混凝土和水泥的掺合料类型
混凝土外加剂的定义
水、骨料或水泥以外的一种材料，用作混凝土或砂浆的配料，以控制凝结和早期硬化，和易性，或提供额外的固井性能。
混凝土外加剂通常用于改变混凝土的强度混凝土的性能(如增加可加工性或降低含水量，加速或延迟凝结时间，加速强度发展，提高对气候和化学侵蚀的抵抗力)使其更适合于特定用途。例如，氯化钙可以用来加快大体积混凝土在冬季的强度发展。引气掺合料(廉价的肥皂、洗涤剂等)引入空气，极大地改善了混凝土的和易性，从而允许使用较粗糙、级配较差的集料以及形状不良的集料。
为什么使用外加剂？
几十年来，人们一直在尝试获得具有某些期望特性的混凝土，例如抗压强度高高工作性、高性能和耐久性参数，满足现代结构复杂性的要求。通常改性的性能包括水化热、加速或延迟凝结时间、和易性、减水、分散和空气夹带、不透水性和耐久性因素。
混凝土掺合料类型
化学外加剂-促进剂、缓凝剂、减水剂、超级增塑剂、引气剂等。
矿物掺合料-粉煤灰高炉炉渣、硅灰、稻壳灰等
化学外加剂
1.减水剂/增塑剂：
这些外加剂用于以下目的:
在与无掺合料相同的和易性下，通过降低水灰比来获得较高的强度。
通过降低水泥掺量来达到相同的和易性，从而降低大体积混凝土的水化热。
增加可操作性，以方便放置在交通便利的地点
用水量减少5%以上但不到12%
常用的外加剂有木质素磺酸盐和氢氧化酸盐。
增塑剂通常以木质素磺酸盐为基础，木质素磺酸盐是一种天然聚合物，来自造纸工业的木材加工。
行为包括:
分散度：
表面活性剂改变了界面上的物理化学作用力。它们被吸附在水泥颗粒上，给它们一个负电荷，导致颗粒之间的斥力。静电力的发展导致解体和自由水成为可用的和易性。
润滑:
由于这些剂本质上是有机的，因此它们能润滑混合物，减少摩擦并增加和易性。
缺陷:
在水泥颗粒上形成一层薄层，保护它们不受水化作用，并延长了凝结时间。大多数普通的增塑剂有一定的延迟，30-90分钟
2.超级增塑剂:
这些是较新的和更有效的类型的减水剂也被称为高的减水剂。主要好处超塑化剂的研究进展如下:
增加流动性:
流动
自流平
自密实混凝土
穿透和压实圆密加固
降低W / C比值:
早期强度极高，24小时或更早>200%
非常高的后期强度，>100 MPa或15000 psi。
收缩减少，特别是与水泥掺量减少相结合时。
通过去除水分，减少渗透和扩散，提高耐久性。
常用的超级增塑剂有:
磺化三聚氰胺甲醛冷凝物（SMF）
给予16-25%的减水量。SMF很少或没有延迟，这使得它们在低温或早期强度是最关键的地方非常有效。然而，在较高的温度下，它们会相对较快地失去可加工性。SMF通常具有良好的表面光洁度，无色，在白色混凝土中没有着色。因此，它们经常用于外观很重要的地方。
磺化萘甲醛缩合物(SNF）
通常可减少16-25%以上的水量。它们往往会增加较大、不稳定气泡的截留。这可以提高粘合力，但可能会导致更多的表面缺陷。减速比SMF更大，但通常不会超过90分钟。SNF是一种非常划算的方法。
聚羧酸醚高效减水剂
通常可以减少20-35%以上的水分。它们每升相对昂贵，但非常强大，所以通常使用较低剂量(或更稀的溶液)。
一般来说，剂量水平通常高于常规减水剂，并且可能的不良副作用减少，因为它们不会显著降低水的表面张力。
3.加速器:
一种外加剂，当添加到混凝土、砂浆或灌浆中时，可增加水硬性水泥的水化速率，缩短混凝土凝固时间，或增加硬化或强度发展速率。加速外加剂可根据其性能和应用分为以下几组：
集加速掺合料，
减少混合料由塑料变为硬化状态的时间。设置加速器的用途相对有限，主要用于制作早期设置。
硬化加速器，
在20ºC下24小时强度至少提高120%，在5ºC下48小时强度至少提高130%。在需要早期剥离百叶窗或非常早期进入人行道的地方，可以使用硬化加速器。它们经常与高性能减水剂结合使用，特别是在寒冷的条件下。氯化钙是最有效的促进剂，具有凝固和硬化特性。然而，由于加速钢筋腐蚀降低水泥浆体的阻力硫酸盐环境．由于这个原因，它不应用于任何钢筋将嵌入的混凝土，但可用于普通的无钢筋混凝土。无氯加速器通常是基于盐硝酸盐、亚硝酸盐、甲酸盐和硫氰酸盐．加速硬化剂通常是基于高量程减水剂，有时与其中一种盐混合使用。
