王福川《土木工程材料》(第2版)课后习题(中)【圣才出品】

课后习题
第五章　化学外加剂土
1．试解释下列名词、术语
表面活性剂；表面张力；化学外加剂；减水剂；缓凝剂；引气剂；速凝剂；早强剂；膨胀剂；泵送剂；防冻剂；复合外加剂
答：（1）表面活性剂。

能显著降低溶剂（通常指水）表面张力的物质称为表面活性剂。

（2）表面张力。

液体表面任意两相邻部分之间垂直于它们的长度分界线相互作用的拉力。

（3）化学外加剂。

是指在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的，用以改变新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的化学物质。

（4）减水剂。

在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂称为混凝土减水剂。

（5）缓凝剂。

缓凝剂是一种能延迟水泥水化反应，从而延长混凝土凝结时间的外加剂。

（6）引气剂。

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且能保留在硬化混凝土中的外加剂成为引气剂。

（7）速凝剂。

能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。

（8）早强剂。

能加速混凝土早期强度发展的外加剂。

（9）膨胀剂。

是指与水泥、水拌合后，经水化反应生成钙矾石、或氢氧化钙等氢氧
化物、或钙矾石和氢氧化物，从而使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。

（10）泵送剂。

在拌制混凝土过程中加入的，能显著提高和改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。

（11）防冻剂。

将能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度以避免遭受冻害的外加剂。

（12）复合外加剂。

含有两种及以上组分的外加剂。

2．在混凝土中掺入减水剂可以取得哪些技术经济效果？试述混凝土减水剂的作用机理。

答：（1）在混凝土中掺入减水剂可以有效地增大混凝土拌合物的流动性。

（2）减水剂的作用机理为：
①吸附—分散作用。

水泥加水拌合后，水泥颗粒相互团聚形成絮凝结构，当加入适量减水剂后，水泥颗粒表面带上同种电荷而产生静电斥力，吸附在水泥颗粒表面还会产生空间位阻斥力，这些斥力使水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，释放出包裹于其中的自由水，从而有效地增大了混凝土拌合物的流动性。

②润滑作用。

减水剂分子吸附在水泥颗粒表面后使水泥颗粒表面形成一层单分子溶剂化水膜，不仅使水泥颗粒充分分散，增大了水泥颗粒与水的接触面积，又对水泥颗粒及骨料颗粒的相对运动起到润滑作用，使新拌混凝土流动性增大。

3．常用高效减水剂的种类及其性能特点？
答：常用高效减水剂的种类及其性能特点如下：
（1）萘磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂（萘系高效减水剂）。

萘磺酸盐甲醛缩合物是稠
环芳烃磺酸盐甲醛缩合物的一种，是一种高分子阴离子型表面活性剂，其主要成分为β—萘磺酸钠甲醛缩合物。

（2）密胺树脂系高效减水剂（水溶性树脂类减水剂）。

密胺树脂高效减水剂的全称为磺化三聚氰胺甲醛缩合物，又称磺化三聚氰胺系高效减水剂或水溶性树脂类减水剂，商品名为“美尔门脱”，该类减水剂由三聚氰胺、甲醛、亚硫酸钠（或焦亚硫酸钠）按一定比例在一定反应条件下，经磺化、缩聚而成的一种杂环芳烃磺酸盐甲醛缩合物。

密胺树脂高效减水剂属阴离子型聚合物电解质，系早强、非引气型减水剂。

（3）脂肪族系高效减水剂。

它以羰基化合物为主体，通过磺化打开羰基，引入亲水性磺酸基团，在碱性条件下与甲醛缩合形成一定分子量大小的，具有一定表面活性作用的脂肪族高分子缩合物。

该类减水剂的主要原料为丙酮、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠、甲醛。

在碱性水溶液条件下，经磺化、缩合而成。

（4）氨基磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂（氨基磺酸盐系高效减水剂）。

它是一种单环芳烃磺酸盐甲醛缩合物减水剂，以苯酚、对氨基苯磺酸钠为主要原料，通过滴加甲醛，经过水热缩合而成的高分子化合物。

（5）聚羧酸盐系高效减水剂（高性能减水剂）。

它是由含羧基的不饱和单体和其他不饱和单体经共聚而成的高分子共聚物。

其主要生产原料有不饱和羧酸、聚醇或聚醚、聚苯乙烯磺酸盐或酯、丙烯酸酯或丙烯酰胺等。

4．工程中使用缓凝剂的目的有哪些？举例说明不同目的对缓凝剂性能有哪些重点要求？
答：（1）使用缓凝剂的目的主要有三点：①延长水泥凝结时间，降低混凝土温峰，推迟混凝土温峰出现的时间。

②控制混凝土坍落度经时损失，使混凝土拌合物在较长时间
（2）目的①要求缓凝剂延长时间，降低温度，适合大体积混凝土；目的②控制塌落度，提高流动性，适用于商品和泵送混凝土；目的③重点要求与减水剂的兼容性，共同发挥其功能作用。

