淺析減水劑與蒸汽養(yǎng)護的關系
減水劑在現(xiàn)代混凝土制品中已經(jīng)得到了廣泛的應用，在混凝土中摻加減水劑是改善混凝土性能、提高混凝土質量的有效途徑，也是節(jié)約水泥、節(jié)省能源的有效途徑。此文就先張法預應力混凝土管樁中摻加減水劑與蒸汽養(yǎng)護的改變和節(jié)能減排進行論述。
在預制混凝土管樁生產(chǎn)中，人為地創(chuàng)造一個高溫高濕熱環(huán)境，對混凝土管樁進行蒸汽養(yǎng)護，能加速水泥水化過程，促使水泥水化生成更多的水化物，有利于提高管樁 的早期脫模強度，縮短管模的周轉周期，提高生產(chǎn)效率。但只有合理的蒸養(yǎng)養(yǎng)護制度，才能使管樁既有較高的早期脫模強度，又能避免脫模冷卻后強度回縮及出現(xiàn)裂 紋等問題。
減水劑的摻加對蒸汽養(yǎng)護的影響，根據(jù)對減水劑市場的調查，現(xiàn)在應用最多最廣泛的是萘系減水劑，約占市場的份額的50%至70%以上。常用的減水劑均屬于表 面活性劑，當水泥加水后，由于水泥顆粒在水中的熱運動，顆粒會聚集在一起而形成絮凝狀結構，這種絮凝狀結構內(nèi)部包裹著一部分拌合水，使混凝土拌合物的流動 性降低。當水泥漿中加入表面活性劑后，表面活性劑在溶液中可離解為親水基團和憎水基團，親水基團在水泥漿體系中指向溶液，憎水基團則吸附在水泥顆粒表面 上，使水泥顆粒表面帶有相同電荷，水泥顆粒間產(chǎn)生電斥力，這種電斥力遠大于顆粒間分子引力，使水泥顆粒形成的絮凝狀結構被拆散，結構中包裹的水釋放出來， 從而增加了拌合物的流動性。同時，利用同種電荷相互排斥的作用，將水泥顆粒推開加大水泥顆粒之間的距離，這樣就增大了水泥顆粒的分散性，起到了改變流動性 的作用，有利于水泥顆粒與水的接觸，擴大了水泥與水的反應環(huán)境，使水化得以更加深一步的進行，釋放出更多的水化熱。內(nèi)部水化熱的釋放和利用，可以減少對外 部供應熱的吸取，使水泥和礦粉的潛在活性得以更加充分的發(fā)揮利用。所以，摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)溫度較沒有摻加減水劑的管樁的溫度要低，為此我們做了一個驗 證試驗。
試驗方案：
1.1試驗原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥，P.O42.5
河砂：細度模數(shù)Mx=2.8
碎石：河北玉田，連續(xù)粒級5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
1.2配合比設計
混凝土強度等級設計選用C40，坍落度30～50mm，其配合比見表1。
根據(jù)以往的經(jīng)驗選定未摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為90℃，對比摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為80℃，試件成型后靜停2h，升溫2h，恒溫2h，降溫1h。
1.4實驗結果
通過對比試驗條件我們可以看出，兩種養(yǎng)護條件不同的只是恒溫的溫度不相同。最后我們測得兩種試件的脫模強度大致相等，均達到了設計要求，所以我們可以看 出：要達到相同強度等級，摻加了減水劑的混凝土的蒸養(yǎng)溫度可以低10℃左右。其實質就是混凝土內(nèi)部水化熱的進一步釋放及充分利用（對應節(jié)能減排），同時促 使管樁的強度增長，提高產(chǎn)品自身質量。
