【摘要】從水泥成分、環(huán)境條件、混凝上外加劑等多方面分析了混凝上坍落度損失的機(jī)理, 提出了相應(yīng)的解決措施。
【關(guān)鍵詞】混凝上; 坍落度損失; 水泥; 外加劑
混凝土材料是當(dāng)今世界上使用量最大, 使用面積最廣的建筑材料, 自發(fā)明至今的二百余年來(lái), 己普遍用于各類土木建筑過(guò)程中。隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步, 對(duì)混凝土的要求也越來(lái)越高。目前商品混凝土的使用越來(lái)越多, 坍落度損失過(guò)大的問(wèn)題己嚴(yán)重影響其施工質(zhì)量。特別是泵送商品混凝土, 在高溫炎熱天氣條件下, 此問(wèn)題更加突出。因此, 有必要對(duì)泵送預(yù)拌混凝上坍落度損失的機(jī)理作深入分析并提出可行的解決措施。
一、混凝土坍落度損失的原因分析
混凝土坍落度損失是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題。影響混凝上坍落度損失的原因是多方面的, 且這些因素相互關(guān)聯(lián)。主要包括四個(gè)方面:一是水泥方面, 如水泥中的礦物成分種類、不同礦物成分的含量、堿含量的匹配, 細(xì)度、顆粒級(jí)配等; 二是化學(xué)外加劑方面, 如高效減水劑的化學(xué)成分、分子量、交聯(lián)度、磺化程度、平衡離子濃度以及緩凝劑的種類、用量等; 三是環(huán)境條件, 如溫度、濕度、運(yùn)輸時(shí)間等; 四是混凝土木身的水灰比大小、減水劑摻入時(shí)間次序、摻和料的品種及摻加比例。
1.水泥中礦物成分的種類及其含量的影響
水泥中的主要礦物成分是C3A,C4AF,C3S,C2S。不同礦物成分對(duì)減水劑的吸附作用大小不同。減水劑的主要作用是吸附在水泥礦物的表面, 降低分散體系中兩相間的界面自由能。提高分散體系的穩(wěn)定性。在相同條件下, 水泥成分中對(duì)減水劑的吸附性大小依次為C3A>C4AF>C3S>C2S。若水泥中C3A,C4AF 含量較大, 則大量減水劑被其吸附, 占水泥成分較多的C3S,C2S 就顯得吸附量不足, 動(dòng)電電位明顯下降, 導(dǎo)致混凝土坍落度損失。這是造成摻減水劑的混凝土坍損的根木原因。所以水泥中C3A,C4AF 含量較高的混凝土坍落度損失較大, 反之較小。因此, 如果要生產(chǎn)大流動(dòng)度的高強(qiáng)混凝土, 而且要求坍落度損失較小, 宜優(yōu)先選用C3A,C4AF 含量較低的水泥。
2.水泥中調(diào)凝劑的形態(tài)及摻加量的影響
水泥粉磨時(shí)加入石膏作為調(diào)凝劑是為了控制熟料中C3A 的水化速率, 調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間。水泥漿中的SO42- 主要來(lái)源是石膏,若石膏摻入量不足或當(dāng)水泥中的水很少且水泥中的C3A, C4AF 含量較高、比表而積大時(shí), SO42- 在水泥漿體中的溶出量很少, 就會(huì)造成水泥漿體流動(dòng)性的損失。直接表現(xiàn)為坍落度損失過(guò)快。所以應(yīng)尋求最佳的石膏摻量。水泥中C3A 含量越大、堿含量越大、水泥顆粒越細(xì), 石膏的最佳摻量越大。石膏的最佳摻量還和水泥的早期水化溫度有關(guān)。摻入不同形態(tài)的石膏對(duì)水泥水化過(guò)程的影響也是不同的。選擇最佳的石膏摻量,且摻入的石膏形態(tài)搭配合理, 可有效地避免坍損, 從而配制出流動(dòng)性好、坍落度損失小的混凝上。
3.水泥的細(xì)度大小, 顆粒級(jí)配的影響
在水泥水化過(guò)程中, 3- 30um 的熟料顆粒主要起強(qiáng)度增長(zhǎng)作用, 而大于60um 的顆粒則對(duì)強(qiáng)度不起作用, 小于l0um 的顆粒主要起早強(qiáng)作用, 3um 以下的顆粒只起早強(qiáng)作用。小于l0um 的顆粒需水量大。流變性好的水泥l(xiāng)0um 以下顆粒應(yīng)少于10%。顆粒越細(xì), 細(xì)顆粒越多, 需水量越大, 早期強(qiáng)度越高, 這必將加劇坍損。
4.環(huán)境條件及化學(xué)外加劑和摻和料的影響
一般來(lái)講, 環(huán)境溫度越高, 水泥水化速度越快, 導(dǎo)致混凝土的坍落度損失越大。濕度越大, 混凝土對(duì)外失水相對(duì)較少, 有利于抑制坍落度損失。相同條件下, 強(qiáng)度越高, 水灰比越小的混凝土坍落度損失越大。同時(shí), 摻加需水量小的粉煤灰對(duì)于提高混凝土的耐久性, 對(duì)抑制坍落度損失有利。不同種類的化學(xué)外加劑對(duì)混凝土的坍損有著不同的影響。在拌制混凝土?xí)r, 加入外加劑的時(shí)間選擇也影響混凝上坍落度損失的大小。
