混凝土外加劑科學與技術

0混凝土外加劑發(fā)展的歷史背景001
0.1早期發(fā)展001
0.2外加劑科學的發(fā)展002
0.3外加劑的使用003
0.4合成分子和聚合物的使用003
0.5復雜的人造術語003
0.6外加劑的分類005
0.7水泥顆粒分散作用的重要性006
參考文獻009


第一篇硅酸鹽水泥與混凝土基礎
01水灰比和水膠比的重要性012
1.1引言012
1.2水灰比的內在含義013
1.3復合水泥漿體的水灰比和水膠比014
1.3.1含有輔助性膠凝材料的復合水泥015
1.3.2含有填料的復合水泥016
1.3.3w/c和w/b的相對重要性017
1.4如何降低水灰比和水膠比017
1.5結論018
參考文獻019

02水泥的水化現象020
2.1引言020
2.2勒夏特列（Le Chatelier）實驗020
2.3Powers對水泥水化的研究021
2.3.1w/c為0.42的水泥漿體水化反應021
2.3.2w/c為0.36的水泥漿體在水中養(yǎng)護的水化022
2.3.3w/c為0.60的水泥漿體在水中養(yǎng)護的水化022
2.3.4w/c為0.3的水泥漿體的水化反應023
2.4低水灰比混凝土的養(yǎng)護024
2.4.1收縮的不同方式024
2.4.2根據w/c養(yǎng)護混凝土024
2.5結論025
參考文獻026

03硅酸鹽水泥027
3.1引言027
3.2硅酸鹽水泥熟料的礦物組成028
3.3熟料的制備030
3.4硅酸鹽水泥的化學成分032
3.5硅酸鹽水泥的粉磨034
3.5.1水泥顆粒形態(tài)的影響034
3.5.2為什么在粉磨硅酸鹽水泥時添加硫酸鈣？035
3.6硅酸鹽水泥的水化036
3.7熟石灰（氫氧化鈣）039
3.8目前水泥驗收標準039
3.9水化反應的副作用040
3.10總結040
附錄3.1鋁酸三鈣041
附錄3.2鈣礬石044
參考文獻045

04輔助性膠凝材料和復合水泥047
4.1引言047
4.2結晶態(tài)和玻璃態(tài)048
4.3高爐礦渣050
4.4粉煤灰053
4.5硅灰055
4.6煅燒黏土057
4.7天然火山灰057
4.8其他輔助性膠凝材料058
4.9填料061
4.10磨細玻璃061
4.11復合水泥062
4.12結論062
參考文獻062

05水及其對混凝土性能的影響064
5.1引言064
5.2水在混凝土中的重要作用064
5.3水對混凝土流變性的影響065
5.4水和水泥水化066
5.5水和收縮066
5.5.1總則066
5.5.2如何消除塑性收縮的風險068
5.5.3如何緩解自收縮068
5.5.4如何提供內部水源069
5.5.5如何消除干縮070
5.6水與堿/骨料反應070
5.7某些特殊領域水的應用070
5.7.1海水070
5.7.2預拌操作中產生的廢水070
5.8結論071
參考文獻071

06混凝土中引入的空氣：流變性和抗凍性074
6.1引言074
6.2殘留氣泡與引入氣泡074
6.3引氣的作用075
6.3.1引氣對新拌混凝土工作性的影響075
6.3.2引氣對裂紋擴展的影響076
6.3.3引氣對混凝土吸水率和滲透率的影響076
6.3.4容納膨脹性水化產物076
6.3.5引氣對抗凍融循環(huán)的影響077
6.4泵送對含氣量和間距系數的影響078
6.5復合水泥中的引氣079
6.6結論079
參考文獻080

07混凝土流變性：認識化學外加劑的基礎081
7.1引言081
7.2流變學的定義082
7.2.1剪切層流082
7.2.2剪切應力083
7.2.3剪切速率083
7.2.4流動曲線084
7.3不同的流變行為084
7.3.1牛頓流體084
7.3.2賓漢姆流體085
7.3.3具有屈服應力的剪切變稀和剪切增稠流體086
7.4懸浮液的微觀力學行為086
7.4.1屈服應力087
7.4.2黏度087
7.4.3觸變性088
7.4.4混凝土：一種黏彈塑性材料089
7.4.5泌水與離析090
7.5影響混凝土流變性的因素091
7.5.1總則091
7.5.2加工能量對混凝土流變性的影響091
7.5.3固相濃度對黏度和屈服應力的影響091
7.5.4水泥漿體/骨料比和砂漿/骨料比對混凝土流變性的影響092
7.5.5漿體成分的影響093
7.5.6含氣量對混凝土流變性的影響095
7.6混凝土的觸變性095
7.6.1觸變性對混凝土施工的影響095
7.6.2量化觸變性的實驗方法095
7.7結論098
參考文獻099

