摘 要:緩凝劑能減慢水泥的水化速率,從而減慢了混凝土坍落度的損失率。但對于連續(xù)攪拌的混凝土,緩凝劑不但不能減慢坍落度的損失率,反而加速了坍落度的損失。國外資料報道,用粉煤灰來取代部分水泥,可降低坍落度的損失率。但這要取決于粉煤灰取代水泥的百分率,而且與所用粉煤灰的燒失量有關(guān)。本文介紹了國外在這方面的研究成果。
關(guān)鍵詞:水化速率; 緩凝劑; 坍落度損失; 粉煤灰
中圖分類號: TU528101 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:C 文章編號:1005 - 8249 (2007) 06 - 0047 - 04
隨著時間的推移,新拌混凝土由于硬化而失去其和易性- 這種現(xiàn)象叫做“坍落度損失”。因?yàn)樵缙谒饔弥饾u減少了混凝土中的游離水,各種化學(xué)和物理因素使混凝土的稠度發(fā)生了變化,造成了混凝土內(nèi)部的骨架結(jié)構(gòu)。在天氣溫和的情況下,通過短期攪拌,混凝土稠度變化正常;混凝土保持和易性的時間較長,足以進(jìn)行澆注和抹面。然而在攪拌時間較長,特別是在暑期,混凝土的坍落度損失率會大大加快,在澆注作業(yè)期間會造成嚴(yán)重困難。
人們已經(jīng)研究了用一種質(zhì)量勉強(qiáng)合格的F 級粉煤灰取代部分細(xì)砂的混凝土對坍落度的影響。但是對于摻或不摻減水2緩凝劑的混凝土和粉煤灰混凝土;以及對摻或不摻高效減水劑(超塑化劑) 的混凝土和粉煤灰混凝土, 當(dāng)它們在中等溫度( 21 ℃) 和較高溫度(32 ℃) 中,連續(xù)攪拌180min 后的坍落度情況又會是怎樣的呢? 這就是本文所要探討的問題。
1 材料
?、偎酁榉弦陨? 號技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的硅酸鹽水泥,5 %粉煤灰(以重量計) 與水泥磨在一起。水泥性能見表1 。②粉煤灰分類為美國材料試驗(yàn)學(xué)會(ASTM)的F 級粉煤灰。主要成分是莫來石(也叫富鋁紅柱石) 和石英,少量赤鐵礦、石灰石和方解石,性能見表1 。③化學(xué)外加劑采用符合美國材料試驗(yàn)學(xué)會C494規(guī)程的兩種D 型減水2緩凝劑和G型超塑化劑。減水2緩凝劑WRR2 Ⅰ化學(xué)成分為葡糖酸鈉。減水2緩凝劑WRR2 Ⅱ化學(xué)成分為磺化木質(zhì)素和合成材料。超塑化劑SP2 Ⅰ,是以磺化甲醛萘基鈉為基礎(chǔ)的合成聚合物。
超塑化劑SP2 Ⅱ,是一種合成聚合物。④粗骨料是中、粗型的軋碎白云石,最大粒徑為19mm。細(xì)骨料是一種很細(xì)的天然硅質(zhì)海砂,細(xì)度模量為1. 58 。
2 配合比
摻或不摻粉煤灰或外加劑的全部混凝土,其水泥含量均固定為(280 ±5) kg/ m3 ,作為取代細(xì)砂的粉煤灰,其用量固定為125kg/ m3 。未使用引氣劑。拌合水的用量根據(jù)需要的坍落度(160 ±10) mm 來調(diào)整。
根據(jù)生產(chǎn)廠家推薦的摻量,每100kg 水泥外加劑WRR2 Ⅰ, 摻量在21 ℃時為0. 125L , 在32 ℃時為國外研究介紹0. 190L ;外加劑WRR2 Ⅱ在21 ℃時為0. 4L ,在32 ℃時為0. 7L 。生產(chǎn)廠家推薦的超塑化劑SP2 Ⅰ最佳摻量每100kg 水泥為0. 7L ; 超塑化劑SP2 Ⅱ21 ℃時為摻
1. 0L ,32 ℃時摻1. 2L ?！?/P>
3 試驗(yàn)程序
21 ℃時做第一組試驗(yàn),包括10 個拌合物;1 個對比拌合物和1 個粉煤灰拌合物;2 個摻有減水2緩凝劑的普通混凝土拌合物;2 個摻有減水2緩凝劑的粉煤灰混凝土拌合物;2 個摻有超塑化劑的普通混凝土拌合物;2 個摻有超塑化劑的粉煤灰混凝土拌合物。