二、抑制混凝土坍落度損失的措施
通過(guò)以上分析, 混凝上坍落度損失過(guò)大是由多種因素造成的, 因此需要根據(jù)不同的情況提出不同的解決方法。目前主要有以下方法:1.減水劑后摻法減水劑后摻法, 即在砂、石、水泥、水拌合之后再摻減水劑。這種方法對(duì)抑制坍落度損失有明顯效果。主要是因?yàn)樗嘤鏊? 在有石膏的環(huán)境中水泥中的C3A, C4AF 能迅速生成鈣礬石, C3A, C4AF 在體系中明顯減少, 這時(shí)再加入減水劑, 被C3A, C4AF 吸附消耗的減水劑量顯著減少, 大量的減水劑能比較充分地被C3S,C2S 吸附, 水泥顆粒的動(dòng)電電位明顯提高, 并在一定時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定, 直接表現(xiàn)為混凝土的和易性好, 坍落度損失較小, 這種方法簡(jiǎn)單便于應(yīng)用。但此方法作用有一定限度, 使用上有一定局限性。
2.摻緩凝劑法
緩凝劑對(duì)水泥緩凝的作用理論有吸附理論, 生成絡(luò)鹽理論, 沉淀理論和控制氫氧化物結(jié)晶生長(zhǎng)理論。多數(shù)有機(jī)緩凝劑有表面活性, 它們?cè)诠桃灰航缑娈a(chǎn)生吸附, 改變固體粒子表面性質(zhì), 即親水化。由于吸附作用, 它們的分子中羥基在水泥粒子表面阻礙水泥水化過(guò)程, 使晶體相互接觸受到屏蔽, 改變了結(jié)構(gòu)形成過(guò)程。緩凝作用機(jī)理的另一種觀點(diǎn)認(rèn)為, 緩凝劑吸附在Ca(OH)2 上, 抑制了其繼續(xù)生長(zhǎng), 在達(dá)到一定過(guò)飽和度之前, Ca (OH)2 的生長(zhǎng)將停止。這個(gè)理論重點(diǎn)放在緩凝劑在Ca(OH)2 上的吸附, 而不是在水化產(chǎn)物上吸附。但是研究表明僅僅抑制或改變Ca(OH)2 的生長(zhǎng)和狀態(tài)不足以引起緩凝, 而更重要的是緩凝劑在水化的C2S 上的吸附。同時(shí)緩凝劑對(duì)水泥中的Al2O3 有一定吸附作用, 選擇性地與Al2O3 表面吸附的減水劑進(jìn)行交換, 被交換下來(lái)的減水劑顯著提高了溶液中減水劑的濃度, 為C3S,C2S 吸附提供了充足的減水劑, 有效地抑制了坍落度損失。
3.調(diào)整混凝土外加劑
適當(dāng)加大混凝土外加劑的減水率, 并與適量的保水組分配合使用, 在不增加用水量的同時(shí)增加了混凝土中的游離水的含量, 可緩解坍落度損失。但此方法易造成混凝土成木增加。通過(guò)物理方法把減水劑制造成不同粒徑、不同溶解速率的顆粒狀物, 摻到新拌混凝土中, 使其在水泥水化體系中形成不同的水化梯度, 隨時(shí)補(bǔ)充由于C3A, C4AF消耗的減水劑, 使體系中的減水劑始終維持在臨界膠束狀態(tài), 使坍落度不損失或損失很小。也可在減水劑外表做一層能在堿性溶液中緩慢溶解、溶解速率不同的外殼, 從而控制減水劑在水泥漿體中的濃度, 達(dá)到抑制坍損的目的。也可選擇適當(dāng)?shù)暮袠O性基團(tuán)的活性成分, 與減水劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 不斷地向水一水泥體系中緩慢釋放分散劑, 控制減水劑的溶解速度并保持一定濃度, 使水泥顆粒始終維持一定的動(dòng)電電位, 從而達(dá)到抑制坍損的目的。
4.降低新拌混凝土溫度
混凝上的溫度越高, 水泥水化速度越快, 水泥顆粒維持一定的動(dòng)電電位時(shí)間越短, 混凝上中游離水變?yōu)榻Y(jié)合水的比例就越大。所以, 新拌混凝上的溫度越高, 坍損越快; 溫度越低, 坍損越慢。一般來(lái)講, 溫度每上升10℃, 坍落度損失增大10%- 40%。
三、結(jié)語(yǔ)
影響混凝上坍落度損失的因素較多, 根本原因是水泥中的不同礦物成分對(duì)減水劑吸附性大小不同。C3A, C4AF 含量高的水泥易出現(xiàn)坍損大的問(wèn)題。后摻法、摻緩凝劑法、降低新拌混凝上溫度等方法對(duì)控制混凝土坍損效果明顯。混凝土坍落度損失是現(xiàn)代商品混凝上所面臨的一個(gè)非常重要而又實(shí)際的問(wèn)題, 應(yīng)在實(shí)際工作中不斷結(jié)合生產(chǎn)及材料的具體情況, 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并選擇合適的解決措施。
