混凝土外添加剂概述

混凝土外加剂概述

张高杰

（江西理工大学资环学院，江西赣州34100）摘要：比较系统的阐述了混凝土外加剂的种类及其概念，而且也详细的描了混凝土外加剂的工作机理，并对混凝土外加剂使用的注意事项加以叙述使读者能对混凝土有一个更加系统的理解。

关键词：混凝土外加剂，混凝土，减水剂，速凝剂，引气剂，缓凝剂混凝土是由水泥、水、砂、石子所组成，其中，水泥是胶结材料，通过

水化反应将砂、石胶结在一起形成一块完整的人造石。水的作用是一要保证水泥的水化，二要保证混凝土有一定的流动度。砂、石约占混凝土总体积的3/4以上，构成混凝土的骨架，保证混凝土有更高的体积稳定性和耐久性，又大大降低了混凝土成本。现代混凝土则是除上述四种材料外增加了第五组分—混凝

土外加剂。

混凝土外加剂（英文：concrete admixtures）简称外加剂，是指在拌制混凝土的过程中掺入用以改善混凝土性能的物质。混凝土外加剂的掺量一

般不大于水泥质量的5%。混凝土外加剂产品的质量必须符合国家标准《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）的规定。

按主要功能分为四类：

(1)改善混凝土拌合物和易性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；

(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；

(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等；

(4)改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂[15]

本文主要就减水剂，引气剂，缓凝剂和速凝剂着重介绍。

<一>减水剂概述

减水剂是混凝土外加剂的一种，可以单独使用，也可与其他功能性组分复配，用来改善新拌和混凝土性能。当在水泥中加入减水剂后，在不改变混合体系组成的条件下，可增加混凝土拌合物的和易性与保坍性；或在

混凝土拌合物的和易性不变条件下，减少拌和用水量以提高混凝土的强度与耐久性，并降低因水泥的水合作用而引起的裂变、收缩及热变形等现象川。在新修订的GB 8076---2008中，按照减水率的大小，将减水剂分为普通减水剂(以木质素磺酸盐类为代表)、高效减水剂(包括萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等)和高性能减水剂(以聚羧酸系减水剂为代表)。建设部于2007年12月推出聚羧酸产品标准JG／T 223--2007(聚羧酸系高性能减水剂》。据中国建筑材料联合会混凝土外加剂分会的统计分析，2007年全国合成混凝土减水剂产量约284．54万t，其中高效减水剂(折成固体计算)225．6万t。占79．3％；高性能减水剂(按照20％液体计算)41．43万t，占14．6％；木质素磺酸盐普通减水剂占6．2％。在各种高效减水剂中，萘系高效减水剂产量占87．5％，脂肪族高效减水剂占5．1％，氨基磺酸盐高效减水剂占4．4％，蒽系高效减水剂占2．1％，密胺系高效减水剂占0．18％fn。

目前我国混凝土减水剂萘系、氨基磺酸盐、三聚氰胺、脂肪族等高教减水刺合成．r艺技术稳定，萘系高效减水剂产量仍然位居各种减水剂之首，聚羧酸系高性能减水剂加速发展，低毒、环保型产品和生产技术已成为新的研究热点。存在的问题主要有：①厂家规模小，合成工艺及检测手段落后删。②产品性能有待提高。从离效减水剂的产量上来看，市场上90％以上是低浓型的萘系减水剂，产品中含有较高含最的硫酸钠，不仅影响减水率，而且会导致减水剂与水泥、减水剂与其他外加剂的相容性变差。③减水剂的清洁生产技术还需加强。传统的减水剂产品多为甲醛缩合物，典型的有萘磺酸甲醛缩合物减水剂、磺化三聚氰胺甲醛缩合物以及氨基苯磺酸盐苯酚甲醛缩合物等，均有可能向大气中释放甲醛有毒物，污染环境，危害人类健、防水剂和泵送剂等。

1 国内常用混凝土减水剂

木质素磺酸盐减水剂是最常用的普通型减水剂，价格便宦，减水率为8％一10％．既可单独使用．也町作为复合型外加剂原料，但该类减水剂易在低水灰比拌合物中造成缓凝，常引入大量空气而影响混凝土的性能。另外木材种类不同，加工工艺不同，也会对混凝土造成一些未知的危害性，渐渐被随后出现的

萘系减水剂所取代。

萘系减水剂产品主要成分为萘磺酸甲醛缩合物．生产工艺简单，是目前我国产量最大、应用面最广的高效减水剂。其减水率一般为20％左右嗍。在合成工艺上，它是用工业萘与硫酸在160--150℃下磺化，经水解与甲醛进行缩合反应，用烧碱中和而随着建筑业对高效减水剂的要求日益提高。低浓型的萘系高效减水剂中硫酸钠含量的居高不下导致了外加剂中碱含量增高、混凝土的耐久性降低，众多工程出现碱骨料反应现象，使用寿命大幅缩短。由于碱骨料反应导致大坝损毁的在国内外屡见不鲜．如巴西的Moxoto大坝和法国的Chambon大坝，前者在工程完工三年后便}岫览了碱骨料反应，后者在建成后50--60年发生了碱骨料反应[03。而且，近年来工业萘出现全球性短缺，价格不断上涨。萘系减水剂的发展应用也因此受到了限制。

