍落度提高10cm以上，流动性大大增加，且具有再塑性。
在保持混凝土坍落度基本不变的情况下，掺加减水剂可节约水泥用量，而混凝土早期强度仍能比不掺者有所提高，从而达到经济效应。
减水剂的掺量在同一配比不同季节的情况下也需进行适当调整，因为不同温度下的水分子的活性不同，水分子与水泥的作用会受到温度的影响，因此在使用减水剂时，冬季和夏季的减水剂配置会有所不同。
1.2引气剂
引气剂是指能使混凝土在拌合过程中引入大量微小、封闭而稳定气泡的外加剂。主要用于抗冻性要求高的结构，如混凝土大坝、路面、桥面、飞机场道面等大面积易受冻的部位。
引气剂的掺入使混凝土拌合物内形成大量微小的封闭球状气泡，这些微气泡如同滚珠一样，能够减少骨料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增加。若保持流动性不变，就可减少用水量。保水性、粘聚性相应随之提高。由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。因此，引气剂的掺量应严格控制，此外，由于大量气泡的存在，使混凝土的弹性变形增大，弹性模量有所降低，这对提高混凝土的抗裂性是有利的，混凝土受冻的主要原因是混凝土拌合物里面有大量的水的存在，引气剂的气泡可以将产生的裂缝隔断填充，从而提高了混凝土的抗裂性能，降低水对其的影响，从而增强抗渗性提高抗冻性。
1.3缓凝剂
缓凝剂是一种降低水泥或石膏水化速度和水化热、延长凝结时间的添加剂缓凝剂是用来延长混凝土凝结时间的一种常用外加剂，它是一种表面活性剂，对混凝土的主要作用是物理作用，它不参与水泥的水化反应，也不产生新的物质，缓凝剂中的化学分子会在水泥离子的表面吸附形成一层薄膜，从而减缓了水泥和水的化学反应时间，延缓凝结时间，降低早期水化放热，减少裂缝的产生。在夏季施工中和远距离混凝土运输过程中，适量掺加缓凝剂能使新拌混凝土在长时间内保持较好的塑性，便于施工，为使混凝土不会因水化热的过度集中而产生温度裂缝，掺加缓凝剂即成为其重要手段之一。
1.4速凝剂
速凝剂是一种能够使水泥混凝土迅速凝结硬化，而不过分影响其长期强度的化学外加剂。现已成为喷射混凝土的重要组成材料之一，特别是随着地下工程数量的增多、规模的宏大，速凝剂作为混凝土的组成材料，不仅越来越重要，而且在某些特定工程更是不可或缺，尤其冬期施工和一些抢修工程。
它的作用原理是：掺入速凝剂，可立即与水泥中起缓凝作用的石膏发生反应形成硫酸钠从而消除石膏的缓凝作用，使得水泥迅速发生水化，并在溶液中析出其水化产物晶体，进而导致了水泥快速凝结硬化。
速凝剂虽然可使混凝土快速凝结，并促进早期强度的迅速增长，但混凝土后期强度却远远不及不掺速凝剂者。这主要是因为混凝土的快速凝结与硬化，必然导致其内部形成较大缺陷，且水化铝酸钙易发生晶型转变，也导致浆体内部孔隙率增加，减少了混凝土的有效受力面积从而影响混凝土后期强度。