加速外加剂的作用相对有限，通常只有在某些情况下才具有成本效益，例如，由于使用原因需要早期强度。它们通常在低温下使用，在低温下混凝土强度增加可能非常缓慢，因此外加剂的相对效益变得更加明显。总而言之，强化加速剂可能适合在低温下获得24小时的强度增益，在环境温度下获得12小时的强度增益。在这些时间之外，单独使用高质量的减水剂通常更划算。
4.设置情况下:
缓凝剂的作用是延缓或延长混凝土中水泥浆体的凝结时间。这对需要长距离运输的混凝土很有帮助，也有助于在高温下放置混凝土。
当水首次加入水泥时，会有一个快速的初始水化反应，之后通常会持续2-3小时，很少形成进一步的水合物。准确的时间主要取决于水泥的类型和温度。这叫做潜伏期当混凝土是可塑的，可以放置。在休眠期结束时，水化速率增加，大量水化硅酸钙和氢氧化钙形成较快。这与混凝土的凝固时间相对应。缓凝外加剂延缓了休眠期的结束和凝结硬化的开始。当与增塑剂一起使用时，这是有用的，以保持和易性。单独使用时，缓凝剂允许混凝土的后期振动，以防止混凝土层之间形成冷接头，在它们之间放置显著的延迟。
凝固延迟的机理是基于吸收。大掺合料阴离子和分子吸附在水泥颗粒表面，阻碍水泥和水之间的进一步反应，即延缓凝结。常见的延迟是钙Ligno-sulphonates和碳水化合物衍生品按水泥重量的百分数使用。
5.加气掺合料:
一种用于水力水泥的添加剂或用于混凝土或砂浆的外加剂，在搅拌过程中使空气(通常是少量的)以微小气泡的形式加入到混凝土或砂浆中，通常是为了增加其质量和易性和抗冻性。引气外加剂为：表面活性剂改变了水的表面张力。传统上，它们是基于脂肪酸盐或vinsol树脂，但这些已经被合成表面活性剂或混合表面活性剂所取代，以提高夹带空气的稳定性和空隙特性。在塑性混凝土和硬化混凝土中，夹带空气可产生多种效应。这些包括:
- 在硬化混凝土中抗冻融作用。
- 增加内聚力，减少塑性混凝土中的出血和离析倾向。
- 低和易性混合料的压实，包括半干混凝土。
- 挤压混凝土的稳定性。
- 垫层砂浆的内聚力和处理性能。
混凝土矿物掺合料
矿物外加剂的类型
它们本身具有胶结性能。例如:
粒状高炉矿渣
混凝土火山灰掺合料
火山灰是一种材料，当与氢氧化钙(石灰)结合时，表现出胶凝特性。火山灰通常用作硅酸盐水泥混凝土混合物的添加剂(技术术语为“水泥膨胀剂”)，以提高硅酸盐水泥混凝土的长期强度和其他材料性能，在某些情况下降低混凝土的材料成本。的例子是
粉煤灰
硅粉
稻壳灰
偏高岭土
火山灰行动:
加法有三种作用
- 填料
- 成核
- 火山灰
1.填料：
这些添加剂/外加剂比水泥细，因此当添加到混凝土中时，它们会占据先前留下的空隙。
2.成核:
这些细颗粒加速了水化和沉淀的速度。
3.火山灰:
当胶结材料与水反应时，会发生以下反应：
C2s + h CSH + ch
C3s + h CSH + ch
CSH负责强度，而CH是一种可溶物质，在水中反应并溶解，留下孔隙。所以当加入外加剂时
SiO3或Al2O3+ chcsh
因此，它减少了CH，增加了CSH
申报火山灰物质的条件:
含二氧化硅+氧化氧化铝+氧化亚铁70%以上。
普通外加剂的表面积大于300m²/kg。
表面面积应大于水泥用量。
火山灰用于改善混凝土的和易性和质量，影响经济，并防止大体积混凝土不同成分之间的反应引起的破坏性膨胀。火山灰被定义为一种硅质或硅质及铝质材料，其本身具有很少或不具有胶凝价值，但在微细分裂的状态下，在水分存在的情况下，会在常温下与氢氧化钙发生化学反应，形成具有胶凝特性的化合物。天然火山灰物质以黑曜石、浮石、火山灰、凝灰岩、粘土、页岩和硅藻土的形式存在。大多数火山灰都需要研磨。飞灰(燃煤电厂产生的燃料粉尘)也是一种极好的火山灰，因为它碳含量低，细度与硅酸盐水泥差不多，以非常细的玻璃球的形式出现。
3.粒状高炉矿渣粉
磨碎的粒状高炉矿渣是颗粒状物质当铁水高炉炉渣(炼铁和炼钢的副产品)浸入水中迅速冷却(淬火)时形成的。它是一种颗粒状产品，高度有粘结性的在自然界中，当研磨成水泥细度时，就会像硅酸盐水泥一样水合物。(高炉矿渣:钢铁生产的副产品，有时用作硅酸盐水泥的替代品。在钢铁工业中，当铁矿石脱壳时，在脱壳状态下，所有的杂质都来到其表面，被除去的杂质称为熔渣。它主要由钙的硅酸盐和铝硅酸盐组成，它们与金属铁同时以熔融形式在高炉中形成。高炉矿渣与硅酸盐水泥熟料混合，形成硅酸盐高炉矿渣水泥。
