绪论本章要点重点介绍了新型建筑材料定义、新型建筑材料的分类以及发展新型建筑材料的必要性、国内外新型建筑材料发展状况与比较和本课程学习的内容。能够根据定义分辨新型建筑材料，并能举一反三。了解新型建材的种类和学习的内容。11新型建筑材料定义111何谓新型建筑材料定义：除传统的砖、瓦、砂、石外，其品种和功能处于增加、更新、完善状态的建筑材料。112新型建筑材料的其他解释新出现的原料制成的制品、原有材料的新制品。如:各种化学制品、各种砌块。代表着建筑材料发展方向的制品。轻质、高强、节能的、环保的、多功能的、耐久的和多功能，即使原料是传统，但为满足某中需要，复合或组合的材料及制品。如：中空玻璃等。复合墙板。12新型建筑材料的分类121按用途分类按照新型建筑材料的用途可分为：墙体材料、屋面和楼板构件、混凝土外加剂、建筑防水材料和密封材料、绝热、吸声材料、装饰材料墙面顶棚地面、卫生洁具、门窗、玻璃及配件、给排水管道、工业管道、配件、胶结剂、灯饰和灯具等。122按原材料来源分类按照新型建筑材料的来源可分为：以基本建设的主要材料为原料的新产品。如新型水泥制品、新型玻璃制品。以传统的砖瓦灰砂为原料推出的新产品。如灰砂砖、加气混凝土砌块、各种砌块。以无机非金属新材料为原料的各种产品。如玻璃纤维制品、玻璃钢制品。采用各种新原料制作的各种建筑制品。如铝合金门窗、各种化学制品、各种保温隔热制品等。13新型建筑材料的特点1技术含量高,功能多样化2生产与使用节能、节地、综合利用废弃资源，有利于生态环境保护3适应先进施工技术，改善建筑功能，降低成本，具有巨大市场潜力和良好发展前景。14发展新型建筑材料的必要性1节约耕地，有利于农业发展2节约能源，促进国民经济大发展3降低建材运输量，减轻运输压力4综合利用工业废渣，有利环境保护5促进建筑技术进步，推动建筑业现代化6改善工作、学习、生活环境，适应人们生活水平的不断提高15国内外新型建筑材料发展状况与比较151新型墙体材料1生产规模和生产效率的差异就砌块而言，国外先进水平的生产企业规模一般是我国生产企业的10～20倍，生产效率约是我国的20～502技术装备水平及生产水平的差异：我国目前的墙体材料生产国外基本上都是真空挤出机，硬挤出的成型制品相当密实，变形情况极少。国外自动控制制品干燥、码坯及装出窑，自动控制焙烧窑炉，制品火度均匀，品质相同，基本无不良缺陷，采用自动化分捡，产品都有包装。3产品质量及品质的差异：国外发达国家的制品在外观上大都精致、完美，几乎无裂纹等缺陷。并且又具有增加墙体美观的各类滚花、印花、打毛等图案，外观十分精美。而我国的墙材制品外观十分粗糙，内在质量也差距不小。强度，我国的制品都在10～20兆帕之间，而国外的都在20兆帕以上，高的达40～50兆帕之间。我国的非承重制品孔洞率大都在35％～45％左右，而国外的非承重制品孔洞率大都在40％～60％左右，强度是我国这类制品的5～10倍。抗冻性能，国外一般要经过25次甚至50次冻融循环的考验，我国最多只进行15次循环考验，其耐久性能、使用性能也差异较大。非烧结制品也基本类似。4产品应用方面的差距：国外的建筑墙体基本上都采用复合墙体，即多种材料砌筑的墙体，如外层用强度高、吸水率低的外墙装饰承重防水性墙体材料，中间用隔热保温及隔音材料，内层用住宅较为舒适的吸水防潮材料，砌筑砂浆也是专业砂浆搅拌站专门配制的砌筑砂浆，基本保证了墙体的各类功能。国外砌筑墙体材料基本上各类配件齐全，砌筑墙体是根据设计需要来选配各类砌筑块材（如墙角、梁柱、门窗等专门的配砖）组合砌筑成的墙体，来满足建筑需要。国内基本上是单一品种，各种墙角、梁、柱、门窗均需砍断来填充，造成建筑垃圾成堆，浪费相当严重。国外的墙体材料是一种墙体装饰材料，想方设法如何利用墙体材料来砌筑出各类风格的建筑。而我国的墙体只要能填充墙体材料即可，我国的建筑墙体绝大部分采用外装饰品，如贴面、涂层、粉饰等，墙体材料也基本上没有太多要求即可上墙，而绝大部分建筑物所用的墙体材料根本无全项检测报告，建筑验收仅对强度有要求，这种情况也确实无法与国外先进国家相比。152保温隔热材料与国外相比，我国保温材料无论在生产工艺、产品构成、产品质量和生产能耗，还是在应用技术和应用领域等方面存在较大差距。主要表现在：1产品构成不合理；国外保温隔热材料以矿（岩）棉、玻璃棉及泡沫塑料产品为主，如美国、日本等国矿棉、玻璃棉产量约占保温材料总量的80%，而我国保温材料目前仍以膨胀珍珠岩为主，矿（岩）棉、玻璃棉及泡沫塑料比例较低。2应用技术发展滞后，制约了新型保温隔热材料的发展；国外保温材料工业不仅在生产技术、产品品种等方面发展迅速，而且在应用技术方面也较完善，在系统设计和规范化设计方面有了很大进展，并制定出了合理的施工规范和配套细则。国外保温材料的应用领域已从工业应用发展到建筑保温和家庭应用。工业发达国家建筑业是保温材料最大的用户，70%-90%的保温材料被用于建筑保温。目前，我国在应用技术研究方面还没有形成系统，设计、施工配套水平低，影响了保温材料在各个领域的推广应用，尤其是影响了在建筑业的应用，我国建筑业应用比例不足10%。3科研投入不足，应用技术研究和产品开发滞后我国保温材料工业经过30多年的努力，特别是经过近20年的高速发展，不少产品从无到有，从单一到多样化，质量从低到高，已形成取膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、耐火纤维、硅酸钙绝热制品等为主的品种比较齐全的产业，技术、生产装备水平也有了较大提高有些产品已达到90年代国际先进水平。但由于我国保温材材料工业起步晚，总体技术和装备水平较低，在建筑领域的应用技术有待完善，在很大程度上影响了保温材料的推广应用。