攪拌站對泵送型外加劑的進場檢驗方法探討
張維超 彭杰
[摘要] 對比分析了目前攪拌站對泵送型外加劑的進場檢驗方法的優(yōu)缺點,側重介紹了一種簡捷有效的檢驗方法——砂漿坍落擴展度試驗方法。
[關鍵詞] 攪拌站;外加劑;進場檢驗;砂漿坍落擴展度
引言
隨著近年來國內建筑市場的迅速發(fā)展,混凝土及混凝土外加劑的生產(chǎn)與應用技術也快速提高,使得泵送混凝土已經(jīng)成為用量最大的混凝土品種之一。商品混凝土攪拌站已經(jīng)遍布全國各地,各種大型的鐵路、公路和水電工程等也都開始采用攪拌站集中攪拌的方式生產(chǎn)混凝土。眾所周知,泵送混凝土的生產(chǎn)離不開泵送型外加劑(包括泵送劑和泵送防凍劑) 。而外加劑與水泥、粉煤灰和礦碴粉等膠凝材料之間存在適應性問題。最常見的不適應表現(xiàn)在對混凝土工作性的影響上,如達不到應有的減水率使混凝土坍落度不夠、超過應有的減水率或保水性不佳使混凝土離析泌水、混凝土坍落度保留性能達不到要求等。影響外加劑與膠凝材料之間適應性的因素很多,僅就水泥而言就有新鮮程度[1] 、礦物組成、堿含量、石膏、摻合料和工藝外加劑的品種及摻量等等。因此,攪拌站需要經(jīng)常檢測泵送型外加劑與膠凝材料之間的適應性,對這類外加劑的進場檢驗也主要是適應性檢驗。
1 攪拌站對泵送型外加劑的進場檢驗方法
目前,攪拌站對泵送型外加劑的進場檢驗方法主要有比重檢測、含固量檢測、水泥凈漿流動度檢測和混凝土坍落擴展度檢測等方法,這些方法各有優(yōu)缺點,下面分述之。
1.1 比重檢測(液體外加劑)
大多數(shù)攪拌站都把檢測液體外加劑的比重作為進場檢驗項目之一,它可以大致反映外加劑的固體含量的變化。由于比重計(波美度儀) 質量變化較大,每次測量時應使用同一個比重計。此方法需要與其它方法結合使用。1.2 含固量檢測(液體外加劑)
有條件的攪拌站有時會檢測液體外加劑的含固量。此方法需要與其它方法配合使用,因為它測定的是固體含量,并不能測出固體的成分。另外,要精確測定含固量需要8 小時左右,這對于進場檢驗來說是不可接受的。
1.3 水泥凈漿流動度檢測
水泥凈漿流動度試驗因其具有省時、省料和簡捷的特點被大多數(shù)攪拌站用于外加劑的進場檢驗。但是,由于新拌水泥漿與新拌混凝土組成之間的明顯差異(如水膠比、固相顆粒組成及其分布、流動變形時的內磨擦機制及流變性能等) 以及這兩種試驗方法對一些影響因素的敏感性差異,兩者試驗規(guī)律經(jīng)常不一致。例如,攪拌站經(jīng)常被迫使用熱水泥(溫度有時可達70 ℃甚至更高),用水泥凈漿試驗時,達到正常的流動性要求的減水類外加劑摻量可高達混凝土試驗的2 倍左右。水泥凈漿試驗結果有時難以指導混凝土的試配和生產(chǎn),甚至誤導。因此,用水泥凈漿流動度試驗作為進場檢驗方法時應該確保水泥性能的穩(wěn)定。
1.4 混凝土坍落度檢測
傳統(tǒng)的混凝土坍落度試驗方法因其簡單易行等優(yōu)點而被
廣泛采用。但是其缺點也很明顯,如費時、費力、費料、試驗受