GGBFS与普通硅酸盐水泥和/或其他火山灰材料结合使用，用于制造耐用的混凝土结构。GGBFS因其在混凝土耐久性方面的优势，在欧洲得到了广泛应用，在美国和亚洲（特别是在日本和新加坡）也得到了越来越多的应用，将建筑物的使用寿命从50年延长到100年。GGBFS水泥混凝土慢一点比普通硅酸盐水泥制成的混凝土，取决于胶凝材料中GGBFS的含量，但在生产条件下也会在较长时间内持续获得强度。这将导致较低的水合热和较低的温度上升，使回避寒冷的关节容易，但也可能影响施工进度，需要快速设置。GGBFS的使用显著降低了碱-硅反应(ASR)造成的损害风险，提供了更高的抗氯离子侵入的能力，降低了钢筋腐蚀的风险，并提供了更高的抗硫酸盐和其他化学品侵蚀的能力。
好处:
耐用性
GGBFS水泥通常用于混凝土中，以防止硫酸盐侵蚀和氯化物侵蚀
GGBFS还经常用于限制大型混凝土浇筑中的温升。与硅酸盐水泥相比，GGBFS水泥的逐渐水化产生的峰值更低，总热量更少。
外表
与波特兰水泥制成的石灰色混凝土不同，GGBFS水泥的近白色允许建筑师在不增加额外成本的情况下，为暴露的清水混凝土饰面实现更浅的颜色。
强度
有限公司掺GGBFS水泥的混凝土比掺硅酸盐水泥的混凝土具有更高的极限强度。它具有较高的强度增强硅酸盐水合钙(CSH)的比例比普通水泥制成的混凝土，并减少了游离石灰的含量，这对混凝土的强度没有贡献。用GGBFS制成的混凝土随着时间的推移会继续增强强度，并已被证明在10到12年的时间内其28天强度会翻倍。
4.粉煤灰:
煤渣由煤粉或煤粉燃烧而形成的细小的残渣飞灰通常是从燃煤电厂的烟囱中捕获的;它具有火山灰性质，因此有时与水泥混合使用。粉煤灰包括大量的二氧化硅(SiO2)(无定形和结晶)和氧化钙(CaO)。有毒成分包括砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒。
F级粉煤灰:
燃烧较硬、较老的无烟煤和烟煤通常会产生F级飞灰。这种飞灰本质上是火山灰，并且含有少于10%的石灰（CaO）。F级飞灰的玻璃状二氧化硅和氧化铝需要一种胶结剂，如波特兰水泥、生石灰或熟石灰，在有水的情况下进行反应并生成胶结化合物。
C级粉煤灰:
燃烧较年轻的褐煤或亚烟煤产生的粉煤灰，除了具有火山灰特性外，还具有一些自胶结特性。在有水的情况下，C级飞灰将随时间硬化并获得强度。C级飞灰通常含有20%以上的石灰（CaO）。与F级不同，自胶结C级粉煤灰不需要激发剂。C级飞灰中的碱和硫酸盐（SO4）含量通常较高。除了经济和生态效益外，在混凝土中使用粉煤灰还可改善其和易性，减少离析、泌水、放热和渗透性，抑制碱骨料反应，提高抗硫酸盐侵蚀能力。尽管在过去20年中，混凝土中粉煤灰的使用有所增加，但收集的粉煤灰中用于水泥和混凝土行业的不到20%。粉煤灰最重要的应用领域之一是PCC路面，其中使用大量混凝土，经济性是混凝土路面施工的重要因素。
5.硅粉
- 半导体工业的副产品
缩合硅灰、微硅灰、硅灰和挥发硅常用于描述从硅、硅铁和其他金属合金炉的废气中提取的副产物。然而，术语微硅和硅灰被用来描述那些高质量的浓缩硅烟雾，用于水泥和混凝土工业。1947年，挪威首次“获得”硅灰，当时环境限制规定必须过滤熔炉排出的废气。硅灰由非常细的颗粒组成，其表面面积从60000到150000英尺/磅或13000到30000平方米/公斤，颗粒大约比平均水泥颗粒小100倍。硅灰由于其极细度和高硅含量，是一种高效的火山灰物质。硅灰用于改善混凝土的性能。研究发现，硅灰可提高抗压强度、粘结强度和耐磨性;降低混凝土对氯离子的渗透性;因此有助于保护钢筋不受腐蚀，特别是在富含氯化物的环境中，如沿海地区。
6.稻壳灰:
这是稻谷留下的谷壳产生的生物废物。它被用作水泥中的火山灰材料，以增加耐久性和强度。二氧化硅从地面吸收，聚集在外壳中，在那里它形成了一个结构，充满了纤维素。当纤维素燃烧时，只剩下二氧化硅，它被磨成细粉，用作火山灰。
混凝土外加剂的视频