三聚氰胺高效减水剂的主要成分为磺化三聚氰胺甲醛缩合物，它是用i聚氰

胺、甲醛及亚硫酸钠在碱性介质中经羟甲基化磺化缩聚而成的一种阴离子型、早强、非引气型高效减水剂，性能优异．对环境友好。由于三聚氰胺价格昂贵。且通常只能以较低浓度的液体形式供应，致使三聚氰胺类减水剂的价格高于萘系减水剂，因而在国内一直不能大量、广泛的使用。

氨基磺酸盐高效减水剂具有减水率高、坍落损失小，且含碱量较低的特点，有利于防止混凝土碱骨料反应，冬季使用无沉淀、结晶等特点，适用于酉C制高性能混凝土。该产品主要成分为氨基苯磺酸盐苯酚甲醛缩合物，它是由对氨基苯磺酸、苯酚在弱碱性(pH值9左右)条件下与甲醛缩合而成的棕色液体减水剂。氨基磺酸盐高效减水剂虽有较高的减水率，但泌水现象严重。

脂肪族类减水剂是一种高减水、高增强的减水剂品种，具有生产工艺简单、生产周期短、生产和使用过程中无三废排放的优点。该产品主要成分为磺化丙酮甲醛缩合物，它是以丙酮与亚硫酸钠(或焦亚硫酸钠。加碱)、甲醛经磺化缩合而成。

聚羧酸高性能减水剂是配制高性能混凝土的重要组成材料，曾在武汉的合武高速铁路、天兴洲大桥等大型重点丁程建设的预拌混凝土中应用，并取得良好的应用效果。高性能混凝土减水剂已成为优质混凝土必不可少的材料。1981年，日本NipponShobubai和Master Builderstechnology(现在的Degussa)开始研制聚羧酸减水剂．并于1986年首先把产品投入市场n。它是一种分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，其分子呈梳形结构，主链上带极性较强的多个活性基团，侧链带有亲水活性基团，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而成。此类产品的分散能力由强静电斥力与空间位阻共同决定[81，具低掺用量、高减水率、高增强效果、高保塑性及体积稳定性的特点。国内市场上的聚羧酸系减水剂按合成所选用的单体叮分成四种不同的种类：甲基丙烯酸／烯酸甲酯共聚物、丙烯基醚共聚物、酰胺／酰亚胺型和两性型产品。然而，聚羧酸减水剂母体性能较为单一，品种不多，渐渐无法满足不同领域不同性能混凝土的要求，对早强、缓凝、泵送等不同性能的需求，无法生产出相应的聚羧酸母体，这极大地制约了聚羧酸系减水剂的广泛应用与发展。

2高效减水剂的作用机理

现在为大家普遍接受的高效减水剂作用机理理论有3种，即静电斥力理论、空间位阻效应理论和反应性高分子缓慢释放理论，这里仅介绍前两种常用的机理理论．

(1)静电斥力理论

高效减水剂大多属于阴离子型表面活性剂．由于水泥粒子在水化初期时其表面带有正电荷Ca2+，减水剂分子中的负离子一Soi，一Coo一就会吸附于水泥粒子上，形成吸附双电层(e电位)，使水泥粒子相互排斥，防止了凝聚的产生．e 电位绝对值越大，减水效果越好，这就是静电斥力理论．该理论【61主要适用于萘系、三聚氰胺系及改性木钙系等目前常用的高效减水剂系统．根据DLVO 理论L2 2I，当水泥粒子因吸附减水剂而在其表面形成双电层后，相互接近的水泥颗粒会同时受到粒子间的静电斥力和范德华引力的作用．Yoshioka等人控3』认为，随着手电位绝对值的增大，粒子间逐渐以斥力为主，从而防止了粒子间的凝聚．与此同时，静电斥力还可以把水泥颗粒内部包裹的水释放出来，使体系处于良好而稳定的分散状态．Daimon等-，41通过研究水泥水化的过程发现，随着

水化的进行，吸附在水泥颗粒表面的高效减水剂的量减少，导电位绝对值随之降低，体系不稳定，从而发生了凝聚．

(2)空间位阻效应理论

这一理论主要适用于正处于开发阶段的新型高效减水剂——聚羧酸盐系减水剂．该类减水剂结构呈梳形，主链上带有多个活性基团，并且极性较强，侧链也带有亲水性的活性基团．Collepar—di∽J对氨基磺酸盐系(SNF)和聚羧酸盐系(PC)高效减水剂进行了比较，发现：在水泥品种和水灰比均相同的条件下，当SNF和PC高效减水剂掺量相同时，水泥粒子对PC的吸附量以及掺PC水泥浆的流动性都大大高于掺SNF系统的对应值．但掺PC系统的手电位绝对值却比掺SNF系统的低得多，这与静电斥力理论是矛盾的．这也证明PC发挥分散作用的主导因素并不是静电斥力，而是由减水剂本身大分子链及其支链所引起的空间位阻效应．Uchikawa[25]的研究结果也表明，静电斥力理论适用于解释分子中含有一SOi基团的高效减水剂，如萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂等，而空间位阻效应则适用予聚羧酸盐系高效减水剂．

