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混凝土外加劑(下)

 

    (三)引氣劑

    引氣劑是指混凝土在攪拌過(guò)程中能引入大量均勻、穩(wěn)定且封閉的微小氣泡的外加劑。氣泡直徑一般為0.02~1.0mm,絕大部分<0.2mm。其作用機(jī)理為引氣劑作用于氣-液界面,使表面張力下降,從而形成穩(wěn)定的微細(xì)封閉氣孔。常用引氣劑有松香樹(shù)脂、烷基苯磺堿鹽、脂肪醇磺酸鹽等等。最常用的為松香熱聚樹(shù)脂和松香皂兩種。摻量一般為0.005%~0.01%。嚴(yán)防超量摻用,否則將嚴(yán)重降低混土強(qiáng)度。當(dāng)采用高頻振搗時(shí),引氣劑摻量可適當(dāng)提高。

    1.引氣劑的主要功能。

    (1)改善混凝土拌合物的和易性。在拌合物中,相互封閉的微小氣泡能起到滾珠作用,減小骨料間的摩阻力,從而提高混凝土的流動(dòng)性。若保持流動(dòng)性不變,則可減少用水量,一般每增加1%的含氣量可減少用水量6%~10%。由于大量微細(xì)氣泡能吸附一層穩(wěn)定的水膜,從而減弱了混凝土的泌水性,故能改善混凝土的保水性和粘聚性。

    (2)提高混凝土耐久性。由于大量的微細(xì)氣泡堵塞和隔斷了混凝土中的毛細(xì)孔通道,同時(shí)由于泌水少,泌水造成的孔縫也減少。因而能大大提高混凝土的抗?jié)B性能。提高抗腐蝕性能和抗風(fēng)化性能。另一方面,由于連通毛細(xì)孔減少,吸水率相應(yīng)減小,且能緩沖水結(jié)冰時(shí)引起的內(nèi)部水壓力,從而使抗凍性大大提高。

    2.引氣劑的應(yīng)用和注意事項(xiàng)。引氣劑主要應(yīng)用于具有較高抗?jié)B和抗凍要求的混凝土工程或貧混凝土,提高混凝土耐久性,也可用來(lái)改善泵送性。工程上常與減水劑復(fù)合使用,或采用復(fù)合引氣減水劑。

    由于引氣劑導(dǎo)致混凝土含氣量提高,混凝土有效受力面積減小,故混凝土強(qiáng)度將下降,一般每增加1%含氣量,抗壓強(qiáng)度下降5%左右,抗折強(qiáng)度下降2%~3%。故引氣劑的摻量必須通過(guò)含氣量試驗(yàn)嚴(yán)格加以控制,普通混凝土中含氣量的限值可按表4-19控制:

表4-19 混凝土含氣量限值
粗骨料最大粒徑(mm)
10
15
20
25
40
含氣量(%)≤
7.0
6.0
5.5
5.0
4.5
    (四)緩凝劑
   
    緩凝劑是指能延長(zhǎng)混凝土的初凝和終凝時(shí)間的外加劑。最常用的緩凝劑為木鈣和糖蜜。糖蜜的緩凝效果優(yōu)于木鈣,一般能緩凝3h以上。

    緩凝劑的主要功能有:

    1.降低大體積混凝土的水化熱和推遲溫峰出現(xiàn)時(shí)間,有利于減小混凝土內(nèi)外溫差引起的應(yīng)力開(kāi)裂。

    2.便于夏季施工和連續(xù)澆搗的混凝土,防止出現(xiàn)混凝土施工縫。

    3.便于泵送施工、滑模施工和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

    4.通常具有減水作用,故亦能提高混凝土后期強(qiáng)度或增加流動(dòng)性或節(jié)約水泥用量。

    (五)速凝劑

    速凝劑是指能使混凝土迅速硬化的外加劑。一般初凝時(shí)間小于5min,終凝時(shí)間小于10h,1h內(nèi)即產(chǎn)生強(qiáng)度,3天強(qiáng)度可達(dá)基準(zhǔn)混凝土3倍以上,但后期強(qiáng)度一般低于基準(zhǔn)混凝土。常用的速凝劑品種有紅星I型、711型、782型和8604型等。