摻加減水劑后對水泥水化物中的凝膠體和結晶體的形態(tài)、數(shù)量及排布產(chǎn)生一系列的影響。雖然凝膠體和結晶體的實質是一樣的，但習慣上仍將其劃分為兩種物質。當 水化物中結晶體較多時，混凝土表現(xiàn)出較強的剛性，若凝膠體的數(shù)量較多時，混凝土的表現(xiàn)則是徐變性能增大。在水泥漿向水泥石逐步轉變的過程中，早期水泥漿中 主要存在的是凝膠體形態(tài)的水化粒子，未水化的水泥顆粒和凝膠體結構網(wǎng)的初型，此時的這種結構尚具有觸變復原性，但是隨著水化反應的進行，水化粒子的逐漸大 量生成，水泥漿結晶得到進一步強化，形成凝膠體—晶體結構網(wǎng)使混凝土的觸變復原性喪失。摻加減水劑后，在分散作用下抑制了水化凝膠體的凝聚傾向，釋放出被 粒子包圍的游離態(tài)的水。在相同用水量時，同等增加了水泥漿中液相比例，使得凝膠體的相對濃度變小，膠凝體粒子間的距離增大粒子間的分子間作用力即范德華作 用力變小，影響凝膠體結構網(wǎng)的形成。摻加減水劑后，其分散、潤濕作用的最終結果是使水化反應加速，使水化程度加深，使C-S-H凝膠體在整體內(nèi)達到較好的 均勻分布狀態(tài)。促進了溶解—沉淀—析晶動力學過程，使析出晶體數(shù)量增多，晶體物質的濃度加大，利于晶體結構網(wǎng)的形成，混凝土硬化早期凝膠體結構網(wǎng)的主導作 用減弱，相反結晶網(wǎng)結構的作用相對上升。晶體結構網(wǎng)不同于凝膠體結構的地方是，晶體結構網(wǎng)是由化學鍵連接，而化學鍵的作用力要大于分子間作用力即范德華 力，使晶體分子間的相互連接增強，所以晶體網(wǎng)結構強度要大的多，從而使早期的強度得到增強。從而可以得出結論，要達到相同強度等級的話，摻加了減水劑的管 樁蒸養(yǎng)溫度要比沒有摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)的溫度要低一些或蒸養(yǎng)溫度相同時相對減少蒸養(yǎng)時間。到這里我們就不難看出，在生產(chǎn)中的一些錯誤理念，即升溫過快過 高，恒溫時間過長等現(xiàn)象，原以為會使產(chǎn)品的強度等有所提高，但可能會產(chǎn)生不利的影響。因為從前面的分析我們可以看出來，高溫或長時間恒溫會加劇晶體網(wǎng)結構 的生成、發(fā)展，造成晶體網(wǎng)結構與凝膠體結構比例失調，導致內(nèi)部應力集中，造成局部缺陷進而影響整根管樁的物理性能。
由此我們可以看出恒溫溫度和恒溫時間是兩個息息相關的工藝參數(shù)，在日常生產(chǎn)中都是以℃·h達到某個特定的值后為開池的依據(jù)。從上面的論點來看對于每一種設 定的恒溫溫度都存在有一個臨界的恒溫時間，超過了臨界溫度強度不再增長，相反還會使強度回縮。同時從以往的數(shù)據(jù)對比來看，經(jīng)過蒸養(yǎng)的試件標養(yǎng)28d強度要 比單純標養(yǎng)試件的28d強度要低。結合摻加減水劑后對恒溫溫度的影響及蒸養(yǎng)試件28d強度的損失情況，我們針對兩者對蒸養(yǎng)條件做了多次試驗。
2.1試驗原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥P.042.5
河砂：細度模數(shù)Mx=2.8
碎石：連續(xù)粒級5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
2.2混凝土配合比設計
設計選用強度等級為C60。恒溫溫度為70℃、90℃、100℃，恒溫時間設定為4h、6h、8h、12h、15h降溫1h。
2.3實驗結果
我們在不同的恒溫溫度和恒溫時間做了系統(tǒng)的實驗，實驗結果見表2。
我們通過另外一組試驗對最佳的蒸養(yǎng)制度進行選擇。還是相同的配合比，恒溫溫度設定在90℃，恒溫時間為4h、5h、6h、7h、8h，降溫1h。試驗結果見表3。
實驗結果表明早期的脫模強度隨著恒溫時間的增長而增強，但當恒溫時間超過7h以后，強度增長的速度就慢下來了。而且當恒溫時間超過7h以后，28d強度略 有下降的趨勢。考慮到管模周轉周期、企業(yè)經(jīng)濟效益及28d強度損失情況等方面因素，采用恒溫溫度90℃、恒溫時間4h的蒸汽養(yǎng)護制度較為合理。