Christopher等人心6J指出，具有大分子吸附层的球形粒子在相互靠近时，颗粒之间的范德华力是决定体系位能的主要因素．当水泥颗粒表面吸附层的厚度增加时，有利于水泥颗粒的分散．聚羧酸盐系减水剂分子中含有较多较长的支链，当它们吸附在水泥颗粒表层后，可以在水泥表面上形成较厚的立体包层，从而使

水泥达到较好的分散效果[1-3]．

<二>引气剂概述

混凝土引气剂是最古老的外加剂之一，美国最早开始研究，并在四十年代应用于混凝土抗冻工程中。我国是五十年代开始引气剂的研究，现在随着混凝土技术发展的需要，特别是引进国外施工设备和国外工程公司进入我国施工市场，引气荆也开始得到广泛重视。

目前我国使用的引气剂主要有三种：即十二烷基苯磺酸类和三帖皂苷类及松香热聚物引气剂。这三种引气剂的作用都是在混凝土拌和物拌和过程中引入空气，在混凝土内部产生气泡。十二烷基苯磺酸类所产生的气泡体积大．消泡时间短、气泡的稳定性差只能改善混凝土拌和物的和易性或起到减少泌水的作用，气泡随时间的延长不断破碎积聚成大气泡，如果在混凝土浇注时不注意振捣工序排出气泡，会影响到建筑物的表观质量，因此十二烷基苯磺酸类引气剂不能明显提高混凝土的耐久性。三帖皂苷类及松香热聚物引气剂相对比，三帖皂类引气剂所产生的气泡泡壁厚，气泡单分子崩压强度高于松香热聚物引气剂，从表面看来，似乎是其气泡质量好于松香热聚物引气剂，由于引气剂在混凝土拌和物中起到象滚珠一样的润滑作用，从而改善混凝土和易性、可泵性及减少泌水。而三帖苷皂类引气剂所产生的

气泡泡壁较厚、强度高、气泡的积聚性强，相互之间的阻力大。因此不能有效的均匀分散到混凝土内部从而使其在改善混凝土拌和物的和易性、可泵性及减少泌水方面反而不及松香热聚物引气剂。

引气剂作用机理

我国目前使用的这三种引气剂对混凝土的作用机理基本相似。引气剂大部分是阴离子表面活性剂，在水一气界面上，憎水基向空气一面定向吸附；在水泥～水界面上，水泥或其水化粒子与亲水基相吸附，憎水基背离水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附层，并力图靠近空气表面，由于这种粒子向空气表面靠近和引气剂分子在空气一水界上的吸附作用，显著降低水的表面张力，使混凝土在拌和过程中产生大量的微气泡，这些气泡有带相同电荷的定向吸附层，所以相互排斥并能均匀分布；另一方面许多阴离子引气剂在含钙量高的水泥水溶液中有钙盐沉淀，吸附在气泡膜上，能有效地防止气泡破灭，引入的细小均匀的气泡能在一定时闻内稳定存在。引气剂主要作用是引入气泡，其次是分散和润湿作用。引气剂最早是作为高混凝土抗渗性、抗冻性、抗盐冻剥蚀性而使用的外加剂。其主要原理是引气荆引入的小气泡切断毛细管的通路，降低毛细管作用，从而提高混凝土的抗渗性。这些微气孔在冰冻过程中能释放毛细管内的冰晶膨胀压力，从而避免生成破坏压力，减少和防止冻融的破坏作用，提高混凝土的抗冻f_t。

经长期实践证明，引气剂能显著改变新拌t昆凝土的性能。在原材料比例不变的条件下，引气剂可以提高混凝土的流动性；而在相同坍落度下，掺有引气荆的t昆凝土其浆体和易性、流动性、塑性、浇注性、捣实性等非测量指标是不掺引气剂的混凝土浆体所不能比拟的，引气剂可以降低拌和用水量。另外，引气剂还可降低新拌混凝土的坍落度损失。

随着施工技术和高层建筑的发展需要，混凝土的可泵性能显得愈来愈重要。实际上，可泵性是混凝土工作性良好的一种特殊表现形式，由于引气剂增加混凝土的内聚性和物料间的润滑作用，降低了胀流，使泵送时不会过度离析和泌水，因此引气剂可提高新拌混凝土的可泵性能。但是泵送混凝土的含气量也不宜太高，因为过大的含气量造成空气的,--j-压

缩性，增加泵送时的泵压损失和降低混凝土的泵送效率。因此泵送混凝土和大体积混凝土工程，以及道路和其它土木建筑工程广泛采用引气混凝土。即使是没有抗冻或抗除冰盐要求的环境中也是如此。

