摻萘系高效減水劑混凝土坍落度損失控制
2006-05-22 00:00
摘 要：水泥的細(xì)度與成份是影響水泥與萘系高效減水劑相適應(yīng)的關(guān)鍵因素，選擇細(xì)度成份適宜的水泥并通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)選擇與水泥適應(yīng)性良好的萘系高效減水劑、在施工中采用后摻法，是減少混凝土坍落度損失行之有效的方法。
關(guān)鍵詞：坍落度損失；控制方法；水泥細(xì)度；C3A 含量；堿含量；外加劑
1 概述
萘系高效減水劑是在我國(guó)使用最廣泛的高效減水劑，它具有減水率高、價(jià)格相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，但摻萘系高效減水劑混凝土坍落度損失較大，一般1h 可損失大半，氣溫較高時(shí)損失更為顯著。同時(shí)，水泥與萘系高效減水劑適應(yīng)性也影響混凝土的坍落度損失。1999 年開始執(zhí)行的水泥標(biāo)準(zhǔn)與舊標(biāo)準(zhǔn)相比提高了水泥細(xì)度及早期強(qiáng)度要求，迫使水泥廠家采用提高水泥比表面積、增加C3 S、C3 A 含量等方法來(lái)提高早期強(qiáng)度，水泥細(xì)度的增加及成份的變化增加了水泥與萘系高效減水劑的不適應(yīng)性，導(dǎo)致預(yù)拌混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中坍落度損失過(guò)快，而施工現(xiàn)場(chǎng)又采取直接加水的不當(dāng)方式來(lái)增加混凝土坍落度，從而造成混凝土質(zhì)量事故。選擇細(xì)度成份適宜的水泥、作好外加劑對(duì)比試驗(yàn)、選擇與水泥適應(yīng)性較好的外加劑及加強(qiáng)施工工藝控制是保證混凝土質(zhì)量的前提條件。
2 影響坍落度損失常見(jiàn)因素
2. 1 水泥中影響坍落度損失的因素
2. 1. 1 水泥細(xì)度
研究表明，隨水泥比表面積的增加，水泥與相同高效減水劑的相容性變差，飽和點(diǎn)提高，為減小流動(dòng)度損失需要摻加更多的高效減水劑[1 ] 。同時(shí)也有研究表明，在細(xì)度相同的情況下，在一般粉磨工藝下加工的高C3 S 含量水泥（普通硅酸鹽水泥熟料中含量通常為50 %～60 %，當(dāng)超過(guò)60 %時(shí)就認(rèn)為是高C3 S 水泥） 將會(huì)產(chǎn)生粉磨現(xiàn)象，使水泥中細(xì)顆粒比例提高[2 ] 。水泥細(xì)顆粒較多會(huì)引起水化速度加快，使早期消耗的水量增加，增加水泥的流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失，最終產(chǎn)生與減水劑的適應(yīng)性問(wèn)題。
2. 1. 2 C3A 含量
在水中，C3 S 顆粒Zeta 電位為負(fù)值，C3A 顆粒Zeta 電位為正值，中和C3A 顆粒表面正電荷需要較大數(shù)量的高效減水劑，故高效減水劑對(duì)C3A 含量少、C3 S 含量相對(duì)較高的水泥有較好的分散塑化效果。水泥四大成份水化速度由大到小排列為C3 A > C4AF > C3 S > C2 S，C3 A 含量高的水泥在初期水化產(chǎn)物量較多，隨著水化反應(yīng)進(jìn)行，混凝土中高效減水劑一部分與水化產(chǎn)物結(jié)合，失去分散能力，因而C3A 含量高的水泥消耗掉的外加劑也較多，當(dāng)溶液中外加劑數(shù)量不足以補(bǔ)充反應(yīng)消耗掉的外加劑數(shù)量，就會(huì)產(chǎn)生較大的坍落度損失。一般認(rèn)為，C3 A 含量大于8 %，將給水泥與外加劑適應(yīng)性帶來(lái)不利影響。
2. 1. 3 堿含量
