前言
外加劑能提高新拌混凝土的工作性能、改善施工環(huán)境,提高硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性,同時(shí)可節(jié)約水泥、降低成本、加快施工速度。因此,混凝土外加劑廣泛用于各種混凝土工程中。但是我國(guó)各地區(qū)礦石資源不一樣,水泥生產(chǎn)工藝規(guī)模有效大差別,導(dǎo)致了水泥品種的多樣性。而且,同一種水泥質(zhì)量差別也大。在高性能混凝土、高品混凝土、泵送混凝土的應(yīng)用中往往會(huì)出現(xiàn)混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差的現(xiàn)象。這就類(lèi)似“青霉素”不適應(yīng)“某些”病人會(huì)現(xiàn)現(xiàn)“過(guò)敏”或其它“異常反應(yīng)”一樣。這種現(xiàn)象尤其發(fā)生在低水膠比實(shí)際用水量少的高性能混凝土的拌合物中。在相同配比下,同摻量同品種的混凝土外加劑往往由于水泥品種不一樣,其應(yīng)用效果有效大差別。同樣混凝土外加劑在一種水泥的應(yīng)用中效果較好,而在另一種水泥的應(yīng)用中出現(xiàn)較大差別,甚至出現(xiàn)相反效果,出現(xiàn)質(zhì)量事故。如摻有“甘油”的混凝土外加劑或“糖鈣”或“木鈣”的混凝土外加劑,在某些水泥中應(yīng)用效果較理想,而在某些水泥中可能會(huì)現(xiàn)相反的效果。又如:東北某工程使用泵送劑之前,未做混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性試驗(yàn),盲目地將泵送劑用于大壩水泥的工程中,結(jié)果導(dǎo)致混凝土不凝的質(zhì)量事故。一般,混凝土外加劑適應(yīng)性較差表現(xiàn)如下:
1)新拌混凝土的攪拌過(guò)程中出現(xiàn)異常凝結(jié)(速凝、假凝)
2)新拌混凝土坍落度損失快。
3)混凝土泌水、離析、分層現(xiàn)象嚴(yán)重。
4)新拌混凝土坍落度提不上來(lái),看似混凝土外加劑減水效果差。
5)硬化混凝土強(qiáng)度明顯下降。
6)混凝土收縮加大、抗?jié)B、耐久性下降。
7)大體積混凝土中緩凝效果不明顯、出現(xiàn)溫差裂縫。
因此,要正確認(rèn)識(shí)混凝土外加與水泥適應(yīng)性這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,在應(yīng)用某一品種混凝土外加劑之前,一定要做混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性試驗(yàn)。按《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ119-88)正確地選擇和應(yīng)用混凝土外加劑。
1影響混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的因素
1.1混凝土外加劑摻量摻加工藝
1.1.1混凝土外加劑最佳摻量
對(duì)于某一水泥、某一配比的混凝土而言,任何混凝土外加劑都存在一最佳摻量,即在最佳摻量時(shí),混凝土外加劑的性能會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。外加劑的最佳摻量是獲得最好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果的重要因素,其最佳摻量是根據(jù)試驗(yàn)、混凝土配比確定的,其關(guān)系如圖1、圖2,故在混凝土外加劑大摻量或低摻量(相對(duì)最佳摻量而言)往往會(huì)出現(xiàn)截然不同、意想不到的效果。如“坍落度”損失快慢、泌水大小、緩凝與促凝等。
1.1.2混凝土外加劑摻加工藝(先摻法與后摻法)
凡進(jìn)行過(guò)混凝土外另劑研究的工作者及進(jìn)行大量混凝土外另劑的應(yīng)用試驗(yàn)的人員都應(yīng)贊同:后摻法的混凝土 的工作性能優(yōu)于先摻法的混凝土,而且達(dá)到同樣效果,后摻法的摻量往往更小,這可能與混凝土外加劑與水泥顆粒的吸附與分散有關(guān)。其關(guān)系如圖3。
1.2攪拌時(shí)間與攪拌速度