32 ℃時做第二組試驗(yàn), 試驗(yàn)一種減水2緩凝劑WRR2 Ⅰ,和一種超塑化劑SP2 Ⅱ,兩者又分為摻或不摻粉煤灰的混凝土。包括1 個對比拌合物和1 個粉煤灰拌合物,共6 個拌合物。所有的混凝土拌合物都用調(diào)整其拌合水的用量來達(dá)到初始的(160 ±10) mm 目標(biāo)坍落度。
4 試驗(yàn)方法
混凝土拌合物都在一個溫控實(shí)驗(yàn)室中制備,所有的材料都經(jīng)過秤量,在拌合前至少在實(shí)驗(yàn)室中存放24h ?；炷猎谝慌_自由落下的攪拌機(jī)中拌合5min 。
為了模擬在混凝土拌和車中發(fā)生的連續(xù)攪拌作用,攪拌機(jī)的鼓筒在幾乎是垂直的狀態(tài)下連續(xù)轉(zhuǎn)動。攪拌機(jī)的自由落下作用減少得越多,混凝土所受到的攪拌作用就越不強(qiáng)烈。為了避免水分的蒸發(fā),鼓筒的開口是蓋著的。
坍落度試驗(yàn)在攪拌5 、25 、45 、90 和180min 后進(jìn)行?；炷脸隽现?攪拌機(jī)的鼓筒回到其攪拌位置,混凝土再拌合2min 。
5 試驗(yàn)結(jié)果
坍落度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖1～3 。這些圖說明了粉煤灰對保持坍落度的積極作用。與不摻粉煤灰的普通拌合物相比較,所有的粉煤灰混凝土的坍落度損失都小得多。
如果認(rèn)為100mm 的坍落度是許多混凝土工程中的常用稠度,那么由圖1 可見,試驗(yàn)的3 種粉煤灰混凝土(只摻粉煤灰的和與兩種減水2緩凝劑一起摻入的) ,在經(jīng)過180min 的攪拌后,其坍落度仍然在100mm 以上。摻有超塑化劑的粉煤灰混凝土(圖2) ,在較短的時間內(nèi)都能達(dá)到100mm 的坍落度(摻有SP2 Ⅰ的粉煤灰混凝土在攪拌180min 以后,而摻有SP2 Ⅱ的粉煤灰混凝土則在攪拌110min 以后) 。
然而所有未摻粉煤灰的混凝土,其坍落度的損失率都高得多,所以保持100mm 坍落度的時間就更短些。對比普通混凝土在60min 后達(dá)到100mm 的坍落度。摻有減水2緩凝劑的兩種混凝土要45min 。摻有超塑化劑SP2 Ⅰ的混凝土要經(jīng)歷50min ,而摻有超塑化劑SP2 Ⅱ的混凝土則在40min 后就達(dá)到了100mm 的坍落度。坍落度隨攪拌時間的延長而增大,這反應(yīng)了粉煤灰混凝土的坍落度損失率減慢了。
根據(jù)圖1 和圖2 中所示的坍落度曲線,在21 ℃時攪拌的摻有粉煤灰的混凝土,其坍落度損失的減少幅度同未摻粉煤灰的同樣拌合物相比較,如圖4 。粉煤灰混凝土拌合物的坍落度損失減少幅度(不包括摻SP2 Ⅱ的粉煤灰混凝土,因其曲線突然偏離) ,在攪25min 后為25mm～50mm ,攪拌45min 后為40mm～60mm ,攪拌90min 后為55mm～70mm ,攪拌135min后為65mm ～ 80mm , 攪拌180min 后為70mm ～85mm。根據(jù)圖3 所示的坍落度曲線,在32 ℃時攪拌的摻有粉煤灰的混凝土,其坍落度損失的減少幅度同未摻粉煤灰的同樣拌合物相比較,如圖5 。其坍落度的差別如下: 攪拌25min 后為20mm～ 35mm , 攪拌45min 后為30mm～45mm ,攪拌90min 后為45mm～50mm ,攪拌135min 后為50mm～60mm ,攪拌180min后為60mm～70mm。
正如所預(yù)計的那樣,較高溫度(32 ℃) 時的坍落度損失率,大于中等溫度(21 ℃) 時的數(shù)值。對比普通混凝土與粉煤灰混凝土在21 ℃和32 ℃時,坍落度值之間的比較示于圖6 ;摻有WRR2 Ⅰ外加劑的混凝土和粉煤灰混凝土的上述比較示于圖7 ;摻有SP2 Ⅱ超塑化劑的混凝土和粉煤灰混凝土的上述比較示于圖8 。如果仍然把各種拌合物達(dá)到100mm 坍落度的攪拌時間標(biāo)國外研究介紹