153建筑装饰装修材料我国装饰材料现状是起步晚，起点高，发展较快。三星级的宾馆基本自给，四、五级星级宾馆30%-40%可自给。差距是生产企业规模小，档次低，中低档产品比例大，高档产品比重低。如我国虽是一个陶瓷生产大国,却不是一个强国。产品以中低档为主，附加值较低，在国际市场售价不高。陶瓷产能过剩，供大于求，企业为争夺市场，竞相压低价格，行业利润水平不断下降。企业缺乏自主创新能力，产品同质化严重，国际市场竞争力不强。154新型防水、密封材料新型防水材料1998我国占27%，工业发达国家占90%左右。根据全国化学建材协调组制订的《国家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》，我国新型防水材料的发展目标如下：1重点发展改性沥青卷材，积极发展高分子防水卷材，适当发展防水涂料，努力开发密封材料和堵漏材料，到2005年，新型防水材料在全国防水工程市场的占有率达到50％。2到2010年，新型防水材料在全国防水工程中占主导地位，达到70％以上，并逐步淘汰传统的纸胎油毡。16新型建筑材料教学要求和目的1课程性质本课程是建筑材料专业的一门选修课，其任务是使学生扩大关于新型建筑材料和新型装饰材料的知识， 通过对新型建材的生产工艺、性能特点，选择使用及施工要点等内容的讲授，培养学生在今后的工作实践中 能合理选用新型建材的能力。 2本课程内容 本课程分十四章，具体为： 制造新型建筑材料原料 生产工艺 扩大新型建材、装饰材料方面的知识 性质特点 应用 重点：性质和应用， （引起材性变化的内 因和外因） 标准、 质量 任务 混凝土矿物外加剂 混凝土化学外加剂 新型水泥、 新型混凝 新型墙体材料新型防水和密封材料 新型建筑塑料 新型建筑涂料 新型建筑装饰陶瓷 新型装饰玻璃 新型金属装饰材料 装饰砂浆和装饰混凝土 新型建筑装饰木材 建筑装饰石材 内容 绪论 混凝土矿物外加剂引言： 1混凝土矿物外加剂的概念（Mineral admixtures 指以氧化硅、氧化铝和其他有效矿物为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土综合性能， 且掺量一般不小于5%的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。又称―掺和料‖、―掺合料‖、―细掺料‖。《高 强高性能混凝土用矿物外加剂》GBT 18736— 2000 正式启用―矿物外加剂‖的名称。 2品种 粉煤灰、 磨细水淬矿渣微粉矿粉、磨细沸石粉、偏高岭石、硅藻粉、烧页岩、沸腾炉渣 3矿物外加剂在混凝土中的主要功能 （1）改善混凝土的和易性 主要作用是减少离析、泌水。粉煤灰填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，可提高流动性。矿渣 和硅灰等都会提高粘稠性。 （2）对收缩的影响 粉煤灰可以减少收缩而矿渣和硅灰等都会增加收缩。 （3）降低混凝土的温升。 21 粉煤灰 粉煤灰的种类： 高钙粉煤灰 低钙粉煤灰 增钙粉煤灰或改性粉煤灰 磨细粉煤灰pulverized fly ash211 粉煤灰的技术性能和作用机理 粉煤灰的活性效应 所谓粉煤灰效应，即其在混凝土的各种性能变化中所起的作用和发挥的功能，共包括形态效应、活性效应、 微集料效应。 1、形态效应 形态效应作用机理 粉煤灰中玻璃微珠使水泥颗粒絮凝结构和颗粒的絮凝结构解絮和颗粒扩散，同时降低了 混凝土内部的粘度和颗粒间的摩擦，因而明显起到润滑作用，改善了混凝土的工作性能。 2、微集料效应 粉煤灰的微集料效应即粉煤灰的微细颗粒均匀分布填充于水泥浆体的基相中，其作用是能 使浆体毛细空隙―细化‖，提高密实度，象微细集料一样改善混凝土的耐久性。 3、活性效应 粉煤灰中玻璃相活性组织能与水泥水化的 Ca（OH）2 发生二次反应，生成具有胶凝性质的 水化硅酸钙，使结构物趋于密实，体积变形稳定，后期强度增强。玻璃态含量越高，活性越高。 212对粉煤灰的技术要求 1、质量指标 细度：细度高,填充效应和活性效应高； 烧失量（含碳量）：越高降低减水效应差,耐久性越差; 需水量比:需水量小,减水效果好; SO3：含量越高。对安定性不利，但有益早强。 执行标准：《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GBT 18736—2002），技术要求见表2-1。 表2-1 矿物外加剂的技术要求 2、粉煤灰取代水泥的最大限量 粉煤灰取代水泥的最大限量见表2-2。 表2-2 粉煤灰取代水泥的最大限量 213粉煤灰对混凝土性能的影响 1对新拌混凝土性能的影响 提高流动性级、级与级有什么区别?见图21。 微珠含量、细度、碳含量是影响因素 在外加剂作用下的流动性变化（ 粉煤灰使混凝土振动更易密实，可提高可泵性；原状粉煤灰增大泌水性,磨细后可减少泌水性。 2对混凝土强度的影响 早强低。原状粉煤灰颗粒表面光滑，早期似乎没有反应，水 化产物不明显。粉煤灰中铝硅玻璃体是活性的主要来源，其外层 有一坚硬外壳，能阻碍原状粉煤灰的火山灰反应。掺量增加,强度 降低更多。见图22。 化学激发剂改性后的粉煤灰，解除了玻璃体间的颗粒粘结， 比表面积增大，可使微珠表面出现大量裂纹，产生缺陷，大大地促进 了火山灰效应，提高了粉煤灰的活性。 养护温度提高,强度提高。级等量取代，级超量取代，级用 于低强混凝土。见图23。 3对混凝土耐久性的影响 1对抗冻性的影响 提高 ——CH 减少，不至于因浸析而扩大冰冻劣化所产生的孔隙；（活性效应）因用水量减少，毛细孔减少； （形态效应）；孔隙细化。