08水泥水化機理104
8.1引言104
8.2C3A的水化104
8.3阿利特的水化106
8.3.1阿利特水化化學和水化階段106
8.3.2階段0和階段Ⅰ：初始溶解106
8.3.3階段Ⅱ：誘導期108
8.3.4階段Ⅲ：加速期109
8.4普通硅酸鹽水泥的水化111
8.4.1水泥水化階段111
8.4.2硅酸鹽鋁酸鹽硫酸鹽平衡112
8.5結論113
參考文獻114


第二篇外加劑化學與工作機制
09化學外加劑的化學性質120
9.1引言120
9.2減水劑和超塑化劑120
9.2.1簡介120
9.2.2天然聚合物121
9.2.3線形合成聚合物124
9.2.4梳形共聚物129
9.3緩凝劑135
9.3.1簡介135
9.3.2碳水化合物136
9.4調黏劑138
9.4.1簡介138
9.4.2天然聚合物139
9.4.3半合成聚合物139
9.4.4合成聚合物142
9.4.5無機粉體142
9.5引氣劑142
9.5.1簡介142
9.5.2表面活性劑的通性143
9.5.3引氣混合物的來源145
9.5.4陰離子表面活性劑146
9.5.5陽離子表面活性劑149
9.5.6兩性表面活性劑150
9.5.7非離子表面活性劑151
9.6減縮劑153
9.6.1簡介153
9.6.2SRA的歷史和工作機制153
9.6.3用作SRA的表面活性劑的通性和概述153
9.6.4SRA中使用的化合物的類別155
9.7結論160
參考文獻160

10化學外加劑的吸附170
10.1引言170
10.2吸附和流動度171
10.2.1初始流動度171
10.2.2流動度保持171
10.3吸附等溫線171
10.3.1吸附基礎現象學171
10.3.2簡單吸附等溫模型172
10.3.3超塑化劑吸附等溫線的線性區(qū)173
10.3.4水泥基體系吸附的具體問題175
10.4分子結構與吸附175
10.4.1通性175
10.4.2超塑化劑的吸附176
10.4.3表面活性劑在固液界面的吸附178
10.5表面與溶液之間的動態(tài)交換180
10.5.1吸附的可逆性180
10.5.2競爭吸附181
10.6消耗（無效吸附）182
10.6.1沉淀182
10.6.2有機鋁酸鹽182
10.6.3比表面積的變化184
10.6.4黏土礦物吸附184
10.7表面活性劑在氣液界面的吸附185
10.7.1表面活性劑吸附和形成膠束的驅動力185
10.7.2表面活性劑在氣液界面的吸附186
10.8吸附測試的實驗問題187
10.8.1懸浮液制備187
10.8.2液相分離189
10.8.3提取后的液相穩(wěn)定190
10.8.4液相分析190
10.8.5利用zeta電位間接測定吸附量191
10.8.6比表面積的測試191
10.9結論192
參考文獻192

11減水劑與超塑化劑的作用機理200
11.1引言200
11.2色散力200
11.3靜電力201
11.4DLVO理論204
11.5空間位阻力208
11.6超塑化劑的作用209
11.6.1靜電斥力作用209
11.6.2空間位阻作用210
11.6.3聚羧酸分子結構的具體作用212
11.7結論214
參考文獻215

12化學外加劑對水泥水化的影響218
12.1引言218
12.2緩凝機理220
12.2.1溶液中鈣離子的絡合220
12.2.2抑制無水礦相的溶解220
12.2.3抑制水化產物成核和生長221
12.2.4擾動硅酸鹽鋁酸鹽硫酸鹽平衡223
12.3超塑化劑的緩凝作用225
12.3.1PCE超塑化劑分子結構的作用225
12.3.2化學組成的作用226
12.4糖的緩凝作用227
12.4.1綜述227
12.4.2研究概況227
12.4.3分子結構的作用228
12.4.4絡合和穩(wěn)定性的作用231
12.4.5吸附的作用232
12.4.6其他問題233
12.5結論234
參考文獻234