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在預制混凝土管樁生產(chǎn)中，人為地創(chuàng)造一個高溫高濕熱環(huán)境，對混凝土管樁進行蒸汽養(yǎng)護，能加速水泥水化過程，促使水泥水化生成更多的水化物，有利于提高管樁 的早期脫模強度，縮短管模的周轉周期，提高生產(chǎn)效率。但只有合理的蒸養(yǎng)養(yǎng)護制度，才能使管樁既有較高的早期脫模強度，又能避免脫模冷卻后強度回縮及出現(xiàn)裂 紋等問題。
減水劑的摻加對蒸汽養(yǎng)護的影響，根據(jù)對減水劑市場的調查，現(xiàn)在應用最多最廣泛的是萘系減水劑，約占市場的份額的50%至70%以上。常用的減水劑均屬于表 面活性劑，當水泥加水后，由于水泥顆粒在水中的熱運動，顆粒會聚集在一起而形成絮凝狀結構，這種絮凝狀結構內(nèi)部包裹著一部分拌合水，使混凝土拌合物的流動 性降低。當水泥漿中加入表面活性劑后，表面活性劑在溶液中可離解為親水基團和憎水基團，親水基團在水泥漿體系中指向溶液，憎水基團則吸附在水泥顆粒表面 上，使水泥顆粒表面帶有相同電荷，水泥顆粒間產(chǎn)生電斥力，這種電斥力遠大于顆粒間分子引力，使水泥顆粒形成的絮凝狀結構被拆散，結構中包裹的水釋放出來， 從而增加了拌合物的流動性。同時，利用同種電荷相互排斥的作用，將水泥顆粒推開加大水泥顆粒之間的距離，這樣就增大了水泥顆粒的分散性，起到了改變流動性 的作用，有利于水泥顆粒與水的接觸，擴大了水泥與水的反應環(huán)境，使水化得以更加深一步的進行，釋放出更多的水化熱。內(nèi)部水化熱的釋放和利用，可以減少對外 部供應熱的吸取，使水泥和礦粉的潛在活性得以更加充分的發(fā)揮利用。所以，摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)溫度較沒有摻加減水劑的管樁的溫度要低，為此我們做了一個驗 證試驗。
試驗方案：
1.1試驗原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥，P.O42.5
河砂：細度模數(shù)Mx=2.8
碎石：河北玉田，連續(xù)粒級5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
1.2配合比設計
混凝土強度等級設計選用C40，坍落度30～50mm，其配合比見表1。
根據(jù)以往的經(jīng)驗選定未摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為90℃，對比摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為80℃，試件成型后靜停2h，升溫2h，恒溫2h，降溫1h。
1.4實驗結果
通過對比試驗條件我們可以看出，兩種養(yǎng)護條件不同的只是恒溫的溫度不相同。最后我們測得兩種試件的脫模強度大致相等，均達到了設計要求，所以我們可以看 出：要達到相同強度等級，摻加了減水劑的混凝土的蒸養(yǎng)溫度可以低10℃左右。其實質就是混凝土內(nèi)部水化熱的進一步釋放及充分利用（對應節(jié)能減排），同時促 使管樁的強度增長，提高產(chǎn)品自身質量。