    速凝劑主要用于噴射混凝土和緊急搶修工程、軍事工程、防洪堵水工程等。如礦井、隧道、引水涵洞、地下工程巖壁襯砌、邊坡和基坑支護(hù)等等。

    (六)防凍劑

    防凍劑指能使混凝土中水的冰點(diǎn)下降,保證混凝土在負(fù)溫下凝結(jié)硬化并產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的外加劑。絕大部分防凍劑由防凍組分、早強(qiáng)組分、減水組分或引氣劑復(fù)合而成,主要適用于冬季負(fù)溫條件下的施工。值得說(shuō)明的一點(diǎn)是,防凍組分本身并不一定能提高硬化混凝土抗凍性。常用防凍劑各類有:

    1.氯鹽類防凍劑:以氯化鈣、氯化鈉為主與其它低溫早強(qiáng)劑、減水劑、引氣劑等復(fù)合而成。

    2.氯鹽類阻銹防凍劑:以氯鹽和阻銹劑(亞硝酸鈉、亞硝酸鈣)為主與其它低溫早強(qiáng)劑、減水劑、引氣劑等復(fù)合而成。

    3. 氯鹽類防凍劑:以亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽為主要組分。

    4.無(wú)氯低堿/無(wú)堿類防凍劑:以亞硝酸鈣、CO(NH22等為主要早強(qiáng)防凍組分,是一種具有較好發(fā)展前景的外加劑。

    (七)膨脹劑

    膨脹劑是指能使混凝土產(chǎn)生一定體積膨脹的外加劑。摻入膨脹劑的目的是補(bǔ)償混凝土自身收縮、干縮和溫度變形,防止混凝土開(kāi)裂,并提高混凝土的密實(shí)性和防水性能。常用膨脹劑品種有硫鋁酸鈣、氧化鈣、氧化鎂、鐵屑膨脹劑和復(fù)合膨脹劑。也有采用加氣類膨脹劑,如鋁粉膨脹劑。

    目前建筑工程中膨脹劑的應(yīng)用越來(lái)越多,如地下室底板和側(cè)墻混凝土、鋼管混凝土、超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土、有防水要求的混凝土工程等等。膨脹劑應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題:

    1. 格按照規(guī)定摻量摻加。摻量過(guò)低膨脹率小,起不到補(bǔ)償收縮作用;摻量過(guò)高則會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

    2.摻膨脹劑混凝土應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。尤其是早期養(yǎng)護(hù),以保證充分發(fā)揮膨脹劑的補(bǔ)償收縮作用,澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14天。如果不能保證充分潮濕養(yǎng)護(hù),有可能產(chǎn)生比不摻膨脹劑更大的收縮,導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

    (八) 加氣劑

    以化學(xué)反應(yīng)的方法引入大量封閉氣泡,用以調(diào)節(jié)混凝土的含氣量和表觀密度,也可以用來(lái)生產(chǎn)輕混凝土。常用的加氣劑有:

    1.H2釋放型加氣劑:主要是較活潑的金屬Al、Mg、Zn等在堿性條件下與水反應(yīng)放出H2氣。

    2.O2釋放型加氣劑:H2O2在氧化劑Ca(ClO)2、KMnO4等作用下放出O2氣。

    3.N2釋放型加氣劑:主要是分子中含有N-N鍵的化合物,如偶氮類或肼類化合物在活化劑如鋁酸鹽、銅鹽的作用下釋放出N2氣。

    4.C2H2釋放型加氣劑:碳化鈣與水反應(yīng)生成乙炔氣體。

    5.空氣釋放型加氣劑:通過(guò)30目篩的流化焦或活性炭在混凝土拌制過(guò)程中逐漸釋放吸附的空氣。

    6.高聚物型加氣劑:異丁烯-馬來(lái)酸酐共聚物的Mg鹽、天然高分子物質(zhì)(如水解蛋白質(zhì)和適量增稠劑),配成水溶液,用發(fā)泡機(jī)制得密度為0.1~0.2kg/L的泡沫,引入水泥砂漿或混凝土中,硬化后即得輕質(zhì)砂漿或混凝土。