引气剂是混凝土外加剂中一个重要的独立品种。随着科技的发展，提高引气剂的质量是摆在我们面前的重要课题。一种优良的引气剂必须具备良好的发泡能力和稳定性能，同时具有良好的气泡结构和小的强度损失率，并与其它外加剂具有强的复合性，使用起来方便安全，价格合理。因此如何将引气剂的应用拓展到高性能混凝土领域，使其在改善混凝土耐久性和工作性的同时，不至于对其强度造成很大程度的负效应，是我们今后研制开发的重点[4-5]

<三>缓凝剂概述

缓凝剂是一种能推迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持塑性。方便浇注，提高施工效牢，同时对混凝土后期各项性能不会造成不良影响的外加剂。目前．木质素硫磺盐是产量较大、应用较为广泛的缓凝剂。除此以外，糖蜜类、羟基

羧酸类以及少数无机盐类缓凝剂也得到了普遍使用。因此。结合缓凝剂的不同种类，论述了

缓凝荆的缓凝作用机理。

1缓凝剂的种类

缓凝剂的种类按其化学成可分为无机缓凝剂和有机缓凝剂两大类。

1．1无机缓凝剂

(1)磷酸盐、偏磷酸盐类缓凝剂磷酸盐、偏磷酸盐类缓凝剂是近年来研究较多的无机缓凝剂。正磷酸(H，P00的缓凝作用并不大，但各种磷酸盐的缓凝作用却较强。在相同掺量情况下，磷酸盐类缓凝刺中缓凝作用最强的是焦磷酸钠(№：P 如7)。

(2)硼砂(Na：BJ畴·10H20)色粉末状结晶物质。吸湿性强，易溶于水和甘油，水溶液呈弱碱性．在干燥的空气中易缓慢风化。

(3)氟硅酸钠(NaZi瞄白色结晶物质，密度2．689·tin4，微溶于水．不溶于乙醇，有腐蚀性。一般掺量为水泥用量的0．1％-0．2％。

1．2有机缓凝剂

有机缓凝剂按其官能团的不同可分为木质紊磺酸盐、羟基羧酸及其盐、多元醇及其衍生物、糖类及碳水化合物等。

(1)羟基羧酸、氨基羧酸及其盐此类缓凝剂的分子结构中含有羟基，羧酸基或氨基，常见的此类缓凝剂有柠檬酸、葡萄糖酸、水杨酸等及其盐。此类缓凝剂的缓凝效果较强，掺量一般为水泥用量的O．05％--O．2％。

(2)多元醇及其衍生物多元醇及其衍生物的缓凝作用较稳定，特别是在使用温度变化时仍有较好的稳定性。其中一元醇缓凝作用较小．但随烷基的增加。表面话性增强；二元醇中的乙二醇基本没有缓凝作用，丙二醇以后的二元醇缓凝作用逐渐增强；丙三醇缓凝作用很强，甚至可以使水泥水化作用完全停止。此类缓凝剂掺量一般为水泥用量的0．05％-0．2％之间。

(3)糖类

葡萄糖、蔗糖及其衍生物和糖蜜及其衍生物．由于原料广泛、价格低廉，同时具有一定的缓凝作用。因此使用也较为广泛。其掺量一般为胶凝材料用量的O．1％-0．3％。

2缓凝剂的作用机理

2．1无机缓凝剂作用机理

水泥浆体凝聚过程的发展取决于水泥矿物的组成和胶体粒子问的相互作用．同时也取决于水泥浆体中电解质的存在状态。如果胶体粒子之间存在相当强的斥力，水泥凝胶体系将是稳定的．否则将产生凝聚。电解质能在水泥矿物颗粒表面构成双电层，并阻止粒子的相互结合。当电解质过龟时，双电层被压缩，粒子问的引力强，水泥凝胶体开始凝聚。绝大多数无机缓凝剂都是电解质盐类，可以在水溶液中电离出带电离子。阳离子的置换能力随其电负性的大小、离子半径以及离子浓度不同而变化。而同价数的离子的凝聚作用取决于它的离子半径和水化程度。一般来讲，原子序数越大，凝聚作用越强。难溶电解质的溶度积也会对水泥浆体系稳定状态产生影响。水泥的水化过程本质上就是一种低溶解度的固体与水生成更低溶解度的固体产物的反应过程。也就是说，这是—个随水泥浆体系中液相量不断消耗，而与之

相接触的固相量不断增加的过程。因此，无机电解质的加人会影响Ca(OH)：、C —S—H析出成核及C—A—S—H的形成过程，进而延迟了水泥的凝结硬化。

2．2有机缓凝剂作用机理

(1)羟基羧酸、氨基羧酸及其盐

此类缓凝荆对硅酸盐水泥的缓凝作用主要在于它们的分子结构中含有—OH 等络合物形成基。羟基在水泥水化产物的碱性介质中与游离的ca“生成不稳定的络合物，在水化初期控制了液相中的c8“的浓度，产生缓凝作用。随着水化过程的进行。这种不稳定的络合物将自行分解，水化将继续正常进行，并不影响水泥后期水化。其次，羟基、氨基、羧基均易与水分子通过氢键缔合，再加上水分子之问的氢键缔合．使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜．阻止了水泥颗粒键的直接接触，阻碍水化的进行。