混凝土攪拌時(shí)間會(huì)影響混凝土的含氣量及混凝土外加劑對(duì)混凝土的分散效果、凝結(jié)時(shí)間,從而影響混凝土的工作和硬化混凝土的力學(xué)性和耐久性。
攪拌機(jī)剪切速度過(guò)快,會(huì)破壞水泥漿中的膠體結(jié)構(gòu)和破壞水泥顆粒表面形成雙電層膜,使混凝土凝結(jié)時(shí)間坍落度損失、泌水量都受到較大影響。
1.3混凝土外加劑品種的影響
1.3.1官能團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)等
混凝土外加劑中所含不同的官能團(tuán)如-OH、-COOH、-CH2、-SO3等對(duì)水泥顆粒影響不同,外加劑的分子量、形狀不同都會(huì)影響到混凝土外加劑的性能?;炷镣饧觿┦顷庪x子表面活性劑還是陽(yáng)離子表現(xiàn)活性劑或是非離子表面活性劑,水泥中的C3A、C4AF、C3S、f-CaO等吸附分散效果不相同,也直接影響水泥中SO4-2 -的溶解度。從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的問(wèn)題。
1.3.2其它因素
混凝土外加劑中堿含量高,則對(duì)混凝土早期強(qiáng)度有利,但新拌坍落度損失快。有些外加劑引氣量過(guò)大,而且氣泡不均勻、不封閉。氣泡大導(dǎo)致新拌混凝土坍落度損失快,而且使硬化混凝土抗?jié)B、抗凍、耐久性等下降。
1.4水泥
1.4.1礦物成份
影響不泥適應(yīng)性的主要是C3A、C3S,在水泥中一般以石膏作為調(diào)凝劑。一般說(shuō)來(lái),C3A 含量低的水泥,其適應(yīng)性良好,坍落度損失小。C3A含量高的水泥,需要較多的CaSO4.2H2O作調(diào)凝劑。若混凝土拌合物中,SO2-4 濃度不足,那么新拌混凝土坍落度損失快。像MG 、TG對(duì)硬石膏作調(diào)凝劑的水泥,其適應(yīng)性差,就是因?yàn)門(mén)G/MG降低了硬石膏的溶解度,從而使水泥因缺少SO2-4 而產(chǎn)生異常凝結(jié)。通常水泥適應(yīng)性不好,水泥在生產(chǎn)過(guò)程 中采用立窯回轉(zhuǎn)窯干法濕法生產(chǎn),使水泥礦物組分晶相狀態(tài)細(xì)度石膏形態(tài)發(fā)生不同程度的變化,從而導(dǎo)致了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性問(wèn)題的產(chǎn)生。一般,水泥中吸附外加劑能力:C3A> C4AF> C3SⅡ> C2S 。其水化速率與其關(guān)系近似成正比。當(dāng)新鮮水泥存放一段時(shí)間后,由于其中f-CaO減少,使混凝土拌合物需水量減少,坍落度損失減緩,從而改善了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性;水泥中親水性摻合料保水性好。火山灰質(zhì)水泥保水性差,易泌水。一般,水泥需水量大小和坍落度損失大小按規(guī)律:PⅠ.PⅡ> P.O > P.S > P.F> P.P 。泌水性正好與其相反。
1.4.2細(xì)度
水泥過(guò)細(xì),水化速度快,需水量大,保水性好,但其坍落度損失快,而且水泥過(guò)細(xì),混凝土收縮大,含氣量下降,降低了混凝土的抗?jié)B抗凍耐久性。
1.4.3石膏
(1)石膏細(xì)度不夠,使石膏溶解度不夠,產(chǎn)生速凝。
(2)石膏用量不夠,不能有效控制C3A的水化。
(3)石膏形態(tài)
一般在混凝土中CaSO4.2H2O調(diào)凝效果優(yōu)于CaSO4.1/2 H2O。石膏與熟料的粉磨溫度通常較高,從而使二水石膏脫水或半水石膏再脫水成硬石膏,從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差。
1.5摻和料
通常摻粉煤礦灰或磨細(xì)礦渣有利于新拌混凝土的流動(dòng)性,而且使其坍落度損失減緩。但是需水量比的關(guān)系為Ⅰ級(jí)>Ⅱ級(jí)>Ⅲ級(jí)。故Ⅰ級(jí)灰坍落度損失小但保水性差,易泌水。通常摻膨劑的混凝土其坍落度損失快,水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性較差。用塑料桶裝上新鮮混凝土拌合物,敞口,室溫存30.5℃,濕度61%。其中用水量為扣砂含水,砂為濕砂重量,粉煤灰為Ⅱ級(jí),膨脹劑為山東建材院的JEA.
