影響混凝土中外加劑與水泥的適應(yīng)性的主要因素及其他

    混凝土是人類的重大發(fā)明,混凝土的出現(xiàn)開始了人類建筑史的革命,混凝土外加劑的應(yīng)用是混凝土生產(chǎn)的重大進(jìn)步。混凝土集中攪拌站的出現(xiàn),使建筑材料混凝土的生產(chǎn)走向了工業(yè)化、節(jié)約化的道路。這也對混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量控制提出更多的要求,造成了近幾年混凝土質(zhì)量整體提高的同時,由于部分混凝土預(yù)拌站質(zhì)量控制技術(shù)水平的不高,給工程質(zhì)量帶來隱患,甚至出現(xiàn)了20 多年未遇的工程質(zhì)量事故,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

    1 　外加劑與水泥產(chǎn)生不相適應(yīng)問題的主要因素
    混凝土的性能不僅取決于組成材料的性能,更取決于材料之間的適應(yīng)性及混凝土配合比。外加劑(減水劑) 與水泥的不相適應(yīng)問題即外加劑對水泥工作性能改善不明顯、混凝土坍落度損失過大或混凝土過于快凝,甚至造成混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件更易出現(xiàn)的裂縫。

    外加劑作為混凝土的第5 組分,所占比重很小,但是對混凝土的性能卻是影響很大,能夠明顯提高混凝土的坍落度、調(diào)節(jié)凝結(jié)時間,從而改善混凝土施工性能或節(jié)約成本。水泥的水化反應(yīng)需要不到水泥質(zhì)量25 %的水,但水泥遇到水會形成絮凝結(jié)構(gòu)將水包裹在里面,為了使水泥水化更完全和提高混凝土施工性能需要加入更多的水,外加劑的加入能夠在水泥顆粒表面定向吸附,使水泥顆粒表面帶有同性電荷,因斥力作用而分離開來,從而釋放出水泥絮凝結(jié)構(gòu)包裹的水份,使更多的水參與水化反應(yīng)、提高流動性[1 ] 。水泥顆粒對外加劑吸附性的大小及外加劑作用的損耗大小,反應(yīng)了外加劑與水泥的適應(yīng)性好壞。

    外加劑與水泥的不相適應(yīng)性問題是讓所有商品混凝土廠家的擔(dān)心和頭痛的問題,而出現(xiàn)問題后,最終總歸罪與外加劑,外加劑與水泥的不相適應(yīng)性有外加劑本身的質(zhì)量、化學(xué)成分的因素,主因卻常是水泥及摻合料等的因素有關(guān),無論是普通減水劑、奈系高效減水劑還是第3 代聚羧酸系高效減水劑都會出現(xiàn)與水泥的不相適應(yīng)性的情況,影響外加劑與水泥的適應(yīng)性的因素很多,主要有:

    1. 1 　外加劑自身的因素
    外加劑(減水劑) 的品種不同、結(jié)構(gòu)官能團(tuán)的不同、聚合度不同、復(fù)配組分不同等等因素的影響均會影響與水泥的適應(yīng)性。不同廠家生產(chǎn)工藝、技術(shù)水平、質(zhì)量管理水平不一樣,產(chǎn)品必然有差異[1 ] 。

    1. 2 　水泥的礦物組成對外加劑的影響
    水泥的礦物組成對外加劑的影響很大,水泥的礦物組成主要有鋁酸三鈣(C3A) 、鐵鋁酸四鈣(C4AF) 、硅酸三鈣(C3 S) 、硅酸二鈣(C2 S) 等,不同礦物組成主要是由生產(chǎn)水泥的原材料和生產(chǎn)工藝決定的,水泥的礦物組成中對外加劑影響因素大小依次為C3A > C4AF > C3 S > C2 S。C3A 水化反應(yīng)快,早期強(qiáng)度提高快,需水量大,C3A 含量過高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于8 %) ,C3A 吸附外加劑量大,外加劑作用損失大。水泥廠家為了達(dá)到質(zhì)量指標(biāo),往往提高C3A 含量節(jié)約成本[2 ] 。

    1. 3 　水泥熟料中添加調(diào)凝石膏品種的影響
    水泥的生產(chǎn)最后需要加入石膏調(diào)節(jié)凝結(jié)時間,水泥廠家使用的調(diào)凝石膏對外加劑影響因素大小依次為硬石膏(工業(yè)無水石膏) > 半水石膏> 二水石膏,水泥廠家為了節(jié)約成本往往使用工業(yè)無水石膏,這樣不影響水泥達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)要求,對普通不摻加外加劑的混凝土沒有不良反應(yīng),但對現(xiàn)代摻加外加劑的混凝土,用硬石膏的水泥需水量大,吸附外加劑量大,外加劑損失量大。硬石膏對木鈣類影響更加顯著,甚至?xí)霈F(xiàn)急凝(假凝) 現(xiàn)象[3 ] 。