(2)糖类、多元醇类及其衍生物

此类缓凝剂对水泥的水化反应具有程度不同的缓凝作用，其缓凝作用在于羟基吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的O。形成氧键，同时，其他羟基又与水分子通过氢键缔合，同样使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，从而抑制水泥的水化进程。在醇类的同系物中，随其羟基数目的增加，缓凝作用逐渐增强。单糖、低聚糖。如葡萄糖、蔗糖等，均具有较强的缓凝作用。它们的缓凝机理同醇类。

(3)糖蜜类减水刑

糖蜜中的主要成分是己糖酸钙．具有较强的固一液表面活性，因此能吸附在水泥矿物颗粒表面形成溶剂化吸附层。阻碍颗粒的接触和凝聚．从而破坏了水泥的絮凝结构．使水泥的初期水化糖钙含有多个羟基，对水泥的初期水化有较强的抑制作用，可以使游离水增多，提高了水泥浆的流动性。糖蜜属于非引气型缓凝剂，原因在于它的气一液界面活性较低，不利于降低水的表面张力，因而引气量不大闻。

3结论

(1)大多数无机缓凝剂是电解质盐类，在水溶液中电离出带电离子，产生置换和凝聚作用，在水泥的凝结硬化过程中产生难溶的膜层，阻止水泥的水化，产生缓凝效果。

(2)有机缓凝剂分类不同，缓凝机理不同。主要依靠形成络合物、水化薄膜、吸附层等来延缓水泥的水化[6]。

<四>速凝剂概述

速凝剂是混凝土调凝剂的一种，调凝剂是调节水泥凝结时间的外加剂。这类外加剂对混凝土的凝结时间和强度发展影响显著，其中有些调凝剂能促使混凝土的凝结，称为速凝剂；有些能显著促进混凝土的强度发展称为早强剂；还有些能明显延缓混凝土的凝结，则成为缓凝剂。它们对混凝土凝结作用的差异，为各类混凝土工程的质量提供了保证。

速凝剂能使混凝土在很短时间内凝结、硬化，因而广泛应用于喷射混凝土、灌浆止水混凝土及抢修补强工程中。其的主要性能特点是：

⒈ 有较高的早期强度，后期强度降低不能太大。

⒉ 使混凝土喷出或浇筑后3—5min内初凝，10min之内终凝。

⒊ 使混凝土具有一定的黏度，防止喷射混凝土回弹率过高。

⒋ 尽量减小水灰比，防止收缩开裂，提高抗渗性能。

⒌ 对钢筋无锈蚀作用。

速凝剂按其成分大致可以分成以下三类：

（1）铝氧熟料—碳酸盐系

主要速凝成分为铝氧熟料、碳酸钠以及生石灰。

铝氧熟料是有铝矾土矿（主要成分为NaAlO

2,其中NaAlO

2

含量可达60%—80%）

经过煅烧而成。属于此类速凝剂的产品有红星Ⅰ型、711型、782型等。

红星Ⅰ型速凝剂：是由铝氧熟料（主要成分NaAlO

2）、碳酸钠（NaCO

3

）、

生石灰（CaO）按质量比1：1：0.5的比例配制而成，粉磨细度接近于水泥。成分中偏铝酸钠占20%、氧化钙占20%、碳酸钠占40%，其余为无速凝作用的硅酸二钙、硅酸钠和铁酸钠。

711型速凝剂：是有铝矾土、碳酸钠、生石灰按一定比例配合成生料，将生料在1300度左右的高温下煅烧成铝氧烧结块，再将其与无水石膏按质量比3：1（铝氧烧结块：无水石膏）共同粉磨制成。其中偏铝酸钠占37.5%、无水石膏占25%，其余为硅酸二钙及中性钠盐等。

782型速凝剂：是由矾泥、铝氧熟料和生石灰按质量比74.5%:14.5%:11%的比例配制而成,这类速凝剂含碱量高，虽然早期强度发展快，但后期强度降低较大，但加入无水石膏后可以降低一些碱度和提高些后期强度。

（2）铝氧熟料—明矾石系

主要成分为铝矾土、芒硝（Na

2SO

4·

10H

2

O），经过煅烧成为硫铝酸盐熟料后，

再与一定比例的生石灰、氧化锌共同研磨而成。产品的主要成分为：偏铝酸钠、硅酸三钙、硅酸二钙、氧化钙和氧化锌。如阳泉一号即为此类速凝剂。这类速凝剂含碱量低一些，且由于加入氧化锌而提高了后期强度，但早期强度的发展却慢了一点。