堿含量（堿性硫酸鹽） 也影響水泥與萘系高效減水劑適應(yīng)性，堿性硫酸鹽少的水泥由于對(duì)磺酸基的高效減水劑有強(qiáng)烈的吸附作用，當(dāng)調(diào)整高效減水劑摻量時(shí)，有可能得到很大的初始坍落度，但有時(shí)坍落度損失很快，而且當(dāng)稍微超過(guò)劑量時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的離析和泌水。延遲或二次添加（開始攪拌加入1/ 2，另一半在5min之后加入） 高效減水劑也不能調(diào)整這方面的缺點(diǎn)?？扇苄詨A最佳含量為0. 4 %～0. 6 %[3 ] 。
2. 2 外加劑因素
當(dāng)前，各個(gè)廠家生產(chǎn)的萘系高效減水劑其配方多樣，質(zhì)量參差不齊，對(duì)同一種水泥適應(yīng)性也不盡相同，高效減水劑與水泥不相適應(yīng)，常會(huì)使混凝土拌和物泌水、離析，加速坍落度損失。
2. 3 施工環(huán)境影響
通常，施工過(guò)程氣溫越高，水泥水化速度越快，混凝土坍落度損失也就越大。在較高的氣溫下施工，宜采用降溫措施或采用緩凝性高效減水劑降低水化速度以減少坍落度損失。
3 坍落度損失控制方法
（1） 水泥選擇：選擇細(xì)度及成份適宜的水泥，是水泥與外加劑相適應(yīng)的基礎(chǔ)。可在水泥招標(biāo)文件中對(duì)影響水泥與萘系高效減水劑適應(yīng)性的關(guān)鍵因素作出規(guī)定，應(yīng)避免走進(jìn)只注重強(qiáng)度與價(jià)格的誤區(qū)。水泥選擇不當(dāng)常導(dǎo)致水泥與外加劑適應(yīng)性差，從而使混凝土內(nèi)部與外觀質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。
（2） 外加劑選擇：通過(guò)對(duì)不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品對(duì)比，選擇與水泥適應(yīng)性良好的產(chǎn)品。主要對(duì)比項(xiàng)目為最佳摻量、混凝土和易性、坍落度損失及混凝土強(qiáng)度等。在外加劑對(duì)比試驗(yàn)中，水泥凈漿性能可反映混凝土的部分性能，如最佳摻量，坍落度損失速度等，凈漿對(duì)比試驗(yàn)可有效地減少混凝土對(duì)比試驗(yàn)的工作量。
高效減水劑摻量增加時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)性也相應(yīng)增加，摻量與流動(dòng)度關(guān)系見(jiàn)圖1，當(dāng)高效減水劑摻量較小時(shí)水泥凈漿流動(dòng)度增加較明顯，在摻量較大時(shí)變化比較小，曲線變得比較平緩。在二者接合處高效減水劑摻量為“最佳摻量”。在相近的減水效果下，不宜選用摻量較大的產(chǎn)品，較大的摻量引入的有害物質(zhì)（如堿含量） 的可能性也將增大，在確定最佳摻量的過(guò)程中凈漿的保水性也可反應(yīng)出混凝土的保水性，凈漿泌水（外加劑與水泥不相適應(yīng)），相應(yīng)摻量的混凝土?xí)休^嚴(yán)重的泌水離析現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在凈漿不泌水的情況下，相同摻量混凝土也可能出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象，這可能跟集料的級(jí)配有一定關(guān)系。水泥凈漿流動(dòng)度損失與混凝土坍落度損失有較好的擬合性[3 ]，見(jiàn)圖2，通過(guò)水泥凈漿流動(dòng)度損失，可初步判定混凝土坍落度損失速度。
（3） 外加劑摻入方式：外加劑采用后摻法加入，能增加水泥顆粒表面Zeta 電位差，增強(qiáng)分散作用并能減少C3A 對(duì)高效減水劑的吸附，因而能減少混凝土坍落度損失。
4 工程實(shí)例