    綜合考慮引氣質(zhì)量、可控制性和經(jīng)濟(jì)因素,實(shí)際工程中以Al粉較常用。

    (九) 絮凝劑

    絮凝劑主要用以提高混凝土的粘聚性和保水性,使混凝土即使受到水的沖刷,水泥和集料也不離析分散。因此,這種混凝土又稱為抗沖刷混凝土或水下不分散混凝土,適用于水下施工。常用的品種有:

    1. 纖維素系:主要是非離子型水溶性纖維素醚,如親水性強(qiáng)的羥基纖維素(HEC)、羥乙基甲基纖維素(HEMC)和羥丙基甲基纖維素(PHMC)等。它們的料度隨分子量及取代基團(tuán)的不同而不同。

    2. 丙烯基系:以聚丙烯酰胺為主要成分。絮凝劑常與其它外加劑復(fù)合使用。如與減水劑復(fù)合、與引氣劑復(fù)合、與調(diào)凝劑復(fù)合等。

    (十) 減縮劑

    日本日產(chǎn)水泥公司和Sanyo化學(xué)工業(yè)公司于1982年首先研制成混凝土減縮劑(shrinkages reducing agent)。隨后美國(guó)在1985年獲得混凝土減縮劑的專利,在實(shí)際應(yīng)用中取得了極其良好的技術(shù)效果。特別是對(duì)減小混凝土的自收縮具有很強(qiáng)的針對(duì)性。多年來(lái),為了降低減縮劑的成本和改善混凝土的綜合性能,對(duì)減縮劑的組成及復(fù)配技術(shù)開(kāi)展了大量研究,并獲得了多項(xiàng)專利。

    減縮劑的主要作用機(jī)理是降低混凝土孔隙水的表面張力,從而減小毛細(xì)孔失水時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。另一方面,減縮劑增強(qiáng)了水分子在凝膠體中的吸附作用,進(jìn)一步減小混凝土的最終收縮值。根據(jù)毛細(xì)管強(qiáng)力理論,毛細(xì)孔失水時(shí)引起的收縮應(yīng)力可由下式表示:
   
    式中 ΔP—毛細(xì)孔水凹液面產(chǎn)生的收縮應(yīng)力;MPa;σ—水的表面張力;θ--水凹液面與毛細(xì)孔壁的接觸角;r—毛細(xì)孔半徑。

    顯而易見(jiàn),在一定的毛細(xì)孔半徑時(shí),水的表面張力下降,將直接降低由毛細(xì)減小孔失水時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。另一方面,由水和減縮劑組成的溶液粘度增加,使得接觸角θ增大,即cosθ減小,從而進(jìn)一步降低混凝土的收縮應(yīng)力。

    由減縮劑的作用機(jī)理可知,在原材料和配合比一定時(shí),減縮率是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定值,施工養(yǎng)護(hù)和環(huán)境條件對(duì)混凝土的減縮率影響較小。亦即當(dāng)養(yǎng)護(hù)條件差或空氣相對(duì)濕度小、風(fēng)速大,混凝土的收縮增大時(shí),由于減縮率基本一定,故其降低收縮的絕對(duì)值也增加。反之亦然。

    此外,減縮劑幾乎沒(méi)有水泥適應(yīng)性問(wèn)題,這是因?yàn)闇p縮劑是通過(guò)水的物理過(guò)程起作用的,與水泥的礦物組成和摻合料等無(wú)關(guān),且與其它混凝土外加劑有良好的相容性。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的加強(qiáng),特別是混凝土工程裂縫控制的迫切需要,以及減縮劑研究技術(shù)和產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提高,減縮劑這一新材料定將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

    (十一)、養(yǎng)護(hù)劑

    養(yǎng)護(hù)劑又稱混凝土養(yǎng)生液,其主要作用是涂敷于混凝土表面,形成一層致密的薄膜,使混凝土表面與空氣隔絕,防止水分蒸發(fā),使混凝土利用自身水分最大限度地完成水化的外加劑。按主要成膜物質(zhì)分為三大類:

    1.無(wú)機(jī)物類:主要成分為水玻璃及硅溶膠。此類養(yǎng)護(hù)劑深敷于混凝土表面,能與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)生成致密的硅酸鈣,堵塞混凝土表面水分的蒸發(fā)孔道而達(dá)到加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的作用。