1.6溫度、濕度
由于溫度高,水泥水化速度加快,而且混凝土表面水分蒸發(fā)加快,混凝土內(nèi)游離水通過(guò)毛細(xì)管源源不斷地補(bǔ)充到混凝土表面。這樣,一方面水泥水化加憐惜,一方面混凝土游離水大量被蒸發(fā)而沽少,從而使新拌混凝土坍落度損失加快。而且某些混凝土外加劑的緩凝效果在30℃以上作用大大降低。如有機(jī)酸在高溫下對(duì)C3S緩凝效果大降低。醇酮酯在高溫下,對(duì)C3S的緩凝效果較好。因此,在高溫下,大多需要提高混凝土外加劑的摻量和防止水分蒸發(fā)。(如圖4圖5)
施工中配比雖然看似是設(shè)計(jì)問(wèn)題,但它對(duì)混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的影響很大。據(jù)有關(guān)資料和試驗(yàn)表明,砂率過(guò)高會(huì)使混凝土拌合物流動(dòng)性降低,保塑性降低,坍落度損失加快。在混凝土配比中,石子的形狀吸水量級(jí)配也嚴(yán)重影響混凝土的施工性保水必粘聚性流動(dòng)性保塑性可密實(shí)成型性。在實(shí)驗(yàn)中W/C降低右以提高混凝土的強(qiáng)度,而在低W/C下,有一最佳Mwo,在最佳Mwo條件下,混凝土外加劑對(duì)水泥混凝土的各項(xiàng)性能能充分發(fā)揮出來(lái)使混凝土拌合物的保水性能保塑性等工作性狀態(tài)改善,更重要的是保證了SO2-4水泥在水化時(shí),石膏有足夠的溶解用水,從而保證了的濃度,使與水泥適應(yīng)性得到了改善。如圖6。
2解決混凝土外加劑的摻加工藝
2.1改變混凝土外加劑的摻加工藝
采用后摻或滯水法或少量多次摻加的工藝。這種方法的效果較好。這就需要改變混凝土輸送車(chē)的某些裝置。若在攪拌運(yùn)輸車(chē)上安裝配套的后摻或多次參加混凝土外加劑的儀器裝置,那么混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性差便可大大改善,而且這種運(yùn)輸車(chē)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)便能較好地發(fā)揮出來(lái),肯定會(huì)受到市場(chǎng)的青睞。
2.2適當(dāng)增加或減少混凝土外加劑的摻量
當(dāng)混凝土摻合物坍落度損失太快時(shí),適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量。當(dāng)混凝土嚴(yán)重泌水,適量減少混凝土外加劑摻量,當(dāng)然最好根本方法是降低Mwo
2.3適當(dāng)調(diào)整混凝土外加劑的配方,使混凝土外加劑對(duì)石膏的溶解度影響小,并能提高石膏的溶解度,有效地控制SO2-4 的濃度。能產(chǎn)生效果的物質(zhì)有HCl、H2SO4、HNO3及其鹽類(lèi)硅氟酸鈉、NaF、NaCl。特別是對(duì)硬石膏作調(diào)凝劑的水泥,更應(yīng)注意減少或不用木鈣、糖鈣這類(lèi)使石膏溶解度隱低的物質(zhì)。在混凝土外加劑使用反應(yīng)性高分子物質(zhì),并適應(yīng)復(fù)配相應(yīng)的保水、緩凝、保塑組分。
2.4調(diào)整混凝土配比根據(jù)不同工程及設(shè)計(jì)要求調(diào)整好施工配比?;炷镣饧觿┲荒苁馆^合理配比的混凝土性能得到改善,卻不能使配比不合理質(zhì)量差的混凝土性能得到改善。在嚴(yán)重泌水的混凝土中適量摻加部份摻合料或適當(dāng)提高砂率或適當(dāng)降低Mwo。在混凝土坍落度損失率較高的混凝土中,適當(dāng)增加Mwo或適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量,使其初始坍落度SL0≥200mm,這樣有助于提高石膏的溶解度,防止水分蒸發(fā)過(guò)快,混凝土拌合物中游離水嚴(yán)重不足的現(xiàn)象產(chǎn)生。
2.5調(diào)整摻合料。盡量降低f-CaO、MgO、CaSO4的含量,有效控制C3A、SO2_4、OH-的平衡。使混凝土中C3A<8%
2.6采取綜合措施。通過(guò)調(diào)整混凝土外加劑配方,調(diào)整混凝土配比。采取不同的摻加工藝,或用部分摻合料代替部分水泥等措施。調(diào)整水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性。
3 3工程應(yīng)用
3.1濟(jì)南財(cái)稅大廈
九七年濟(jì)南財(cái)稅大廈工程使用YNB-6泵送劑的商品混凝土,SL0=190、SL1=1.0h=80mm。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究及水泥分析。發(fā)現(xiàn)水泥中C3A達(dá)11%。F-CaO達(dá)1.89%。水泥中石膏溶解度不足引起坍落度損失較快。因此,我們及時(shí)調(diào)整了混凝土外夾劑配方,使SL0=200mm、SL1=1.0h=195mm?;炷梁鸵仔暂^好、硬化混凝土表面光滑,強(qiáng)度、抗?jié)B達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
3.2電信大廈
濟(jì)南電信大廈在使用C30商品混凝土中,發(fā)現(xiàn)泌水量較嚴(yán)重。通過(guò)實(shí)驗(yàn),及時(shí)調(diào)整了Mwo,解決了混凝土嚴(yán)重泌水這一問(wèn)題(實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2),通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整配比中Mwo,使Mwo下調(diào)4kg。這樣較好地解決了混凝土拌和物泌水量問(wèn)題。
3.3天建大廈
天建大廈應(yīng)用YHB-6配制c40商品混凝土?xí)r,發(fā)現(xiàn)商品混凝土坍落度損失快。我們通過(guò)調(diào)整混凝土外加劑的摻量及Mwo,即適當(dāng)?shù)卦黾樱伲龋拢稉搅炕蛟黾樱停鳎铮^好地解決了混凝土坍落度損失快這問(wèn)題。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。
4結(jié)束語(yǔ)
混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性是一個(gè)復(fù)雜的研究課題。隨著國(guó)內(nèi)外研究水平提高和廣大混凝土技術(shù)施工人員認(rèn)識(shí)的提高,相信能正確認(rèn)識(shí)使用混凝土外加劑的人員會(huì)愈來(lái)愈多,解決混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的方法也更多。