13減縮劑的作用機理240
13.1引言240
13.2膠凝體系收縮的基本原理241
13.2.1毛細管壓力理論241
13.2.2分離壓理論242
13.2.3收縮的熱力學框架243
13.3SRA對干縮的影響244
13.3.1宏觀變化245
13.3.2減縮的作用機理247
13.4SRA對干燥收縮的摻量響應248
13.5結論249
參考文獻250

14鋼筋混凝土的阻銹劑253
14.1引言253
14.2混凝土中鋼筋的銹蝕機理254
14.2.1初始階段254
14.2.2擴散階段256
14.3混凝土中鋼筋的阻銹劑256
14.3.1機理257
14.3.2摻入阻銹劑的實驗室研究257
14.3.3有機阻銹劑混合物的作用262
14.4阻銹劑的臨界評價263
14.4.1阻銹劑測試263
14.4.2濃度依賴性263
14.4.3阻銹劑作用的測量和控制264
14.5結論264
參考文獻264


第三篇外加劑技術
15商業(yè)產品配方270
15.1引言270
15.2性能目標270
15.2.1坍落度保持271
15.2.2環(huán)境條件271
15.2.3凝結和硬化控制271
15.2.4消泡劑272
15.2.5輔助表面活性劑和水溶性化合物272
15.2.6抗菌劑272
15.3成本問題273
15.4結論273
參考文獻274

16超塑化劑276
16.1引言276
16.2超塑化劑的應用基礎276
16.2.1超塑化劑的主要類型276
16.2.2超塑化劑分散的實際效用277
16.2.3膠凝體系中超塑化劑的流變試驗277
16.3超塑化劑對流變性的影響279
16.3.1屈服應力279
16.3.2塑性黏度281
16.3.3剪切增稠281
16.3.4拌合方案的重要性282
16.3.5流動性保持282
16.3.6延遲流化283
16.4意外或不期望行為284
16.4.1基本情況284
16.4.2標準實驗不足以鑒別不相容性284
16.4.3混凝土中水泥/超塑化劑的魯棒性285
16.4.4水泥組分的作用285
16.4.5超塑化劑的作用288
16.4.6與其他外加劑的相互作用290
16.5結論291
參考文獻291

17引氣劑297
17.1引言297
17.2引氣機理297
17.3氣泡網絡的主要特征298
17.4氣泡網絡的形成299
17.4.1配方參數的影響300
17.4.2拌合工藝參數的影響303
17.5氣泡網絡的穩(wěn)定性304
17.5.1新拌混凝土運輸的影響304
17.5.2振搗和泵送的影響304
17.6結論305
參考文獻305

18緩凝劑308
18.1引言308
18.2冷卻混凝土以延緩凝結308
18.3緩凝劑的使用310
18.3.1用于延緩混凝土凝結的不同化學品310
18.3.2北美不同的緩凝劑標準化310
18.3.3糖作為緩凝劑310
18.3.4摻量311
18.4添加時間312
18.5一些過度緩凝的案例312
18.5.1拆模后預制板開裂312
18.5.2一個特別勤奮的集裝卡車司機313
18.5.3緩凝劑的意外過量313
18.5.4海上平臺的重力基座滑模施工314
18.6結論315
參考文獻315

19速凝劑316
19.1引言316
19.2加速混凝土硬化的方法316
19.2.1使用高強度水泥316
19.2.2降低w/c或w/b317
19.2.3加熱混凝土317
19.2.4隔熱措施317
19.2.5使用速凝劑318
19.3不同類型的速凝劑318
19.4CaCl2速凝劑318
19.4.1作用機理319
19.4.2添加方式320
19.4.3CaCl2使用規(guī)則320
19.5噴射混凝土速凝劑320
19.6結論321
參考文獻322

20調黏劑323
20.1引言323
20.2調黏劑的性能323
20.2.1調黏劑的作用機理323
20.2.2調黏劑對膠凝體系流變性的影響324
20.2.3超塑化劑存在下調黏劑的性能325
20.3保水劑的作用機理328
20.4調黏劑聚合物對水泥水化的影響331
20.5調黏劑用于自密實混凝土配制334
20.6結論335
參考文獻335