2掺和料

在混凝土拌合物制备时，为了节约水泥、改善混凝土性能、调节混凝土强度等级，而加入的天然的或者人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质，统称为混凝土掺和料。
2.1粉煤灰
粉煤灰，工业固体废物的一种，一般是指燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰，又称飞灰、烟灰。粉煤灰外观类似水泥，呈粉状，颜色从乳白色到灰黑色，一般为银色和灰色。粉煤灰具有形态效应、填充效应和微集料效应。由于粉煤灰对温度和湿度比较敏感，特别是对水胶比更为敏感，过大水胶比的粉煤灰混凝土内部微结构不利于发展，同事影响混凝土的耐久性。因此要要个控制水胶比。
粉煤灰的主要作用机理一是微珠效应，即粉煤的主要形状是微小的玻璃珠和海绵体包括球状颗粒、不规则碎屑颗粒的粘连体，球状玻璃体如同玻璃球一般，质地致密，表面光滑，粒度细，对水的吸附力小，提高了混凝土的流动性，在拌和运输中起到良好的润滑作用。而且，它们往往填充于水泥浆的孔隙中，使硬化混凝土的密实性得到很好大改善；二是二次水化反应，粉煤灰中的化学分子可以和水泥和水水化后的产物进行二次水化，从而提高混凝土强度。
混凝土强度破坏的3种形式(见图1)：一种是集料破坏，一种是水泥石破坏，一种是集料和水泥石之间的水化反应物的破坏。
因此水化反应产物的强度也是混凝土强度的重要因素之一。这也是为什么产生二次水化反应会对混凝土的强度有所提高的原因。
在实际应用中可有以下3种方法来适量掺入粉煤灰。
1)等量取代法将水泥取出用等量的粉煤灰代替，减少水泥的水化放热，提高抗裂性能。
2)超量取代法取出超量的水泥，由粉煤灰代替，超出部分按砂计算。
3)外掺法水泥量不变，直接掺入一定比例的粉煤灰，具有较好的和易性能。
2.2硅灰
硅灰也叫微硅粉或二氧化硅超细粉，一般情况下统称硅灰。硅灰是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料，它是大工业冶炼中的副产物，整个过程需要用除尘环保设备进行回收，因为密度较小，还需要用加密设备进行加密。它的粒径一般在0.1～1.0μm，较粉煤灰还要细，也是微小的圆珠颗粒，由于其微小的特性，能够很好的改善混凝土内部孔的结构(包括孔的大小、多少、分布)，起到很好的填充作用，并且能发生二次水化反应，提高混凝土强度，改善混凝土的黏聚性和保水性，由于硅灰颗粒细，比表面积大，需水量高，因而在混凝土掺用硅灰时，必须与高效减水剂联合使用才能取得良好的效果。混凝土掺用硅灰后，必须加强早期养护，防止混凝土产生塑性收缩裂缝。但由于其来源少，造价高，所以在工程领域很少使用。
2.3矿渣粉
矿渣粉是符合标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨(或添加少量石膏一起粉磨)达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。
矿渣微粉的主要化学成分有具有超高活性，将其作为掺和料掺入水泥混凝土中，这些活性的化学成分即可与水泥中的水化反应产物进一步反应形成水化硅酸钙产物，填充于水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，从而改善孔结构，减少孔隙率并减少最大孔径的尺寸，达到提高混凝土的抗渗性能。混凝土要求有很好和易性和可泵送性，在水泥水化初期，矿渣微粉分布并包裹在水泥颗粒的表面，起到了延缓和隔离作用，可有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提高了水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高了水泥混凝土的耐久性；可显著降低水泥混凝土的水化热，耐热性能好，在工程领域的应用中前景较广。矿渣粉提高水泥混凝土抗海水和淡水的侵蚀性能，抵抗硫酸盐的侵蚀。特别适用于抗海水工程、地下工程和路面工程。

3结语

随着世界建筑业的蓬勃发展，混凝土在各类工程建设中起着日益巨大的作用。不同特性要求的混凝土在应用中越来越广泛，外加剂和掺和料以其特有工作性在混凝土工程中越发显得必不可少。由于外加剂和掺和料种类繁多，工程要求的混凝土性能不尽相同，要正确合理地使用好外加剂和掺和料，就要熟悉了解商品的性能和工程的实际要求，根据工程混凝土不同的标准要求、施工条件和施工工艺等选择合适的种类。
工程实践中常采用"双掺"技术，即在掺入不同掺和料的同时再掺入减水剂。以此配制的普通、高强、高性能混凝土，可节约水泥，提高混凝土工作性、强度、耐久性，能满足不同工程的施工技术要求?
总之不同种类的外加剂和掺和料对混凝土的影响不同，但其都有一个共同点：合理的选择使用从而改善混凝土强度和流动性、耐热、抗渗、抗冻融、抗裂等性能，从而更好的适应于不同要求的工程建设中。