人為因素的影響大等。這些缺點對于采用混凝土坍落度試驗檢測外加劑與水泥的相容性的混凝土外加劑生產(chǎn)廠家和攪拌站的影響有時相當嚴重。例如,攪拌站需要經(jīng)常地選擇水泥和外加劑,尤其是冬季施工前后;而外加劑生產(chǎn)廠家則必須隨時根據(jù)攪拌站的水泥和摻合料品種的變化調整其外加劑組成以獲得良好的適應性。此外,攪拌站在更換水泥時從水泥供應商所取得的水泥樣品數(shù)量有限,而外加劑廠家又是從攪拌站獲得樣品,數(shù)量更少。甚至有時攪拌站要求外加劑廠家在一天甚至半天的時間內提供與新?lián)Q的水泥相容性良好的外加劑樣品。因此,工程施工過程中,如果外加劑廠家不能及時提供相容性良好的產(chǎn)品,攪拌站不能用有限的水泥樣品及時完成試配試驗都可能導致嚴重后果。
以上分析表明,混凝土攪拌站需要一種更加省時省料、快速有效的試驗方法用作外加劑的進場檢驗。下面介紹的砂漿坍落擴展度試驗方法則是合適的外加劑進場檢驗方法之一。
2 砂漿坍落擴展度試驗方法
砂漿坍落擴展度試驗以砂漿為研究對象。砂漿配合比為對應混凝土配合比中除去粗集料后的配合比,如某混凝土的配合比為,水∶水泥∶細集料∶粗集料∶粉煤灰=A ∶B ∶C ∶D
∶E,則對應的砂漿的配合比即為,水∶水泥∶細集料∶粉煤灰
=A ∶B ∶C ∶E。
2.1 砂漿坍落擴展度試驗方法的依據(jù)[2]
水泥漿體是影響新拌混凝土性能的主要因素,但由于混凝土中粗細集料的參與,新拌水泥漿的流變性能并不能等同于新拌混凝土的流變性能。這主要是因為水-水泥懸浮體系與水
-水泥-集料懸浮體系中的顆粒粒徑差別較大。前者屬于微米級,后者屬于毫米級和厘米級,這種尺度差別使得不同體系在粘性流動中,顆粒之間的磨擦機制及其相對大小存在顯著不同。因此,作為粗懸浮體系的新拌混凝土常常被研究者分為3 個層次來研究:即,以水為分散相的水泥漿體系,以水泥漿為分散相的砂漿體系和以砂漿為分散相的混凝土。
水泥粉體與水拌和后的漿體中由于水泥顆粒的高比表面能和水化活性而形成顆粒凝聚結構,凝聚結構中顆粒之間的結合強度取決于顆粒的大小、表面反應活性的高低、顆粒間的間距等因素,存在從較弱的物理吸附到較強的化學鍵合的不同狀態(tài),結合強度存在一個分布,水泥漿體的這種結構特性已被許多流變學試驗研究證實[3-5] 。減水劑對新拌水泥漿體中顆粒的分散效應即對顆粒的分散程度取決于減水劑的性能和摻量。對不同性能的減水劑來說,由于使?jié){體中顆粒達到全分散狀態(tài)所需的量不同,因而在相同摻量下的漿體結構的分散狀態(tài)也就不同。此外,如果減水劑分子結構性能不同,即使在相同的顆粒分散狀態(tài)下,新拌水泥漿的流變性能也不一定相同,因而在集料組成相同的情況下,新拌混凝土的工作性也不一定相同。在一些評價不同減水劑的減水率大小的標準試驗中,砂漿試驗以達到基準流動度(擴展度) 140mm 為準,混凝土試驗以達到基準坍落度8cm 為準[6] 。這種人為的評價基準并不科學,因為新拌水泥漿體和混凝土是在不同的而且也不清楚的分散狀態(tài)下進行的性能比較。評價混凝土減水劑的減水率或對水泥的適應性,應該在相同的漿體分散狀態(tài)下進行,而這個可以實現(xiàn)并能有效控制的分散狀態(tài)應該是漿體中顆粒的全分散狀態(tài)。ISO 膠砂攪拌機一臺, 跳桌試驗用截錐圓模( 上口下口Φ100mm、高70mm) 一個, 5mm 厚平板玻璃。