    2.有機(jī)物類:主要乳化石蠟類和氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液類等。此類養(yǎng)護(hù)劑敷于混凝土表面,基本上不與混凝土組分發(fā)生反應(yīng),而是在混凝土表面形成連續(xù)的不透水薄膜,起到保水和養(yǎng)護(hù)的作用。

    3.有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合類:主要由有機(jī)高分子材料(如氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇樹(shù)脂等)與無(wú)機(jī)材料(如水玻璃、硅溶膠等)及其它表面活性劑復(fù)合而成。

    (十二)、阻銹劑

    阻銹劑是指能抑制或減輕混凝土中鋼筋或其它預(yù)埋金屬銹蝕的外加劑。鋼筋或金屬預(yù)埋件的銹蝕與其表面保護(hù)膜的情況有關(guān)?;炷翂A度高,埋入的金屬表面形成鈍化膜,有效地抑制鋼筋銹蝕。若混凝土中存在氯化物,會(huì)破壞鈍化膜,加速鋼筋銹蝕。加入適宜的阻銹劑可以有效地防止銹蝕的發(fā)生或減緩銹蝕的速度。常用的種類有:

    1.陽(yáng)離子型阻銹劑:以亞硝酸鹽、鉻酸鹽、苯甲酸鹽為主要成分。其特點(diǎn)是具有接受電子的能力,能抑制陽(yáng)極反應(yīng)。

    2.離子型阻銹劑:以碳酸鈉和氫氧化鈉等堿性物質(zhì)為主要成分。其特點(diǎn)是陰離子為強(qiáng)的質(zhì)子受體,它們通過(guò)提高溶液pH值,降低Fe離子的溶解度而減緩陽(yáng)極反應(yīng)或在陰極區(qū)形成難溶性被復(fù)膜而抑制反應(yīng)。

    3.復(fù)合型阻銹劑:如硫代羥基苯胺。其特點(diǎn)是分子結(jié)構(gòu)中具有兩個(gè)或更多的定位基團(tuán),既可作為電子授體,又可作為電子受體,兼具以上兩種阻銹劑的性質(zhì),能夠同時(shí)影響陰陽(yáng)極反應(yīng)。因此,它不僅能抑制氯化物侵蝕,而且能抑制金屬表面上微電池反應(yīng)引起的銹蝕也很有效。

    (十三)、泵送劑

    能改善混凝土拌合物泵送性能的外加劑稱為泵送劑。所謂泵送性,是指混凝土拌合物具有能順利通過(guò)輸送管道、不阻塞、不離析、料塑性良好的性能。泵送劑是流化劑中的一種,它除了能大大提高拌合物流動(dòng)性以外,還能使?jié)櫾?0~180min時(shí)間內(nèi)保持其流動(dòng)性,剩余坍落度應(yīng)不小于原始的55%。此外,它不是緩凝劑,緩凝時(shí)間不宜超過(guò)120min(特殊情況除外)。

    (十四) 脫模劑

    用于減小混凝土與模板粘著力,易于使二者脫離而不損壞混凝土或滲入混凝土內(nèi)的外加劑。國(guó)內(nèi)常用的脫模劑主要有下列幾種:

    1.海藻酸鈉1.5kg,滑石粉20kg,洗衣粉1.5kg,水80kg,將海藻酸鈉先浸泡2~3天,再與其它材料混合,調(diào)制成白色脫模劑。常用于涂刷鋼模。缺點(diǎn)是每涂一次不能多次使用,在冬季、雨季施工時(shí),缺少防凍、防雨的有效措施。

    2.乳化機(jī)油(又名皂化石油)50%~55%,水(60~80℃)40%~45%,脂肪酸(油酸、硬脂酸或棕櫚脂酸)1.5%~2.5%,石油產(chǎn)物(煤油或汽油)2.5%,磷酸(85%濃度) 0.01%,苛性鉀0.02%,按上述重量比,先將乳化機(jī)油加熱到50~60℃,并將硬脂酸稍加粉碎,然后倒入已加熱的乳化機(jī)油中,加以攪拌,使其溶解(硬脂酸溶點(diǎn)為50~60℃)。


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