超细粒填充毛细孔及孔隙裂隙之中（微骨料效应）。 2对抗渗性的影响 提高——微集料改变了渗水通道；C-S-H 凝胶填充通道。 3对硫酸盐腐蚀的影响 提高 ——（减少C3A、CH） 抗碳化和对钢筋的保护作用对抗碳化不利，保护钢筋有利： 水化早期，粉煤灰-水泥体系孔结构较疏松，碳化快，钢筋锈蚀，后 期粉煤灰效应阻碍CO 向混凝土扩散，不易达到钢筋表面。 4对水化热的影响 降低水化热。 5对收缩和抗裂性的影响 抑制收缩见图26。2对早期收缩和总干燥收缩的影响 降低收缩值——改变凝胶水、吸附水、层间水量的比例；二次水化降低了可溶离子量和浓度； 粉煤灰可延缓水化进程。见图27。 3对抗裂性的影响 早期收缩减少和降低水化热都减少了裂缝的产生。 22 粒化高炉矿渣粉 粒化高炉矿渣粉（blast fumace powder）；磨细矿渣（pulverized slag），简称矿粉（工程上常用的称呼）。 具有潜在活性的水硬性材料 221 矿粉的技术性能和质量指标 1碱性系数 碱性矿渣、M=1中性矿渣、M1 酸性矿渣。我国高炉渣大部分接近中性矿渣（Mo=099～108），高 碱性及酸性高炉渣数量较少。 2质量系数K k19 为高活性矿渣、k=16～19 是中活性矿渣、k 16 为低活性矿渣。 3活性指数 矿渣粉各龄期的活性指数按式（A1）、式（A2）计算，计算结果取整数。 A7=R7／R07l00…………………………………（A1） 式中：A7——7d 活性指数，％； R07——对比样品7d 抗压强度，MPa； R7——试验样品7d 抗压强度，MPa。 A28=R28／R028l00…………………………………（A2） 式中：A28——28d 活性指数，％； R028——对比样品28d 抗压强度，MPa； R28——试验样品28d 抗压强度，MPa。 4粒化高炉矿渣粉的质量指标 标准：《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GBT 18736—2002）对矿粉的质量指标作了适当完善。矿粉按比 表面积、活性指数和流动度比分为S105、S95、S75 三个等级。 222 矿粉的作用机理 1胶凝效应 AlSiO MgO CaO 碱性率MnO SiO AlMgO CaO 胶凝效应产生过程包括诱导激活、表面微晶化、界面耦合。2微骨料效应 矿粉的最可几粒径在10m左右；单独粉磨的矿粉表面粗糙度小于水泥颗粒。 223 矿粉对混凝土性能的影响 1矿粉对混凝土和易性的影响 不具有减水作用，掺减水剂后掺比不掺的流动性好，减少塌落度损失。（图28 2矿粉对混凝土强度的影响 矿粉级别的影响图29。 养护温度的影响图210。 3矿粉对混凝土耐久性的影响 提高耐久性,特别是抗硫酸盐的能力强 4矿粉对混凝土水化热的影响 降低水化热的能力见图211、212。 10 （1）自收缩比表面积小于400m 早缩减少，提高抗裂性。224 矿粉的工程应用 1配制高强高性能混凝土。 2海水工程耐腐。 3冶金工程耐热。 4水池、水渠工程（抗裂）。 23 231硅灰的主要质量指标 1硅灰的发展简史 1947 年：在挪威首次进行硅灰收尘。 1951 年：开始进行混凝土应用试验，1952 年硅灰混凝土第一次在工程中应用奥斯陆BERNHARDT 隧道。 70 年代：硅灰引起世界范围内广泛兴趣。 挪威率先颁布硅灰在混合水泥与 混凝土中应用的国家标准。 11 80 年代：挪威首先将硅灰用于喷射混凝土，并很快成为喷射混凝土的标准组分。高强 泵送混凝土80～130MPa、 高抗冲磨混凝土在美国成功应用。 90 年代：成为广泛使用的火山灰质混合材，改善新拌与硬化混凝土的性能。世界范围的年用量达10 万吨以上。 欧、美混凝土学会编制有关硅灰在混凝土中应用指南，挪威、法国、澳大利亚、加拿大、美国、日本、中国 等均有硅灰产品国家标准。 2硅灰的由来 硅灰粉是硅合金与硅铁合金制造过程中高纯石英、焦炭和木屑还原产生的副产品，是从电弧炉烟气中收 集到的无定型二氧化硅含量很高的微细球形颗粒。硅粉一般含有 90%以上的SiO2，且大部分为无定型二氧化 3硅灰的特性（1）物理特性 硅灰颜色在浅灰色与深灰色之间。 密度为2 2gcm3 左右。 细度：硅灰颗粒大多数的粒径小于1μ ｍ,平均粒径01μ m左右，仅是水泥颗粒平均直径的1 100。硅灰的比 表面积介于15000～25000m2kg。 颗粒形状：硅粉在冷凝时的气、液、回相变的过程中受表面张力的作用，形成呈大小不一的圆球状，且表面 较为光滑，有些可能是两个或多个圆球粒粘凝在一起的。 硅灰的物理性质决定了硅灰具有高度的分散性，充分地填充能力。 矿相结构 ：冷凝形成硅粉的过程极为迅速，所以 SiO2 还来不及形成晶体，其矿物属于无定矿物。用X 衍射 分析表明，硅粉的X 衍射图谙显示为典型的玻璃态特征的弥散峰。 其它性能 耐火度（SiO2＞90%时）1630 堆密度 200-250kg m3 pH 67-80比电阻（常温下） 241014Ω cm 2化学特性 我国遵义、西宁、唐山等地硅粉的化学成分见表2-3 表2-3 我国部分地区硅粉的化学成分 成分 SiO2（％） Al2O3（％） Fe2O3（％） CaO（％） MgO（％） 遵义9240 080 110 050 110 10 030 22 西宁 9009 099 201 081 117 10 045 295 唐山 9216 044 027 094 137 10 099 163 12 由表2-3 可知，硅灰的主要化学成分为非晶态的无定型二氧化硅SiO2，一般占90%以上（通常用于高性 能混凝土中的硅灰的SiO2 最低要求含量是85％）。高细度的无定型SiO2 具有较高的火山灰活性。 