（3）水玻璃系

以水玻璃（硅酸钠）为主要成分，为降低黏度需要加入重铬酸钾，或者加入亚硝酸钠、三乙醇胺等。其生产方法是将水玻璃调整到波美度30，再适当加入其他辅料。

属于此类速凝剂的产品有NS水玻璃速凝剂。国外产品有奥地利的西卡-1，瑞士的西古尼特-W。这类速凝剂凝结、硬化很快，早期强度高、抗渗性好，可以在低温下施工，缺点是收缩大。

前三类速凝剂都是以铝酸盐和碳酸盐或者硅酸钠为主要成分，再与其他无机盐类复合而成，一般的速凝剂都是用粉煤灰复配而成。

水玻璃系作用机理

以硅酸钠为主要成分的水玻璃系速凝剂，主要是硅酸钠与水泥水化产物氢氧化钙反应：

Na

2O ·nSiO

2

+Ca(OH)

2

→(n-1)SiO

2

+CaSiO

3

+2NaOH

反应中生成大量氢氧化钠，如前所述促进了水泥水化，从而迅速凝结硬化。

液体速凝剂一般都是烧碱和铝矾土反应生成主要成分为偏铝酸钠的水溶液，从而起到速凝作用。

因此，在水泥—速凝剂—水的体系中，由于Al

2(SO

4

)

3

等电解质的竭力，以及

水泥粉磨过程中所加石膏的溶解，使水化初期溶液中的硫酸根离子浓度骤增并与

溶液中的Al

2O

3

,Ca(OH)

2

等组分急速反应，迅速声称微针柱状的钙矾石及中间次

生成物石膏，这些新生晶体的生长、发展，在水泥颗粒间交叉连生成网络状结构而速凝。同时速凝剂中的铝氧熟料及石灰，不但提供了有利的放热反应，为整个水化体系提供40o C左右的反应温度，促进了水化产物的形成和发展，从而达到速凝的效果。

速凝剂对新拌混凝土性能的影响主要表现在缩短初、终凝时间，一般都可以做到3～5min内初凝，10min内终凝。

常见的国内速凝剂的性能：

凝结时间长短除与速凝剂本身成分、掺量及性能有关外，还取决于水泥品种和环境温度。

水泥品种对速凝效果的影响次序为：硅酸盐水泥〉普通硅酸盐水泥>矿渣硅酸盐

水泥。这主要是由水泥中C

3A、C

3

S相对含量的多少决定的。

使用时的环境温度对速凝效果影响很大，例如红星Ⅰ型：

掺量3% 20O C 初凝2min15s 终凝5min55s

10O C 初凝3min45s 终凝11min

掺量4% 5 O C 初凝5min25s 终凝13min

凡是使用速凝剂的混凝土后期强度都要低一点，为了弥补后期强度的损失，除加强养护外，还可以复合减水剂一起使用，保持相同流动度情况下，由减水降低水灰比来弥补强度损失。且速凝剂对混凝土的收缩有增大的趋势，这主要是由于水泥早期水化过快。

速凝剂是用量最大的混凝土外加剂，现在市场上的速凝剂都存在碱度过高的缺陷，或多或少的影响着混凝土的强度，因此在生产过程中一定要按照严格的物料配比来生产，使其碱度达到最低；有机类虽然不存在碱度的问题，但是其成本太高，很难在工程上大量使用。除有机速凝剂之外，快速凝结是随着钙矾石形成和增长而发生的。液体速凝剂优于粉末状速凝剂也已得到了验证。生成物安全的

无腐蚀性的速凝剂将会进入市场。速凝剂价格也是个十分敏感的问题。在市场经济条件下，合理的价格是任何一种速凝剂产品推广应用的前提。目前国外生产的速凝剂大多数虽然性能优良，但价格偏高。如2001年在我国进行市场推广的一种意大利速凝剂产品价格为11 000元/t，而我国目前市场上销售的SI KA和MBT 系列无碱液态速凝剂价格仅为5 000元//t左右。我国目前生产和销售的速凝剂产品价格虽然低于进口产品，但与传统速凝剂相比，价格仍偏高。速凝剂在未来有着很大的发展空间，同时也要求研发新型廉价的产品，从而满足工程上的各种需求，尤其是我国的速凝剂水平还跟发达国家存在着很大的差距，尤其是我国液态速凝剂的发展远远落后于国外，市售速凝剂大多数是粉状速凝剂，施工中普遍存在粉状速凝剂添加不均匀和粉尘较大的问题。液态速凝剂在使用性能上明显优于粉状速凝剂，这已是业内人士的共识。尤其是国际上盛行的质量稳定、扬尘少、回弹损失低、喷射作业综合经济效益高的湿喷施工方法的推广应用，在很大程度上有赖于湿喷机械和液态速凝剂的提供。所以更加要改进我们的技术，加快我国的混凝土外加剂的进步步伐[7-12]。