    1. 4 　水泥細(xì)度和顆粒級配的影響
    水泥廠家常常為了達(dá)到水泥新標(biāo)準(zhǔn)要求,提高市場競爭力,加強(qiáng)研磨,提高水泥的細(xì)度從而提高強(qiáng)度。水泥過細(xì),需水量大,同樣會吸附外加劑量更大,外加劑損失量大;同時過細(xì)的水泥在研磨時溫度更高,也會使更多的水合石膏分解成無水石膏,無水石膏含量提高,與外加劑的適應(yīng)性也會變差。水泥的顆粒級配不好,水泥凈漿泌水率大的水泥與外加劑適應(yīng)性較差[ 3 ] 。

    1. 5 　水泥的堿含量
    堿含量過高(堿含量> 0. 8 %) 的水泥或堿含量過低(堿含量< 0. 5 %) 的水泥,也容易與外加劑產(chǎn)生不適應(yīng)。[ 2 ] 水泥中堿主要來源于所用原材料,特別是石灰和粘土。含堿量過高或過低的水泥,在某些品種外加劑加入時,會引起水泥中石膏溶解度變化,使水泥礦物成分C3A 水化速率加快,需水量增大,工作度損失也變快。這時加入可溶性Na2 SO4 ,能夠提高其與外加劑的適應(yīng)性。粉煤灰、礦粉的摻入能夠與水泥的水化產(chǎn)物Ca (OH) 2 發(fā)生二次反應(yīng),降低混凝土的堿度,使外加劑與水泥的適應(yīng)性有所改善[ 4 ] 。

    1. 6 　新進(jìn)水泥的影響
    新出廠的水泥與外加劑的適應(yīng)性不如陳置的水泥。同樣的外加劑能使陳置的水泥出現(xiàn)更高的流動度,因為剛生產(chǎn)出廠的水泥比較干燥,溫度高,與水化合反應(yīng)更快,經(jīng)14d 以上的吸濕降溫后,自由能降低,與外加劑的適應(yīng)性提高,會出現(xiàn)明顯的差異[5 ] 。

    1. 7 　粉煤灰與外加劑的適應(yīng)性
    粉煤灰過細(xì),也會要多一些的外加劑分散粉煤灰顆粒;粉煤灰燒失量越大(即含碳量越大) ,需水量越大,對外加劑影響越大,碳粒粗大多孔,容易吸水,吸附外加劑的能力強(qiáng),使外加劑的摻量增加,特別是對引氣劑影響大[4 ] 。

    1. 8 　氣溫、風(fēng)力對外加劑的影響
    氣溫越高,風(fēng)越大,砼坍落度損失越大。氣溫高,水泥水化反應(yīng)快,外加劑的消耗加快,風(fēng)越大,混凝土水份蒸發(fā)越快,加快了水泥顆粒之間的物理凝聚,混凝土坍落度損失越大。夏季氣溫太高時,可以采取對骨料澆水降溫的辦法,減小坍落度損失。

    1. 9 　骨料的影響
骨料的含泥量、泥塊含量大,大量的粘土細(xì)粒會吸收更多的水份,消耗更多外加劑,使新拌混凝土和易性變差,容易離析,坍落度損失大,還影響混凝土強(qiáng)度;混凝土配合比不當(dāng),砂率不合理,也會增加坍落度的損失。砂率偏小,混凝土也容易離析、爬底,混凝土坍落度損失大;砂率偏大,過多的砂需要更多的水份潤濕,使混凝土坍落度變小,也影響混凝土強(qiáng)度;骨料的級配不良,特別的缺少中間粒級的骨料,也容易造成混凝土離析、爬底,混凝土坍落度損失大,影響混凝土質(zhì)量。

    2 　解決外加劑與水泥的不相適應(yīng)問題的對策
    解決外加劑與水泥的不相適應(yīng)問題,重在預(yù)防,注重材料的選擇和進(jìn)場材料的檢測。外加劑與水泥的適應(yīng)性是個錯蹤復(fù)雜的問題,出現(xiàn)外加劑與水泥的不相適應(yīng)問題,混凝土廠家及時對策:根據(jù)情況,以實驗為基礎(chǔ),分析查找原因,調(diào)整混凝土配合比,提高出廠坍落度,減少坍落度損失。常要調(diào)整粉煤灰用量,提高外加劑用量,提高外加劑在混凝土中的液相殘留,保持水灰比不變,提高水泥用量,這無疑提高了單方造價?；蚩刹捎枚翁砑臃?即將出廠坍落度控制在80～100 ,到工地使用前用外加劑溶液強(qiáng)攪約2min 調(diào)整到140 ,這樣更加經(jīng)濟(jì)有效。混凝土廠家水泥常因庫存量大,需要外加劑去適應(yīng)水泥,即要外加劑廠家調(diào)整配方,根據(jù)混凝土廠家使用的水泥調(diào)整外加劑中減水劑、緩凝劑的品種和摻量,或增加保塑劑、氣泡穩(wěn)定的引氣劑等。混凝土配合比的確定,還需要考慮到混凝土的凝結(jié)時間,外加劑中有緩凝成份,較高的氣溫突然驟降,混凝土中外加劑用的過多,沒有及時調(diào)整配方,造成混凝土長時間不凝結(jié),嚴(yán)重影響混凝土強(qiáng)度,夏季施工也應(yīng)避開高溫風(fēng)大的中午時段,對原材料進(jìn)行降溫處理。混凝土施工配合比中砂率的確定,還要根據(jù)砂細(xì)度的大小,粗骨料的孔隙率調(diào)整大小。