其次是因为硅粉的微集料特性，它不仅自身可以填充硬化水泥浆体中的有害孔，其二次水化产物也可以填充 硬化水泥浆体中的有害孔，从而改善硬化水泥浆体的微观结构。 4硅灰质量指标 硅灰质量指标见表2-1。 232 硅灰对混凝土性能的影响 1硅灰对混凝土和易性的影响 因比表面积大需水量也大。 2硅灰对混凝土强度的影响 提高强度机理：填充效应、火山灰效应 、孔隙溶液化学效应。 孔隙溶液化学效应 在水泥－硅灰水化体系中，硅灰与水泥的比率增加则水化产物的 CaSi 比降低。 CaSi 比低，相应的C-S-H 凝胶就会结合较多的其它离子，如铝和碱金属离子等。这样就会使孔隙溶液的碱金 属离子浓度大幅度降低。 硅粉混凝土抗压强度比普通混凝土可以提高20～80% ，其它力学性能如抗折强度、抗拉强度也都有很大 提高。抗压强度可达250MPa 当硅粉掺量少时，与普通混凝土基本相同，当硅粉掺量超过15%时，它的抗冻性较差。原因是 当硅粉超过 15%时，混凝土膨胀量增大，抗压强度急剧下降，从混凝土内部方面特征看，比表面积小，间距 系数大。 由于硅粉颗粒小，比水泥颗粒小20～100倍，可以充填到水泥颗粒中间的空隙中,使混凝土密实， 同时硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，故硅粉混凝土的抗渗能力很强， 抗化学侵蚀性 在混凝土中掺入硅粉，有效提高弱酸腐蚀能力。在强酸或高深度的弱酸中因混凝土中的 C-S-H 在酸中分解，抗腐蚀性降低。能抗盐类腐蚀，尤其是对氯盐及硫酸盐类，原因是硅粉混凝土较密实，孔 结构得到改善，从而减少了有害离子传递速度及减少了可溶性的 CaOH2 和钙矾石的生成，而增加水化硅酸 钙晶体的结果。 抗碱集料反应 增加硅灰取代水泥的比率，减少水泥浆孔隙液中碱离子的浓度。硅粉粒子提高水泥胶结 材料的密实性，减少了水分通过浆体的运动速度，使得碱集料膨胀反应所需的水分减少，减少了碱集料反应 的危险。 抗钢筋锈蚀的能力 混凝土高碱性给普通钢筋混凝土中的钢筋提供了形成钝化膜的条件，一旦钝化膜破 坏，钢筋就会发生电化学腐蚀，腐蚀速度取决于水分以及氧气进入混凝土的速度。硅灰还可提高HPC 的电阻 率和大幅度降低Cl－的渗透速率，防止钢筋锈蚀。硅粉改善电阻率是随着硅粉含量的增加而增加。 抗磨蚀性 水工结构中的高速水流泄水建筑物护面材料具有高抗冲磨与抗空蚀要求。在混凝土中加入硅 13 粉可以改善混凝土的抗磨蚀性。加入硅粉改善了混凝土的抗磨蚀性是由于改善了浆体自身的抗磨性和硬度， 以及改善水泥浆骨料界面的粘结，从而使粗骨料在受到磨损作用时难以被冲蚀。 4硅灰对混凝土收缩和抗裂性的影响 硅灰掺量超过10%时，有严重增大混凝土收缩的趋势，收缩增大的同时，抗裂性能也快速下降。 233 用途 建造高层大厦。B用于抗冲刷磨损、抗渗漏工程处。1986 年我国已将硅砂浆应用于葛洲坝水闸的修补和 2000-3000m3 蓄水池 的防渗。 C用于高强度抗渗工程处 我国上海用高强度预制件建造上海黄埔江越江隧道工程。 D用于抗硫酸盐、氯酸盐、钢筋防锈和提高耐久性工程处 1976-1978 年瑞典建造了受海浪冲击的码头工程； 我国在沿海建造了水下采油平台。 E用于抗磨、抗冻、防腐等工程。 硅粉在混凝土中掺量太少，对混凝土性能改善不大，但是掺量太多，则混凝土太粘，不易施工，且干缩 变形大，抗冻性差，因此，掺硅粉时，应找出最优掺量才能获得最佳结果。一般情况下，掺量在 10％以内效 果较为满意。值得注意的是硅粉价格较高，在确定硅粉的最佳掺量时，也要考虑技术经济指标。 24 天然沸石 241 沸石岩及沸石粉的特性 1沸石岩 沸石族矿物是一种富含水的K、Na、Ca、Ba 的铝硅酸盐。形成沸石族矿物的先决条件，必须有富含足够 水份的碱和碱土金属的铝硅酸盐等成矿物质。 沸石的结构：沸石的特殊物理性质取决于沸石的晶格结构，沸石由［SiO2］和[Al2O3]四面体单元交错排 列成空间网络。由于晶体结构的开放性，沸石含有许多大小不均匀的孔道和空腔。由于四面体中铝置换硅电 价不平衡而导致的补偿正电荷的需要，这些孔道和空腔中常被碱金属或碱土金属离子和沸石水分子所占据。 2特性 天然沸石化具有离子交换 的性能，内比表面积很大性能，自由脱附沸石水的性能，载气的性能等等。 离子交换性是沸石岩重要性质之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca 等阳离子和水分子与格 架结合得不紧，极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用，交换后的沸石晶格结构也不被破坏。 ———水溶液中的金属阳离子。吸附性能：沸石具有很大的比表面积（500-1000 2克）因而能产生较大的扩散力，故可用作出色的吸14 附剂。沸石晶格内部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴之间通过开口的通道彼此相连，并与外界沟通。孔 穴和通道的体积占沸石晶体体积的 50%以上，其中存在许多脱附自由的沸石水。沸石水的多少，可随外界的 温度和湿度变化而变化。 改性作用：利用天然沸石粉，可以有效地解决水泥的安定性不良； 利用沸石粉通过离子交换，可以抑制碱－骨料反应；通过脱除沸石 中的自由水，沸石粉作为载气体可以配制多孔混凝土；在低水灰比 的混凝土中，掺入部分超细沸石粉代替相应的水泥，可获得高强度、 高性能混凝土。 3沸石粉的质量指标 沸石粉的质量指标见表2-1。 242 沸石粉对混凝土性能的改进 1对和易性的影响 流动性下降,塌落度损失 2对强度的影响 早强低，晚强提高。