5．混凝土对引气剂引入的气泡特性有哪些要求？试述引气剂的作用机理。

答：（1）引气剂引入的气泡应分布均匀、尺寸微小，能保留在硬化混凝土中形成封闭气泡，且对混凝土强度降低较少。

（2）引气剂的作用机理包括：①改善混凝土拌合物的和易性，提高泵送混凝土的可泵性。

微小封闭气泡的存在，犹如混凝土拌合物中有无数个“滚珠”，润滑作用很强，使混凝土流动性明显提高。

大量微小气泡使混凝土内聚力增加，减小了水的流动，降低了颗粒下沉，因而增加了混凝土拌合物的黏聚性，减轻了泌水、离析现象。

②提高混凝土抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性。

加入引气剂后，所形成的大量微小封闭气孔切断了渗水通路，提高了混凝土的抗渗能力；气孔能有效地缓解混凝土受冻时的冰胀压力和渗透压力，所以混凝土的抗冻融破坏能力得以显著提高，气孔对膨胀压力的缓解作用也使混凝土抗膨胀性化学腐蚀的能力得到提高；高抗渗性降低了侵蚀性气体和液体的浸入，使得与抗渗性有关的抗碳化、抗化学腐蚀性能均得到提高。

6．混凝土膨胀剂有哪些主要类型？试述硫铝酸盐和铝酸盐类膨胀剂的作用机理，以及膨胀剂应用中的重点注意事项。

答：（1）常用混凝土膨胀剂按膨胀源的化学成分分类有：①硫铝酸盐及铝酸盐系膨胀剂。

它包括硫铝酸钙膨胀剂（代号CSA）、U型膨胀剂（代号UEA）、铝酸钙膨胀剂（代
②氧化钙系膨胀剂。

它的主要成分为生石灰CaO，膨胀源为氢氧化钙Ca（OH）2。

③氧化镁系膨胀剂，它的主要成分为MgO，膨胀源为Mg（OH）2。

④铁粉系膨胀剂。

它的主要成分为Fe2O3，膨胀源为氢氧化亚铁Fe（OH）2或氢氧化铁Fe（OH）3。

⑤复合系膨胀剂。

它主要是由硫铝酸盐或铝酸盐系膨胀剂复合适量氧化物类膨胀剂（如生石灰、氧化镁、铁粉等）而成，其膨胀源不少于两种成分，如钙矾石与氢氧化钙、钙矾石与氢氧化镁等。

（2）膨胀剂的膨胀机理是：膨胀剂中的硫酸铝盐或铝酸盐、硫酸钙或无水硫铝酸钙等与水泥水化产物——氢氧化钙等反应生成水化硫铝酸钙或水化铝酸钙而产生体积膨胀。

（3）膨胀剂应用中的重点注意事项如下：
①为了满足泵送、防冻等要求，膨胀剂可以和泵送剂、防冻剂等外加剂复合使用。

复合外加剂除应符合相应表格的技术要求外，尚应符合所复合的外加剂相应规范的技术要求，并注意不同外加剂之间的相容性。

②膨胀剂的适用范围是：
a．用于配制补偿收缩混凝土。

该类混凝土包括：地下、水中、海中、坝工、隧道等构筑物，大体积混凝土，配筋路面和板、屋面和浴厕间防水混凝土，构件补强、渗漏修补混凝土或砂浆，预应力钢筋混凝土等。

b．用于配制填充用膨胀混凝土。

该类混凝土包括：结构后浇带、后浇加强带混凝土，隧洞堵头混凝土等。

c．用于配制填充用膨胀砂浆。

该类砂浆包括：机械设备的底座灌浆砂浆，地脚螺栓的锚固砂浆，梁柱接头、构件补强加固砂浆等。

d．用于配制自应力混凝土。

如常温下使用的自应力钢筋混凝土压力管用混凝土。

③为了避免钙矾石、铝酸钙中的结晶水受高温作用时脱出而使膨胀剂失效，硫铝酸钙类膨胀剂和铝酸钙类膨胀剂不得用于长期处于环境温度为80℃以上的工程中。

④掺膨胀剂混凝土所用水泥品种应是硅酸盐类的通用水泥，不得用硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥。

这是因为这两种水泥的强度增长规律和体积变化规律与硅酸盐类水泥明显不同之故。

⑤在配制泵送高性能混凝土时，膨胀剂应与水泥、矿物掺合料一起计入胶凝材料用量。

⑥掺膨胀剂混凝土浇筑以后，为防止出现沉降裂缝，在混凝土终凝前应多次抹压。

⑦掺膨胀剂混凝土的养护应不少于14d，对于墙体等不易保水的结构，拆模时间应不少于7d，冬期施工应不少于14d。

⑧掺膨胀剂混凝土、砂浆的性能要求应符合相关表格的规定。

7．泵送混凝土对泵送剂有哪些性能要求？试述泵送剂的主要构成组分，以及各组分的作用。

答：（1）泵送剂必须使混凝土拌合物在不增加用水量的情况下获得大的流动性，在泵送压力作用下不离析泌水，能有效降低泵送阻力，对商品泵送混凝土而言，还应具有优异的保坍性能；同时，对硬化混凝土无不良影响。

（2）泵送剂一般由以下不同功能的外加剂组分组成：①减水剂组分。

包括各种高效减水剂和普通减水剂，其主要作用是在保持泵送混凝土大流动性情况下减少用水量，或不增加用水量情况下提高流动性。

②缓凝剂组分。

包括具有缓凝作用的普通减水剂如木钙、糖钙等，其他有机缓凝剂（常用葡萄糖酸钠、柠檬酸、白糖）和无机盐缓凝剂（常用三聚磷酸钠、六偏磷酸钠）。

缓。