<五>外加剂使用注意事项

虽然外加剂在我国的应用至今已有四十年的历史了，但是，如果使用不当，便会导致工程质量问题。如：某大桥预应力梁在冬季12月份至1月份，使用秋季使用过的高效减水剂施工，致使混凝土浇注24h还未凝固，并且在浇注17d 后还不能张拉钢筋。由于在使用过程中出现一些问题，致使有些单位不愿使用这一新技术，所以对外加剂应有一个较全面的认识。根据笔者这几年使用外加剂的经验，谈谈正确的使用方法及注意事项，以期为加快外加剂使用和发展起到推动作用。

1 混凝土外加剂应用前景

在混凝土或砂浆中掺人少量外加剂。可改善混凝土的多种性能，节约水泥用量，降低工程造价，缩短施工周期，是一项使用方便效果显著的技术。在日本、北欧等国家几乎在所有的混凝土中都采用外加剂，外加剂研究和使用早已成为混凝土材料及工艺中的一个重要课题。由于外加剂在混凝土中所起的重要作用，以致在某些混凝土工程中已经将外加剂作为配制混凝土必不可少的第五种组成材料，甚至有些国家已经把发展外加剂作为发展水泥新品种的重要手段。为了改善混凝土的性能，外加剂将成为混凝土不可缺少的一个组成部分。目前许多大的工程都采用高强混凝土，设计强度达到C50、C60、C80，这些混凝土必须掺用高性能外加剂方能满足

设计要求。

2 外加剂的功效

使用混凝土外加剂，不仅是为了降低成本，提高经济效益，它有广泛的用途。不同的外加剂有各自的功效：如减水剂有减水作用、加气剂有加气作用、调凝剂有调凝作用等。综合起来，外加剂可发挥如下作用：(1)能改善施工条件，减轻体力劳动，并有利于机械化施工，对保证及提高工程质量有积极作用，能使以前

难以完成的高质量的工程在现有条件下完成。例如：可掺加高效能减水剂在工地条件下配制C80--C90的超高强混凝土，配制泵送混凝土等。(2)能减少养护时间，可缩短蒸养时间，可以提早拆模加速模板周转，还可以提早对预应力钢筋混凝土放张、剪筋，总之，可以加快施工进度。(3)能提高或改善混凝土质量。许多外加剂，可以提高混凝土强度，增加耐久性、密实性、抗冻性、抗渗性，改善其干燥收缩徐变性，有些外加剂能提高钢筋的耐蚀性等。只要掺用得当是不会降低混凝土性能的。

(4)可以节约能源。如节约水泥；能增加混凝土和易性，从而使得振捣、抹平等工序顺利进行，缩短振捣抹面时间，降低电耗和油耗。

3使用外加剂应注意的事宜

必须认识到外加剂对混凝土有双重作用，使用得当能发挥良好作用，使用不当则会起反作用，其中存在着水泥对外加剂的适应性和掺量问题。

3．1水泥的适应性

就减水性而言，不同减水剂品种对水泥的分散、减水、增强效应不同，对于同一种减水剂，不同水泥品种其减水增强效果也很不相同。水泥中GA含量高的水泥以及熟料中含碱量高的水泥，加入减水剂后减水效果很差。水泥中作调凝剂的石膏或工业废石膏作调凝剂时会出现异常现象，GA含量越大凝结越快，当GA含量大于8％时，混凝土就会发生速凝现象，这就是水泥对外加剂的适应性。为了更好地使用外加剂，应该将选用的外加剂对所使用的

水泥做流动度试验，根据试验结果决定能否使用，切勿凭主观推断，盲目使用，否则会导致严重后果。据调查，许多施工单位，在外加剂使用之前，大多都未进行水泥与外加剂的适应性检验，这样很易造成质量事故。

3．2掺量问题

各种外加剂都有一个最适宜的掺量，它是根据外加剂的质量以及所使用的水泥、骨料情况而定的。掺量过小，外加剂起不到应有的作用，达不到预期效果；掺量过高，不仅不能达到预期目的，还会起到相反作用。所以使用前，应通过试验确定最合适的掺量，当不能达到预期效果时，应改变掺量及对水泥、骨料、用水量进行调整，以达到最优效果。

3．3外加剂的合理使用

欲合理使用各种外加剂，至少要做到下面几点，才能保证工程质量。(1)掺量准确，在施工时要准确按设计掺量掺加外加剂。如果是液体，液体浓度要准确测定；如果是粉剂，应均匀准确加入，使其误差控制在±2％之内。(2)掺加均匀，一定要设法使外加剂在整个拌和物中均匀分布，使其充分发挥作用，避免局部过浓产生不良后果。粉剂如与水泥一起加入，应散布开，并适当延长干拌时间；液剂也要散布均匀，防止局部集中的现象发生。(3)掺加工序不能乱。对于掺加几种外加剂的混凝土，要注意其掺加的先后顺序，有可能是先加，也有可能是后加。有的运到现场后再补加。所以外加剂加入有一定顺序，不能搞乱。(4)随着季节的不同(环境温度不同)应及时更换外加剂。不同的外加剂有不同的特性，如前面提到的，某单位在某大桥预应力梁的施工过程中，因外加剂使用不当而出现的问题，是因为在冬12月份至1月份，气温已在零下而仍然采用秋季使用的高效减