出來,由圖3 知,只有不摻外加劑的粉煤灰混凝土,在攪拌時間180min 時的坍落度略高于100mm。摻有SP2 Ⅱ的粉煤灰混凝土攪拌75min 后達(dá)到100mm 的坍落度,摻有WRR2 Ⅰ的粉煤灰混凝土和對比的普通混凝土要攪拌40min , 摻有SP2 Ⅱ的混凝土要攪拌35min ,摻有WRR2 Ⅰ的普通混凝土則攪拌25min 后,其坍落度即達(dá)100mm。
在32 ℃時拌合的同樣粉煤灰混凝土之間坍落度的差值,比在21 ℃時拌合的坍落度小10mm～15mm左右。摻有化學(xué)外加劑的混凝土之坍落度損失曲線的差值,在形式上看也是有差別的(圖4 、5) 。在21 ℃時隨著攪拌時間的延長,坍落度的差別也增大了。但在32 ℃時攪拌90min 后,其坍落度的差值幾乎沒有什么增加。摻與不摻減水2緩凝劑或超塑化劑的粉煤灰混凝土,在21 ℃時經(jīng)過長期攪拌,其坍落度增大了40mm～80mm ,在32 ℃攪拌時,與無粉煤灰的同樣混凝土相比較,其坍落度增大了30mm～65mm。
6 討論
試驗(yàn)結(jié)果表明,F 級粉煤灰部分取代很細(xì)的砂子,對于減少坍落度損失的速率和下降的幅度都有著明顯的積極作用。減水2緩凝劑或高效減水劑,名義上叫做緩凝劑,不但不能減少坍落度的損失率,實(shí)際上還略有增大。水泥水化的緩凝機(jī)理曾用某些理論所解釋。例如吸收理論認(rèn)為緩凝劑吸附在水泥顆粒上,所以阻止了水分與水泥起反應(yīng)。沉淀理論,認(rèn)為水化作用的延緩是由于在水泥顆粒表面,緩凝劑生成了一層不溶性的鈣鹽造成的。這些緩凝機(jī)理看來只是對于短時間攪拌的混凝土才有效。在攪拌時間較短和長期連續(xù)攪拌的混凝土之間,特別是摻有化學(xué)外加劑的緩凝機(jī)理,其早期的水化過程有著明顯的差別。連續(xù)攪拌與轉(zhuǎn)動效應(yīng)有關(guān),它把在水泥顆粒表面形成的外層“剝掉”了。無論是用吸收理論還是沉淀理論來解釋緩凝機(jī)理,只要混凝土是攪拌的,其外面的屏蔽層就不起作用。另一方面,本文介紹的全部混凝土,無論摻與不摻化學(xué)外加劑,同無粉煤灰的同樣混凝土拌合物相比較,都減少了坍落度的損失。粉煤灰對保持坍落度的作用可歸結(jié)為化學(xué)和物理因素。據(jù)國外文獻(xiàn)資料報道,粉煤灰顆粒表面可能部分地覆蓋著一種蒸氣沉積的硫酸鹽,這是很容易溶解的。因?yàn)榱蛩猁}離子對鋁酸鹽有一種抑制作用,因此在早期的水化過程中產(chǎn)生了影響。對C3A (和C4AF) 的水化作用來說,粉煤灰確實(shí)是比等量的石膏更為有效的緩凝劑。這是因石膏在水中的可溶性較低,限制了硫酸鹽離子進(jìn)入溶液的數(shù)量。粉煤灰中的硫酸鹽離子可在很長時間內(nèi)起作用,抑制C3A 的水化過程。
7 結(jié)論
(1) 對于摻有普通減水2緩凝劑的混凝土,粉煤灰有利于保持其之坍落度,而化學(xué)外加劑則會增大坍落度的損失率。這與硫酸鹽離子的可利用性有關(guān)。試驗(yàn)證明,對于摻有減水2緩凝劑的混凝土,摻入1 % SO3即可大大改善其坍落度的保持能力。此外,采用含有P2O5 的粉煤灰,對于這種混凝土的水化過程也會有一定的抑制作用。
(2) 國外資料報道,粉煤灰的表面有一種鈣的沉積物。在粉煤灰的表面首先形成的AFt 相具有豐富的鋁,這就把溶液中的鈣和硫酸鹽都排除了。在水化的最初幾小時內(nèi),溶液中的Ca2 + 濃度降低了,因?yàn)樵谑炝媳砻嫔筛烩}表層的過程減慢了。其結(jié)果是水泥的主要水化作用有了一個較長的感應(yīng)期。
(3) 長時間的攪拌會破壞粉煤灰的團(tuán)聚和成球,從而減慢了很細(xì)的粉煤灰顆粒進(jìn)入拌合物。很細(xì)的粉煤灰顆粒吸附在水泥顆粒的表面,因而在水泥顆粒之間產(chǎn)生了排斥力,妨礙了骨架結(jié)構(gòu)的生成。這種情況發(fā)展下去,拌合物就變硬了。
(4) 因?yàn)榉勖夯?、硅酸鹽水泥和化學(xué)外加劑的來源不同,彼此之間的化學(xué)反應(yīng)也各不相同。所以要在與工地相同的條件下,用規(guī)定的拌合物實(shí)際成分進(jìn)行初步試驗(yàn),以便正確地評價其之實(shí)際性能。