    3 　水泥、外加劑、粉煤灰的選擇
    水泥的選擇:從外加劑與水泥產(chǎn)生不相適應(yīng)問題的因素中,可以發(fā)現(xiàn)需水量大的水泥,更容易出現(xiàn)與外加劑不相適應(yīng)問題。所以應(yīng)選擇使用需水量小,強(qiáng)度又較高的水泥。對于配制高性能混凝土,選擇這樣流變性好,反應(yīng)性能低的水泥更加重要。實驗選擇方法:以不同的廠家的外加劑檢測該種水泥的凈漿流動度或砂漿流動度,對多種外加劑均出現(xiàn)了最大的流動度和最小的流動度損失的水泥,與外加劑適應(yīng)性好,應(yīng)選擇使用。

    外加劑的選擇:應(yīng)用已知與外加劑適應(yīng)性較好的水泥實驗,選擇其能使該水泥砂漿流動度較大的外加劑,并應(yīng)試驗摻加該外加劑的混凝土工作性能。外加劑的選擇應(yīng)注意選擇大的廠家,因為大的廠家自動化程度高,技術(shù)水平高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、品種多,處理問題能力強(qiáng)。而小的廠家,人工操作,產(chǎn)品不穩(wěn)定,甚至有的廠家只是進(jìn)半成品復(fù)配,進(jìn)的原料質(zhì)量都難以保證,供給的外加劑質(zhì)量也是難以有穩(wěn)定的質(zhì)量。

    粉煤灰的選擇:粉煤灰的影響主要有含碳量的影響,含碳量大的粉煤灰需水量大,另外,粉煤灰越細(xì),球型玻璃體含量越高,越能改善混凝土的性能,使需水量越小,粉煤灰的使用需要粉煤灰有減水效果。粉煤灰細(xì)度的選擇, 比表面積在450 m2 / d ～550 m2 / d 、0. 045 mm 篩余在12 %～5 %的粉煤灰與水泥顆粒能形成良好的級配組合,更好發(fā)揮微集料的填充效應(yīng),對混凝土耐久性有利[6 ] 。粉煤灰的使用選擇燒失量< 5 %、需水量< 100 %的Ⅰ、Ⅱ粉煤灰較好。

    雖然材料廠家供給水泥、粉煤灰都能達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn),但混凝土廠家應(yīng)對水泥、粉煤灰提出具體的質(zhì)量指標(biāo),并要求質(zhì)量穩(wěn)定。水泥廠家改變原材料來源、改變工藝,均會造成水泥品質(zhì)的很大改變,所以應(yīng)要求水泥廠家出現(xiàn)這些情況應(yīng)事先通知,如果生產(chǎn)出的水泥不能達(dá)到使用要求,則應(yīng)要求水泥廠家恢復(fù)原有品質(zhì),或重新選擇水泥。

    混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性問題,是個錯綜復(fù)雜的問題,但也是一個必須了解和基本掌握的問題。預(yù)防和處理混凝土出現(xiàn)外加劑與水泥的適應(yīng)性問題,首先要從混凝土原材料入手。原材料的選擇不當(dāng),均會給施工帶來問題,增加費(fèi)用,甚至造成工程事故,所以混凝土廠家應(yīng)該以實驗為基礎(chǔ)慎重科學(xué)地選擇使用材料。

參考文獻(xiàn)
1 　馮　浩,朱清江. 混凝土外加劑工程應(yīng)用手冊[M] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.
2 　王華生,趙彗如. 混凝土技術(shù)禁忌手冊[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
3 　郭延輝,覃維祖,郭京育. 混凝土外加劑及其應(yīng)用技術(shù)[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
4 　劉秉京. 混凝土技術(shù)[ M] . 北京: 人民交通出版社,2004.
5 　陳建奎. 混凝土外加劑的原理與應(yīng)用[M] . 北京:中國計劃出版社,1997.
6 　胡紅梅,馬保國. 礦物功能材料改善混凝土氯離子滲透性的試驗研究[J ] . 混凝土, 2004 (2) :16 - 20.

摘自：中國混凝土咨詢網(wǎng)