见图2-16 3抑制碱骨料反应 可有效的抑制碱骨料反应 4抗碳化和钢筋锈蚀的性能 可有效的提高抗碳化的性能，对钢筋锈蚀的影响并不突出。 偏高岭土高岭土 偏高岭土 白色粉末 251 偏高岭土对混凝土和易性的影响 偏高岭土 对混凝土和易 性的影响见图 2-17，掺量增加， 流动性下降。 252 偏高岭 土对混凝土强 度的影响 对强度有提高，见图2-18。 磨细 700-800 15 253 偏高岭土 对混凝土收缩的影响 有收缩，比硅灰小。见图2-24 254 偏高岭土 对混凝土耐腐蚀性的影响 提高。 推广应用混凝土外加剂不仅可以改善混凝土的物理力学性能，提高工程质量，节约水泥，节省能源、缩短工期，改善施工条件，满足特种混凝土的技术需要。同时，还具有少、见效快、技术经济效益明显，社会 效益突出等特点。根据不同技术要求，使用不同类型的外加剂可以获得不同的经济效益。 例如： 引气减水剂 提高抗冻和抗渗的能力，减水增强，改善和易性，提高耐久性。 高效减水剂、早强减水剂 使混凝土的 倍以上，使配制高强或超高强度混凝土易于实现。不仅扩大了混凝土的使用范围，也可改变目前结构设计中存在的―肥梁、胖柱、深基础‖等状况。既减轻了房屋的自重，又节省了建筑材 缓凝减水剂。可延长混凝土由塑性状态进入固态所需的时间，减慢水泥水化放热速率．可满足大体积混凝土工程的施 工及质量要求。 掺加速凝剂。可满足坑道中喷射混凝土和国防抢修等混凝土工程中的施工要求。 混凝土中掺加膨胀、灌浆剂。可使混凝土的密实程度提高，从而增加了―混凝土的稳定性的抗渗、抗冻‖等性能。 混凝土中掺加阻锈剂。可提高对钢筋锈蚀的抵抗力和增加混凝土对钢筋的握裹力。 混凝土中掺加流化剂。可制备自密度，大流动性混凝土， 采用泵送溶流新工艺，可大大提高施工效率。 混凝土中掺加复合外加剂。还能减少混凝土搅拌，成型过程中的能耗，消除震耳欲聋的噪声危害。 混凝土中掺加着色剂。可制成各种装饰混凝土。 31 外加剂的分类 16 311 混凝土外加剂的分类 1按其主要功能分 1改善新拌混凝土流动性的外加剂。 主要包括各种减水剂、引气剂、灌浆剂、泵送剂等。 2调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂。 主要包括缓凝剂、促凝剂、早强剂等。 3调节混凝土含气量的外加剂。 主要包括引气剂、加气剂、发泡剂等。 4改善混凝土耐久性能的外加剂。 主要包括引气剂、防水剂、阻锈剂。 5为混凝土提供特殊性能的外加剂。 主要包括着色剂、膨胀剂、泵送剂、防冻剂等。 312 按化学成分分 1无机物外加剂 2有机物外加剂 3复合外加剂 32 减水剂 减水剂是指在混凝土和易性相同的条件下，能显著降低用水量的外加剂。又称分散剂和塑化剂。 塑化剂、普通减水剂，减水率5% 超塑化剂、高效减水剂、流化剂，减水率10% 木质素系减水剂、萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂、聚羧酸系。321 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的条件下，可减少用水量，降低水灰比，提高混凝土的强度和耐久性。 3在保持混凝土强度（水灰比不变）和坍落度不变的条件下，可节约水泥用量。 4配制高性能混凝土 322 减水剂的作用机理 水泥颗粒通过絮凝来降低界面能，达到体系稳定，因此把 许多水包裹在絮凝结构中。加入减水剂后，水泥浆形成的絮 凝结构打开并释放出被絮凝结构包裹的水，增大了流动性。 其机理有三个方面： 1降低水泥颗粒固-液界面能—润湿作用 图3-1 表面吸附分子层 17 减水剂大都是表面活性物质，可溶于水，能显著降低水的表面张力；能吸附在固体表面，并在固体表面 定向排列，形成表面吸附分子层，降低水－固界面张力。见图3-1。 2分散作用 （1）静电斥力作用 静电斥力作用见图3-2 所示。其中静电斥力大小顺序为：磺酸根—SO3 （2）空间位阻斥力作用聚合物减水剂吸附在水泥颗粒表面，则在水泥颗粒表面形成一层有一定厚度的聚合物分子吸附层。当水 泥颗粒相互靠近，吸附层开始重叠，即在颗粒之间产生斥力作用，重叠越多，斥力越大。这种由于聚合物吸 附层靠近重叠而产生的阻止水泥颗粒接近的机械分离作用力，称之为空间位阻斥力。以空间位阻斥力作用为 主的典型接枝梳状共废物对水泥颗粒的分散减水机理如图3．3 所示。 线型离子聚合物减水剂以静电斥力为主分散水泥颗粒，其空间位阻斥力较小。如：苯磺酸盐甲醛缩合物、 三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。 共聚物的减水剂以空间位阻斥力作用为主。如： 交叉链聚丙烯酸、羧基丙烯酸与丙烯酸酯共聚物、含接枝聚环氧乙烷的聚丙烯酸共聚物等 3润滑作用（1）水化膜润滑作用 减水剂含有大量极性基团，因其有较强的亲水性使颗粒表面形成具有一定机械强度的溶剂化膜。 如木质素磺酸盐含有磺酸基—SO3ˉ、羟基—OH和醚基—O—； 苯磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物含有磺酸基； 氨基磺酸盐甲醛缩合物含有磺酸基、胺基一NH2和羟基一OH； 聚羧酸盐减水剂含有羧基—COO—和醚基等。这些极性基团具有较强的亲水作用，特别是羟基、羧基和 醚基等均可与水形成氢键，故其亲水性更强。 （2）引气隔离―滚珠‖作用 18 气泡的滚珠和浮托作用。木质素磺酸盐、腐植酸盐、聚羧酸盐系及氨基磺酸盐系等减水剂，由于能降低液— 气界面张力，故具有一定的引气作用。 323 减水剂的技术性质 推荐性指标：减水率、泌水率比、含气量、凝结时间之差、1h 经时变化量。 