【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, 己普遍用于各類土木建筑過程中。隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步, 對混凝土的要求也越來越高。目前商品混凝土的使用越來越多, 坍落度損失過大的問題己嚴(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, 此問題更加突出。因此, 有必要對泵送預(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)的石膏對水泥水化過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, 顆粒級配的影響
在水泥水化過程中, 3- 30um 的熟料顆粒主要起強(qiáng)度增長作用, 而大于60um 的顆粒則對強(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, 混凝土對外失水相對較少, 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于提高混凝土的耐久性, 對抑制坍落度損失有利。不同種類的化學(xué)外加劑對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
通過以上分析, 混凝上坍落度損失過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)晶生長理論。多數(shù)有機(jī)緩凝劑有表面活性, 它們在固一液界面產(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程, 使晶體相互接觸受到屏蔽, 改變了結(jié)構(gòu)形成過程。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, 在達(dá)到一定過飽和度之前, Ca (OH)2 的生長將停止。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。一般來講, 溫度每上升10℃, 坍落度損失增大10%- 40%。
三、結(jié)語
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)坍損大的問題。后摻法、摻緩凝劑法、降低新拌混凝上溫度等方法對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。