摻加減水劑后對水泥水化物中的凝膠體和結晶體的形態(tài)、數(shù)量及排布產(chǎn)生一系列的影響。雖然凝膠體和結晶體的實質是一樣的，但習慣上仍將其劃分為兩種物質。當 水化物中結晶體較多時，混凝土表現(xiàn)出較強的剛性，若凝膠體的數(shù)量較多時，混凝土的表現(xiàn)則是徐變性能增大。在水泥漿向水泥石逐步轉變的過程中，早期水泥漿中 主要存在的是凝膠體形態(tài)的水化粒子，未水化的水泥顆粒和凝膠體結構網(wǎng)的初型，此時的這種結構尚具有觸變復原性，但是隨著水化反應的進行，水化粒子的逐漸大 量生成，水泥漿結晶得到進一步強化，形成凝膠體—晶體結構網(wǎng)使混凝土的觸變復原性喪失。摻加減水劑后，在分散作用下抑制了水化凝膠體的凝聚傾向，釋放出被 粒子包圍的游離態(tài)的水。在相同用水量時，同等增加了水泥漿中液相比例，使得凝膠體的相對濃度變小，膠凝體粒子間的距離增大粒子間的分子間作用力即范德華作 用力變小，影響凝膠體結構網(wǎng)的形成。摻加減水劑后，其分散、潤濕作用的最終結果是使水化反應加速，使水化程度加深，使C-S-H凝膠體在整體內(nèi)達到較好的 均勻分布狀態(tài)。促進了溶解—沉淀—析晶動力學過程，使析出晶體數(shù)量增多，晶體物質的濃度加大，利于晶體結構網(wǎng)的形成，混凝土硬化早期凝膠體結構網(wǎng)的主導作 用減弱，相反結晶網(wǎng)結構的作用相對上升。晶體結構網(wǎng)不同于凝膠體結構的地方是，晶體結構網(wǎng)是由化學鍵連接，而化學鍵的作用力要大于分子間作用力即范德華 力，使晶體分子間的相互連接增強，所以晶體網(wǎng)結構強度要大的多，從而使早期的強度得到增強。從而可以得出結論，要達到相同強度等級的話，摻加了減水劑的管 樁蒸養(yǎng)溫度要比沒有摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)的溫度要低一些或蒸養(yǎng)溫度相同時相對減少蒸養(yǎng)時間。到這里我們就不難看出，在生產(chǎn)中的一些錯誤理念，即升溫過快過 高，恒溫時間過長等現(xiàn)象，原以為會使產(chǎn)品的強度等有所提高，但可能會產(chǎn)生不利的影響。因為從前面的分析我們可以看出來，高溫或長時間恒溫會加劇晶體網(wǎng)結構 的生成、發(fā)展，造成晶體網(wǎng)結構與凝膠體結構比例失調，導致內(nèi)部應力集中，造成局部缺陷進而影響整根管樁的物理性能。
由此我們可以看出恒溫溫度和恒溫時間是兩個息息相關的工藝參數(shù)，在日常生產(chǎn)中都是以℃·h達到某個特定的值后為開池的依據(jù)。從上面的論點來看對于每一種設 定的恒溫溫度都存在有一個臨界的恒溫時間，超過了臨界溫度強度不再增長，相反還會使強度回縮。同時從以往的數(shù)據(jù)對比來看，經(jīng)過蒸養(yǎng)的試件標養(yǎng)28d強度要 比單純標養(yǎng)試件的28d強度要低。結合摻加減水劑后對恒溫溫度的影響及蒸養(yǎng)試件28d強度的損失情況，我們針對兩者對蒸養(yǎng)條件做了多次試驗。
2.1試驗原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥P.042.5
河砂：細度模數(shù)Mx=2.8
碎石：連續(xù)粒級5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
2.2混凝土配合比設計
設計選用強度等級為C60。恒溫溫度為70℃、90℃、100℃，恒溫時間設定為4h、6h、8h、12h、15h降溫1h。
2.3實驗結果
我們在不同的恒溫溫度和恒溫時間做了系統(tǒng)的實驗，實驗結果見表2。
我們通過另外一組試驗對最佳的蒸養(yǎng)制度進行選擇。還是相同的配合比，恒溫溫度設定在90℃，恒溫時間為4h、5h、6h、7h、8h，降溫1h。試驗結果見表3。
實驗結果表明早期的脫模強度隨著恒溫時間的增長而增強，但當恒溫時間超過7h以后，強度增長的速度就慢下來了。而且當恒溫時間超過7h以后，28d強度略 有下降的趨勢。考慮到管模周轉周期、企業(yè)經(jīng)濟效益及28d強度損失情況等方面因素，采用恒溫溫度90℃、恒溫時間4h的蒸汽養(yǎng)護制度較為合理。
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