强制性指标：抗压强度比、收缩率比、相对耐久性指标。 受检混凝土性能指标见表3-1。 a．没加减水剂的水泥 3-4减水剂对水泥浆作用效果对 19324 常用减水剂 1普通减水剂 （1）木质素系减水剂（木钙、木钠、木镁） 木钙掺量一般为水泥质量的0．2％～0．3％。 其减水率为10％～15％， 混凝土28d 抗压强度提高8％～ 10 若不减水即配合比不变，混凝土坍落度可增大80％～100％；若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变，可节约水泥用量10％左右。 木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，一般缓凝1～3h。 木钙减水剂可用于一般混凝土工程，尤其适用于： 大体积浇筑、滑模施工、泵送混凝土、夏季施工等。 木钙减水剂不宜单独用于： 冬季施工，在日最低气温低于50C 时，应与早强剂或防冻剂复合使用； 不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土以免蒸养后混凝土表面出现酥松现象。 （2）糖蜜系减水剂 棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。 糖蜜减水剂适宜掺量为０２％～０３％，减水率10％左右，故属缓凝减水剂。 2高效减水剂 高效减水剂的应用，成为混凝土技术发展里程一个重要的里程碑，应用它可以配制出流动性满足施工需 要且水灰比低，因此强度很高的高强混凝土、可以自行流动成型密实的自密实混凝土，以及充分满足不同工 程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土。 特点：具有较高的分子量，纯度较高；减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效；副作用小。 20 种类：萘系；密胺类；氨基磺酸盐类；脂肪族系 问题:用它配制的砼坍落度损失影响十分明显，不可能有更高的减水率；其生产的主要原料——萘是炼焦 工业的副产品，来源受钢铁工业的制约，等等。 （1）萘磺酸盐系减水剂 萘系减水剂为高效减水剂，其主要成分为β 一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。 萘系减水剂适宜掺量为０５％～１０％；其减水率较大，为 １０％～２５%；节约水泥 10%-15%；增强效 果显著，28 天10%以上；缓凝性很小；大多为非引气型。 适用于日最低气温０以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。 （2）树脂类减水剂 此类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂。 它是阴离子表面活性剂。我国产品有ＳＭ树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂。 ＳＭ适宜掺量为0．5％～２０％，减水率达２０％～２７％。对混凝土早强与增强效果显著，能使混凝土1d 强度提高一倍以上，７ｄ强度即可达空白混凝土２８d 的强度，长期强度亦明显提高，并可提高混凝土的抗渗、 抗冻性能及弹性模量。可泵性差，经时损失也大。 3高性能减水剂——聚羧酸减水剂 聚羧酸减水剂是直接用有机化工原料通过接枝共聚反应合成的高分子表面活性剂。它不仅具有传统减水 剂吸附在水泥颗粒表面使其表面带电而互斥作用，更具备支链的位阻作用，从而对水泥分散的作用更强，作 用时间更持久。 1机理 聚羧酸类聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用，主要由于羧基充当了缓凝成分，R—COO—与 Ca2+离 子作用形成络合物，降低溶液中的 Ca2+离子浓度，延缓 CaOH2 形成结晶，减少 凝胶的形成，延缓了水泥水化。 聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静 电排斥作用并使水泥颗粒分散，使水泥充分水化。 聚羧酸分子链的空间阻碍作用即立体排斥 聚羧酸类物质分子吸附在水泥颗粒表面呈―栉型‖，在凝胶材料的表面形成吸附层，聚合物分子吸附层相互 接近交叉时，聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒的凝聚，这是羧酸类减水剂具有比 其他体系更强的分散能力的一个重要原因。 聚羧酸类高效减水剂的保持分散机理可以从水泥浆拌和后的经过时间和 Zeta 电位的关系来了解。一般 来说，使用萘系及三聚氰胺系高性能减水剂的混凝土经 60min 后坍落度损失明显高于含聚羧酸系高性能减水 剂的混凝土。这主要是后者与水泥粒子的吸附模型不同，水泥粒子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力， Zeta 电位变化小。 （2）聚羧酸系高效减水剂的主要技术特征 21 聚羧酸系高效减水剂掺量占胶凝材料的 005%-03%。减水率可达（25-35）%；具有一定的引气性；轻微的缓 凝性。适应配制中、高强度的高性能混凝土。 （3）聚羧酸系减水剂优缺点 保坍性好，90min 内坍落度基本不损失或损失较小； 在相同流动性情况下，对水泥凝结时间影响较小； 通过调节分子结构，制备具有特殊性能和用途的超减水剂，如：低温高早期强度型、零坍落度损失型、 抗收缩型等。 