影響混凝土中外加劑與水泥的適應性的主要因素及其他

摘　要:論述了引起混凝土中外加劑(減水劑)與水泥不相適應的主要影響因素及其對策,并從預防的角度出發(fā),淺議混凝土主要材料水泥、外加劑、粉煤灰的選擇。

關鍵詞:外加劑;水泥;適應性;坍落度;坍落度損失

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,混凝土外加劑的應用是混凝土生產的重大進步?；炷良?strong class="keylink">攪拌站的出現(xiàn),使建筑材料混凝土的生產走向了工業(yè)化、節(jié)約化的道路。這也對混凝土的生產質量控制提出更多的要求,造成了近幾年混凝土質量整體提高的同時,由于部分混凝土預拌站質量控制技術水平的不高,給工程質量帶來隱患,甚至出現(xiàn)了20多年未遇的工程質量事故,造成重大經(jīng)濟損失。

1　外加劑與水泥產生不相適應問題的主要因素
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性及混凝土配合比。外加劑(減水劑)與水泥的不相適應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,甚至造成混凝土結構構件更易出現(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、調節(jié)凝結時間,從而改善混凝土施工性能或節(jié)約成本。水泥的水化反應需要不到水泥質量25%的水,但水泥遇到水會形成絮凝結構將水包裹在里面,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構包裹的水份,使更多的水參與水化反應、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,反應了外加劑與水泥的適應性好壞。

外加劑與水泥的不相適應性問題是讓所有商品混凝土廠家的擔心和頭痛的問題,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性有外加劑本身的質量、化學成分的因素,主因卻常是水泥及摻合料等的因素有關,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)與水泥的不相適應性的情況,影響外加劑與水泥的適應性的因素很多,主要有:

1.1　外加劑自身的因素
外加劑(減水劑)的品種不同、結構官能團的不同、聚合度不同、復配組分不同等等因素的影響均會影響與水泥的適應性。不同廠家生產工藝、技術水平、質量管理水平不一樣,產品必然有差異[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(C3S)、硅酸二鈣(C2S)等,不同礦物組成主要是由生產水泥的原材料和生產工藝決定的,水泥的礦物組成中對外加劑影響因素大小依次為C3A>C4AF>C3S>C2S。C3A水化反應快,早期強度提高快,需水量大,C3A含量過高(質量分數(shù)大于8%),C3A吸附外加劑量大,外加劑作用損失大。水泥廠家為了達到質量指標,往往提高C3A含量節(jié)約成本[2]。

1.3　水泥熟料中添加調凝石膏品種的影響
水泥的生產最后需要加入石膏調節(jié)凝結時間,水泥廠家使用的調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,這樣不影響水泥達到質量指標要求,對普通不摻加外加劑的混凝土沒有不良反應,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,甚至會出現(xiàn)急凝(假凝)現(xiàn)象[3]。

1.4　水泥細度和顆粒級配的影響
水泥廠家常常為了達到水泥新標準要求,提高市場競爭力,加強研磨,提高水泥的細度從而提高強度。水泥過細,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,也容易與外加劑產生不適應。[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Na2SO4,能夠提高其與外加劑的適應性。粉煤灰、礦粉的摻入能夠與水泥的水化產物Ca(OH)2發(fā)生二次反應,降低混凝土的堿度,使外加劑與水泥的適應性有所改善[4]。

1.6　新進水泥的影響
新出廠的水泥與外加劑的適應性不如陳置的水泥。同樣的外加劑能使陳置的水泥出現(xiàn)更高的流動度,因為剛生產出廠的水泥比較干燥,溫度高,與水化合反應更快,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性
粉煤灰過細,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,使外加劑的摻量增加,特別是對引氣劑影響大[4]。

1.8　氣溫、風力對外加劑的影響
氣溫越高,風越大,砼坍落度損失越大。氣溫高,水泥水化反應快,外加劑的消耗加快,風越大,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,還影響混凝土強度;混凝土配合比不當,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,影響混凝土質量。

2　解決外加劑與水泥的不相適應問題的對策
解決外加劑與水泥的不相適應問題,重在預防,注重材料的選擇和進場材料的檢測。外加劑與水泥的適應性是個錯蹤復雜的問題,出現(xiàn)外加劑與水泥的不相適應問題,混凝土廠家及時對策:根據(jù)情況,以實驗為基礎,分析查找原因,調整混凝土配合比,提高出廠坍落度,減少坍落度損失。常要調整粉煤灰用量,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攪約2min調整到140,這樣更加經(jīng)濟有效?；炷翉S家水泥常因庫存量大,需要外加劑去適應水泥,即要外加劑廠家調整配方,根據(jù)混凝土廠家使用的水泥調整外加劑中減水劑、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,沒有及時調整配方,造成混凝土長時間不凝結,嚴重影響混凝土強度,夏季施工也應避開高溫風大的中午時段,對原材料進行降溫處理?；炷潦┕づ浜媳戎猩奥实拇_定,還要根據(jù)砂細度的大小,粗骨料的孔隙率調整大小。

3　水泥、外加劑、粉煤灰的選擇
水泥的選擇:從外加劑與水泥產生不相適應問題的因素中,可以發(fā)現(xiàn)需水量大的水泥,更容易出現(xiàn)與外加劑不相適應問題。所以應選擇使用需水量小,強度又較高的水泥。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,與外加劑適應性好,應選擇使用。

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

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,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。粉煤灰細度的選擇,比表面積在450m2/d～550m2/d、0.045mm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,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、粉煤灰都能達到合格的標準,但混凝土廠家應對水泥、粉煤灰提出具體的質量指標,并要求質量穩(wěn)定。水泥廠家改變原材料來源、改變工藝,均會造成水泥品質的很大改變,所以應要求水泥廠家出現(xiàn)這些情況應事先通知,如果生產出的水泥不能達到使用要求,則應要求水泥廠家恢復原有品質,或重新選擇水泥。

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

參考文獻
1　馮　浩,朱清江.混凝土外加劑工程應用手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.
2　王華生,趙彗如.混凝土技術禁忌手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.
3　郭延輝,覃維祖,郭京育.混凝土外加劑及其應用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.
4　劉秉京.混凝土技術[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.

原作者：徐照榮