2.2 砂漿坍落擴展度試驗的儀器與試驗方法[7]
2.2.1 試驗儀器
Φ60mm、(400mm ×400mm) 一塊,坍落度試驗儀器一套。
2.2.2 試驗方法
每盤砂漿用膠凝材料為500 克。按設計配合比配料,將膠凝材料和砂子裝入ISO 攪拌機的攪拌鍋(若是粉體外加劑此時加入) 。采用自動控制攪拌程序,開機干拌30 秒后以同摻法加入泵送劑水溶液。將玻璃板和試驗圓模用濕毛巾潤濕,把試模置于水平放置的玻璃板中央。攪拌完畢,快速用砂漿盛滿試模,慢慢地垂直提起試模,待砂漿流動停止后測量其兩個垂直方向上的直徑,取其平均值為砂漿坍落擴展度(精確至5mm) , 同時,觀查記錄砂漿的離析泌水狀態(tài)(也可觀察到表面氣泡狀態(tài)),然后將砂漿全部收回,盛入適當容器(如小塑料桶),蓋蓋以防止水分蒸發(fā)。靜置1 小時觀察泌水情況,然后人工攪拌均勻,測其1 小時的坍落擴展度。再次將砂漿全部收入容器靜置半小時后觀察1.5 小時的泌水情況并測量其坍落擴展度。
測定外加劑飽和摻量的試驗方法請參閱文獻[2 、8] 。
2.3 砂漿與混凝土工作性的相關性
文獻[7]中對砂漿與混凝土工作性的相關性進行了研究, 這里只給出幾個試驗結果。
2.3.1 砂漿與混凝土的穩(wěn)定性的相關性
表1 中的觀察結果對比清楚地顯示:若砂漿出現(xiàn)嚴重的離析泌水時,則混凝土也出現(xiàn)嚴重的離析泌水;若砂漿只有很輕微的離析泌水或無離析泌水,則混凝土基本上沒有離析泌水。可見,砂漿穩(wěn)定性能夠反映混凝土的穩(wěn)定性。
2.3.2 砂漿與混凝土的流動性的相關性
本文只給出攪拌之后1.5小時的混凝土與砂漿坍落擴展度的相關性。圖1 的試驗結果表明,在正常泵送混凝土工作性范圍內,混凝土與砂漿坍落擴展度的線性相關性良好。相關系數(shù)為0.8176 ?？梢?砂漿的流動性可以很好地反映混凝土的流動性。
2.3.3 砂漿與混凝土流動性保持能力的相關性
考慮到各個等級混凝土初始工作性不同,從工作性隨時間變化的角度對砂漿與混凝土坍落擴展度損失的相關性進行考察,圖2 反映了它們之間的相關關系。從回歸方程可清楚地看到,混凝土坍落擴展度經(jīng)時損失率與砂漿坍落擴展度經(jīng)時損失率之間具有很高的線性關系,相關系數(shù)為0.97?？梢?砂漿坍落擴展度經(jīng)時損失率也可以很好地反映混凝土坍落擴展度經(jīng)時損失率。
2.4 砂漿坍落擴展度試驗的主要特點砂漿坍落擴展度試驗有如下4 個突出特點。
(1) 能明確區(qū)分減水劑作用下砂漿懸浮體系中顆粒極限分散物理狀態(tài),即全分散狀態(tài)。
(2) 可以評價減水劑對混凝土穩(wěn)定性的影響。
(3) 能夠獲得與混凝土相近的減水劑飽和摻量。
(4) 對相同砂漿組成的泵送混凝土,砂漿工作性參數(shù)(坍落擴展度及其經(jīng)時損失率,泌水性) 能夠很好地反映相應的混凝土工作性參數(shù)。
3 結語
綜上所述,目前攪拌站對泵送型外加劑的進場檢驗的幾種方法各有不足之處,若幾種方法同時使用又會造成不必要的浪費,而砂漿坍落擴展度試驗方法則能很好地滿足使用要求。