使用聚羧酸类减水剂，可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，从而使成本降低； 合成高分子主链的原料来源较广； 分子结构上自由度大，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大； 聚合途径多样化，如共聚、接枝、嵌段等。合成工艺比较简单，由于不使用甲醛、萘等有害物质，不会 对环境造成污染。 聚羧酸系减水剂缺点 1产品性能的稳定性较差。在一定程度上，这一缺陷是由于我国的水泥品种太多、掺合料复杂、聚羧酸制 备工艺不成熟造成的。 2在复配过程中，对引气剂、消泡剂的选择性较强。 3在配置高强高性能混凝土、自密实混凝土过程中，存在着混凝土黏性太多、泵压太高的问题。 随着工程建设和混凝土技术进步的需要，各种新型多功能复合减水剂正在不断研制生产中，如 2—3h 无坍落度损失的保塑高效减水剂等，这一类外加剂主要有：聚羧酸盐与改性木质素的复合物、带磺酸端基的聚羧酸多元聚合物、芳香族氨基磺酸系高分子化合物、改性经基衍生物与烷基芳香磺酸盐的复合物、苯磺酸 甲醛缩合物与木钙等的复合物、三聚氰胺甲醛缩合物与木钙等的复合物、脂肪族系高分子聚合物与糖钙等的 复合物等等。 4减水剂使用中的几个注意的问题 减水剂—水泥相容性问题 混凝土拌合物坍落度损失问题 减水剂的掺入方法 33 引气剂是指在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。能够改善和易性，提高抗渗、抗冻性和耐久性的外加剂。 组成特点：带有憎水基和亲水基的表面活性剂。 物理化学特性：可溶于水；降低水的表面张力；能吸附在气泡表面，使之稳定。 搅拌水可产生气泡，但很快消失，为什么？水的表面张力使气泡不稳定！水中加入引气剂后水的表面张 力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡；通过吸附于气泡表面形成单分子膜，减小液－气界面能表 22 面张力，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。 适宜掺加量：为水泥用量的0002%～001%,混凝土中含气量为3%～5%。 331 常用种类 松香树脂类、 烷基和烷基芳烃磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、皂甙类 1松香树脂类 松香热聚物、松香皂类等； （1）配方 石炭酸35 克，硫酸2 毫升，氢氧化钠，4 克松香70 （2）性能和使用松香热聚物加气剂为微透明的胶状体，使用引气剂时，要严格控制掺量，使混凝土含气量控制在 3—5%以 内，过多会使混凝土强度降低。一般情况下，松香热聚物加气剂的掺量约为水泥用量的005—002%。 2烷基和烷基芳烃磺酸盐类：十二烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基苯酚聚氧乙烯醚等； 十二烷基苯磺酸钠化学式：R-C6H4-SO3Na（R=C10-C13），为高含量阴离子表面活性剂，具有去污、润湿、 发泡、乳化、分散等性能，皂化的吐尔油；起泡能力较差，泡沫小，稳定性好。 3皂甙类：三萜皂甙等 原料及生产工艺该类引气剂以我国南方分布的天然野生植物皂甙为主要原料,从植物果实中提炼的三萜皂甙类精制而成。 能引入混凝土中的气泡达10 亿个之多，孔径范围为002～02 mm，为不连续的封闭球形，分布均匀，稳定性 好。当含气量5%时，气泡间距系数L100μ m，当含气量为6%时，气泡间距系数L 约为80μ （2）特点水溶性极强, 在外加剂复合上，有良好配伍的适应性，能充分体现―协同效应‖，复合效果优于单剂。可以 提高混凝土的流动性和可塑性，减少泌水和离析，提高抗折强度10%-20%，可降低新拌混凝土塌落度损失。 对混凝土抗冻性和抗盐冻性具有显著的改善效果外。引气引入的微小气泡可作为体积膨胀的缓冲空间,降 低和延缓其他物理膨胀如盐晶体结晶压等和化学反应膨胀如碱骨料反应和硫酸盐反应等引起的混凝土破 坏。还可改善混凝土的抗渗性能,仅从这一点,引气剂就可提高混凝土的综合耐久性。 在泵送剂生产过程中若按泵送剂重量计，加入3-5‰（最大不大于2%）；若按水泥计，加入万分之零点五 到万分之零点八（最大不大于万分之三），即能起到以下显著的作用：提高减水率；减少坍落度损失；减少泌 水和离析，保水性能好；有较好的缓凝作用；能有效地减少摩擦力，增加流动性。 （3）适用范围 用于对混凝土耐久性特别是抗冻耐久性要求高的混凝土结构中,如水工、港工及道桥等重要工程; 北方撒除冰盐的混凝土公路、桥梁；对施工和易性要求高的混凝土工程；因其具有极强的水溶性,与其他外加 剂具有很强的复合性能,所以是配制泵送剂等其它复合外加剂的重要组成部分，如泵送混凝土；与减水剂复合, 能起到引气、改善和易性、减少泌水和沉降，提高混凝土耐久性（抗冻融循环、抗渗）、抗侵蚀能力等作用。 23 332 机理 引气剂为憎水性表面活性物质，能降低水泥-水-空气的界面能， 而且由于它的定向排列，形成单分子吸 附膜提高泡膜的强度，并使气泡排开水分而吸着固相粒子表面，因而能使搅拌过程混进的空气形成微小而稳 定的气泡、均匀分布于混凝土中。 333 作用 由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少泌水和离析 对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切 断毛细孔通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。 