水剂，这种外加剂具有一定的缓凝作用，并且防冻效果不好，在气温比较低的情况下，凝结速度更缓，致使24h不凝固，强度进展缓慢。所以由秋季过度到冬季施工时。应提前更换混凝土外加剂的品种，冬季时应使用防冻早强型外加剂，为冬季施工做好准备。

4 使用外加剂的几点体会

为很好地利用混凝土外加剂，使其发挥应有的效应，在使用中应采用一些措施。(1)认真做好外加剂的对比选定工作。在选择外加剂品种时，应以混凝土技术性能、施工工艺条件施工的季节、使用的目的，并通过技术经济比较来确定。不能盲目使用。外加剂品种名目繁多，在选择产地时要进行实际考察，要选一些正宗的、有一定生产历史和经验的大厂产品，不要轻信某些产品广告，否则，将造成财、力、时的浪费。(2)加强外加剂对水泥适应性的鉴定工作。在外加剂使用之前，首先鉴定外加剂对所用水泥的适应性，避免因外加剂加入而使混凝土产生速凝现象，造成质量事故。鉴定通过水泥净浆扩散度试验确定，适应性好的减水扩散度大，反之就小。在施工过程中，更换水泥品种或使用不同生产厂家的水泥时，首先做水泥适应性试验，避免事故发生。据调查，许多单位在施工过程中，更换水泥品种或使用不同生产厂家的水泥时，均不做水泥适应性试验，这样很容易造成质量事故，应该引起重视。(3)加强掺外加剂混凝土配合比选定工作。首先认真做好普通混凝土的基准配合比，然后在此基

础上，确定外加剂最适应的掺量，通过28d强度来确定最佳配合比。(4)在施工中保证掺量准确。为使外加剂掺量准确，在施工中应采取一些简单可行的措施，对于非搅拌站，当采用干粉法时，根据每盘搅拌数量，外加剂掺量大小，用一个固定容器来掺加，或者采用将每

盘外加剂掺加数量提前称量准确，装人一个个小塑料袋中，等施工时一袋袋准确加入，从而保证每盘混凝土中掺外加剂的准确性，避免量不准确而产生副作用。

(5)保证掺加均匀。为保证外加剂在混凝土拌合物中的均匀分布，也应采取一些措施。当采用干粉法时，首先尽可能地撒在拌和料上，而不要将其集中在某一个部位。第二，适当延长搅拌时间，一般延

长30s，但总搅拌时间不超过3min。对于易溶入水的外加剂，将其配制成一定浓度的溶液，然后通过搅拌机自动计量与水一起加入搅拌机，这样无需延长搅拌时间，外加剂就能很均匀地分散到拌合物中。(6)设专人负责。为保证掺加质量，在使用外加剂时，每次都派专人负责，在操作之前，首先对这些工人专门培训，认真交代掺加办法，以确保掺量准确[13-14]

[参考文献]

1郭登峰，刘红，刘准. 江苏江阴. 混凝土减水剂研究现状和进展[期刊论文]2010

2 王国建，魏敬亮 . 上海混凝土高效减水剂及其作用机理研究进展[期刊论文] 建筑材料学报2004

3赵石林，张孝兵，黄小彬. 江苏南京混凝土高效减水剂的性能与作用机理钱晓琳[期刊论文]，南京工业大学学报2002

4 咎宝林 . 内蒙古浅谈混凝土引气剂的作用机理及应用技术内蒙古石

油化工[期刊论文] 2007

5高涛. 山西引气剂在水泥混凝土中的应用山西建筑[期刊论文] 2010

6 车广杰山东青岛混凝土缓凝剂的分类及其作用机理建筑工程[期刊论文] 2010

7 刘晨，龙世宗，邬燕蓉，颜碧兰混凝土速凝剂促凝机理新探建筑材料学报[期刊论文]2010

8 杨仁树，肖同社，刘波，牛学超北京喷射混凝土速凝剂的应用与发展中国矿业[期刊论文] 2005

9潘志华程建坤江苏南京水泥速凝剂研究现状及发展方向建井技术[期刊论文] 2005 10石建．何水清江苏徐州喷射混凝土速凝剂影响因素及应用混凝土[期刊论文] 2003 11李恒乐重庆速凝剂的分类及作用机理重庆文理学院[期刊论文] 2012

12兰明章杨进波北京用硫酸铝配制混凝土的研究现状北京工业大学[期刊论文] 2012

13 路俊志陈长民山东济南混凝土外加剂的正确时使用方法及注意事项山东建材[期刊论文] 2010

14杜桂伏安徽合肥混凝土外加剂的应用及注意事项建筑工程[期刊论文] 2010

15林忠寿武汉无机非金属材料工学武汉理工大学出版社2012

（Jiangxi University of Science and Technology）

资源与环境学院矿物加工工程专业（College of resources and environment）（Mineral processing engineering）

矿物材料学导论作业

矿加103班 28号

张高杰

2012/12/17