武漢至孝感高速公路第四合同段界河大橋梁為預(yù)制T 梁，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C50 ?；炷劣蓴嚢枵炯袛嚢瑁没炷翑嚢柢囘\(yùn)至制梁場(chǎng)，再轉(zhuǎn)移到料斗內(nèi)由龍門吊運(yùn)至澆筑地點(diǎn)，每車混凝土從攪拌站運(yùn)至制梁場(chǎng)到混凝土全部入模約需1h，考慮其它影響因素， 要求混凝土1. 5h后坍落度不得小于9cm （過(guò)小不便于振搗，混凝土也不容易從攪拌車內(nèi)倒出） 。從節(jié)約成本考慮，初始坍落度不宜過(guò)大，考慮16～18cm。所用材料與對(duì)比試驗(yàn)情況如下：
水泥：采用公開招投標(biāo)方式采購(gòu)，招標(biāo)書中明確規(guī)定C3 A 含量不大于8 %，堿含量0. 4 %～0. 6 %。通過(guò)對(duì)比，武漢亞?wèn)|水泥有限公司生產(chǎn)的P ·O42. 5 水泥中標(biāo)，水泥部分性能見(jiàn)表1 。
細(xì)集料：采用孝感地區(qū)楊河河砂（中砂），含泥量小于3 %。粗集料：孝感地區(qū)周巷產(chǎn)5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石（石灰?guī)r），含泥量小于1 %，壓碎值小于12 %，針片狀顆粒含量小于5 %。
外摻料：由于攪拌站無(wú)該材料自動(dòng)計(jì)量裝置，為減少影響混凝土質(zhì)量因素，未采用。
外加劑：對(duì)比山西、北京、湖北共5 家外加劑廠生產(chǎn)的UNF- 2A、UNF - 1 、J G- 2 、ADD - NS、FDN - 1 等5 種萘系高效減水劑，最后根據(jù)性價(jià)比原則選定北京某外加劑廠生產(chǎn)J G - 2 型外加劑，對(duì)比試驗(yàn)情況如下：
（1） 凈漿試驗(yàn)：根據(jù)不同摻量下凈漿流動(dòng)度確定最佳摻量，然后測(cè)最佳摻量下凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失。水泥凈漿試驗(yàn)水灰比為0. 29，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2 、表3 。
（2） 混凝土對(duì)比試驗(yàn)：外加劑按最佳摻量加入，所用配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶外加劑= 459 ∶681 ∶1160 ∶170 ?；炷粮黜?xiàng)性能見(jiàn)表4 。
因摻UNF - 1 、ADD - NS 高效減水劑混凝土出現(xiàn)了較嚴(yán)重的泌水、離析現(xiàn)象（水泥與外加劑不相適應(yīng)），故未作坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)，也不作為外加劑選擇對(duì)象。其中J G - 2 型高效減水劑坍落度損失與其它外加劑相對(duì)較小，早期及28d 強(qiáng)度較高，考慮其摻量及價(jià)格較為經(jīng)濟(jì)，故選定J G- 2 型高效減水劑作為施工用減水劑。
J G- 2 高效減水劑也具有奈系高效減水劑坍落度損失大的特點(diǎn)，為減小坍落度損失，對(duì)外加劑采用后摻法作了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5 。
由表5 可知，后摻法改善了混凝土坍落度損失，滿足了施工要求，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后，混凝土坍落度損失仍較大，因而無(wú)法滿足超長(zhǎng)時(shí)間保持坍落度的要求。當(dāng)施工要求長(zhǎng)時(shí)間保持坍落度，應(yīng)選用氨基磺酸系、聚羧酸等新型高效減水劑。
5 結(jié)束語(yǔ)
合理選擇水泥，并在選定水泥基礎(chǔ)上作好萘系高效減水劑對(duì)比試驗(yàn)，選定與水泥適應(yīng)良好的高效減水劑，并在施工中采用后摻法，能有效地降低混凝土坍落度損失。
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