改善拌和物的和易性，减少用水量5%~9%，改善保水性，减少泌水性； 混凝土的抗渗性提高50%，抗冻标号提高3 降低混凝土的强度，引入1%的空气，可使强度下降5~6%；增大变形性，降低弹性模量，提高抗裂性和抗冲击性。 a松香酸 b木质素磺酸盐的重复结构单元 问题？ 减水剂与引气剂均是表面活性剂，那么，减水剂是否可当引气剂用？为什么？ 答：不能！ 因为减水剂没有稳泡作用，减水剂分子中的碳氢链是极性，与水有较强的相互作用；而引气剂分子的 碳氢链是非极性的，完全憎水！ 34 早强剂和速凝剂 341 氯化钙的早强作用主要是因为它能与Ｃ3Ａ和Ｃa（ＯＨ）2反应，生成不溶性复盐水化氯铝酸钙和氧氯酸 钙，增加水泥浆体中固相比例，提高早期强度；同时液相中Ｃａ（ＯＨ）2 浓度降低，也使 Ｃ3Ｓ、C2S 加速 水化，使早期强度提高。 24 2硫酸盐类（硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸） 硫酸盐的早强作用主要是与水泥的水化产物Ｃa（ＯＨ）2 反应，生成高分散性的化学石膏，它与Ｃ３Ａ的化 学反应比外掺石膏的作用快得多，能迅速生成水化硫铝酸钙，增加固相体积，提高早期结构的密实度，同时 也会加快水泥的水化速度，因而提高混凝土的早期强度。硫酸钠的适宜掺量为０．５％～２％，常以复合使 用效果更佳。使用时应防止引起碱集料反应。 3有机胺类（三乙醇胺，三乙丙醇胺） 三乙醇胺是一种非离子型表面活性剂，它不改变水化生成物，但能在水泥的水化过程中起着催化作用， 与其他早强剂复合效果更好。 4其它：如甲酸盐等 有些减水剂具有早强效果。也有些早强减水剂是由早强剂和减水剂复合而成。 342 速凝剂 1概述 速凝剂是专门为喷射水泥混凝土施工特制的一种超快硬早强的水泥混凝土外加剂, 掺配后水泥混凝土的初 凝时间不超过3 初凝后就具备了抵抗水泥混凝土自重脱落的能力。速凝剂的这些优异特性, 使其广泛应用于公路隧道支护、边坡防护、地下洞室、水池、薄壳、修复加固等 喷射或喷锚水泥混凝土结构, 也可用于需要速凝堵漏的水泥混凝土或砂浆中。 2分类 按物质形态分：粉状、液状。 粉状速凝剂是以铝酸盐、碳酸盐、硫铝酸盐等无机盐为主要成份。 液体速凝剂以偏硅酸钠、硫酸铝胶、水玻璃等为主要成份, 或与重铬酸钾、亚硝酸钠、三乙醇胺等其他无机盐 复合而成。 3喷射水泥混凝土配合比要求 强度应符合设计要求;能满足工程的抗冻、抗渗耐久性要求;尽量节约水泥。 干法喷射中, 水泥与砂石材料的质量比宜为 140～ 145; 水灰比宜为 040～ 045; 砂率宜控制在 45%～ 55% 的范围。 湿法喷射水泥混凝土坍落度宜控制在 80～ 120 mm 之间;湿法喷射水泥与砂石材料的质量比宜为 35～140; 水灰比宜为042～ 050; 砂率宜控制在50%～ 60% 的范围。 水泥用量不可偏少, 砂率要求很大。一般水泥用量宜为400 kgm 左右。砂率宜控制在45%～60% 之间。 35 缓凝剂 1定义 缓凝剂是指能延长混凝土凝结时间的外加剂。 2作用 由于缓凝剂在水泥及其水化物表面上的吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。缓凝剂同 25 时还具有减水、增强、降低水化热等功能。 3机理 缓凝剂分子吸附在水泥颗粒表面，屏蔽活性点， 阻碍水泥的水化；能产生多元酸根离子吸附在金属离 子上，阻碍水泥水化物的结晶沉淀，从而延缓了水泥 浆体结构的形成，使混凝土的凝结时间延缓几小时。 4品种 常用的缓凝剂及缓凝减水剂有糖类；羟基羧酸及 其盐类，如柠檬酸，酒石酸钾钠等。 36 减缩剂 361 混凝土非荷载裂缝问题越来越严重，泵送施工、高强混凝土和外加剂的应用，加剧了混凝土结构物的劣化。虽然对非荷载裂缝成因已有较一致的认识，并提出了许多见解和防治措施，但至今没有得到有效控制。 如：单凭设计或施工方法，要从根本上消除非荷载裂缝尚有困难。而目前采用的材料措施又多为被动控制方 1982年日本三洋化学工业公司和日立水泥公司联合开发混凝土减缩剂Shrinkage．reducing Admixture， SRA。1998 年，美国的Grace 公司开发了商品名为Eclipse 的混凝土减缩剂。1988 年富田六郎将减缩剂的主 成分归纳为通式R10AOnR2。其中骨架A 为碳原子数2～4 的环氧基，或两种不同的环氧基以随机顺序重合； 为重复度，以整数表示，一般为2～5，10以上的大分子结构也具有减缩机能；R 基、烷基、环烷基或苯基。可用作混凝土减缩剂的化学物质多为具有特定结构的非离子型聚醚，它是一种气-液界面活性剂。用作 减缩剂的活性剂的分子结构不同，其性质也不同。 362 减缩的机理 1原因 毛细管张力学说认为，在环境湿度小于 100％时，毛细管内部 的水面下降形成弯液面，在水的表面张力作用下，便会在毛细管中 产生附加压力：混凝土的收缩主要是由于失去其中的毛细管水时形 成的凹液面导致的附加压力产生的。 表面吸附学说认为，在固体表面上吸附气体或蒸气将减小固体 表面张力。所以吸附水一旦从水泥凝胶中脱离，表面张力就马上增加，胶粒被压缩。 拆开压力学说认为，在任何相对湿度下，水吸附在C 凝胶的表面产生一个拆开压力，其值随湿度增加而增加，在较低的相对湿度下。当拆开压力小于范德华力时，微粒就会聚集引起体积收缩。综上所述， 缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响 26 可以认为混凝土的干燥是多种因素造成的。 2减缩剂工作机理 减缩剂在混凝土的自收缩和干燥收缩期间在毛细孔中形成的凹液面上富集，从而降低孔溶液的气-液界面PP电子 PP电子平台PP电子 PP电子平台