21防凍劑338
21.1引言338
21.2北美冬季混凝土的澆筑338
21.3防凍劑338
21.4加拿大北部高壓輸電線路的建設339
21.5亞硝酸鈣在納尼西維克的應用339
21.6結論342
參考文獻342

22膨脹劑343
22.1引言343
22.2原理343
22.3膨脹機制345
22.3.1因鈣礬石的形成而膨脹345
22.3.2因氫氧化鈣的形成而膨脹346
22.4自由膨脹和限制膨脹的測量347
22.4.1自由膨脹347
22.4.2限制膨脹347
22.5影響膨脹的因素349
22.5.1膨脹劑摻量349
22.5.2養(yǎng)護條件349
22.5.3溫度350
22.5.4試驗方法：限制膨脹與自由膨脹351
22.6摻加膨脹劑的混凝土的現場應用352
22.6.1橋面352
22.6.2地面平板353
22.6.3黏結混凝土的覆蓋層353
22.7結論353
參考文獻354

23減縮劑355
23.1引言355
23.2用作減縮劑的主要分子355
23.3典型摻量356
23.4減縮劑使用的實驗室研究356
23.4.1自收縮356
23.4.2干燥收縮357
23.4.3減縮劑與膨脹劑結合使用359
23.4.4減縮劑對含氣量的影響359
23.4.5抗凍融性360
23.5現場應用362
23.6結論363
參考文獻363

24阻銹劑365
24.1引言365
24.2氯離子對鋼筋的影響366
24.3加強鋼筋的防腐保護367
24.3.1采用低水灰比或水膠比混凝土367
24.3.2陰極保護367
24.3.3阻銹劑367
24.4減緩鋼筋的銹蝕368
24.4.1環(huán)氧涂覆鋼筋368
24.4.2不銹鋼鋼筋368
24.4.3鍍鋅鋼筋369
24.5消除鋼筋銹蝕369
24.6結論371
參考文獻371

25養(yǎng)護劑373
25.1引言373
25.2根據水灰比養(yǎng)護混凝土373
25.3水灰比大于規(guī)定臨界值0.42的混凝土養(yǎng)護374
25.4水灰比小于規(guī)定臨界值0.42的混凝土養(yǎng)護374
25.4.1外養(yǎng)護374
25.4.2內養(yǎng)護375
25.4.3養(yǎng)護混凝土柱375
25.5在現場實施適當的養(yǎng)護措施375
25.6結論375
參考文獻376


第四篇特種混凝土
26自密實混凝土378
26.1引言378
26.2自密實混凝土配比378
26.3品質控制381
26.4新拌性能383
26.4.1塑性收縮383
26.4.2泵送383
26.5硬化特性383
26.6案例研究383
26.6.1日本大阪Senboku液化天然氣二號接收站383
26.6.2舍布魯克大學結構實驗室反力墻385
26.7向承包商銷售自密實混凝土385
26.8結論386
參考文獻387

27超高性能混凝土389
27.1引言389
27.2超高性能混凝土的實現要素390
27.2.1增加超高性能混凝土的勻質性390
27.2.2增加堆積密度391
27.2.3通過熱處理改善微觀結構391
27.2.4提高超高強度混凝土的韌性391
27.2.5提高不同粉末的堆積密度391
27.2.6用硬質夾雜物增強水泥漿體393
27.3如何制備超高性能混凝土393
27.3.1用于制備UHSC的水泥特性393
27.3.2超塑化劑的選擇393
27.4舍布魯克步行自行車道的建設394
27.4.1設計394
27.4.2建造395
27.5測試建筑物的結構性能398
27.6長期性能398
27.7超高性能混凝土的最新應用399
27.7.1東京羽田機場的擴建399
27.7.2馬賽市的地中海文明博物館402
27.7.3巴黎路易威登基金會大樓402
27.8結論404
參考文獻404


第五篇總結與展望
28混凝土外加劑的結論和展望408
28.1混凝土中的外加劑——烹飪中的調味品408
28.2混凝土的優(yōu)劣409
28.3環(huán)境挑戰(zhàn)409
28.4化學外加劑科學409
參考文獻410


附錄1有用的公式和一些應用411

附錄2實驗統(tǒng)計設計426

附錄3混凝土質量的統(tǒng)計評估437

附錄4術語和定義451


致謝454