混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性——楊勇等

前言

外加劑能提高新拌混凝土的工作性能、改善施工環(huán)境，提高硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性，同時可節(jié)約水泥、降低成本、加快施工速度。因此，混凝土外加劑廣泛用于各種混凝土工程中。但是我國各地區(qū)礦石資源不一樣，水泥生產(chǎn)工藝規(guī)模有效大差別，導(dǎo)致了水泥品種的多樣性。而且，同一種水泥質(zhì)量差別也大。在高性能混凝土、高品混凝土、泵送混凝土的應(yīng)用中往往會出現(xiàn)混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差的現(xiàn)象。這就類似“青霉素”不適應(yīng)“某些”病人會現(xiàn)現(xiàn)“過敏”或其它“異常反應(yīng)”一樣。這種現(xiàn)象尤其發(fā)生在低水膠比實(shí)際用水量少的高性能混凝土的拌合物中。在相同配比下，同摻量同品種的混凝土外加劑往往由于水泥品種不一樣，其應(yīng)用效果有效大差別。同樣混凝土外加劑在一種水泥的應(yīng)用中效果較好，而在另一種水泥的應(yīng)用中出現(xiàn)較大差別，甚至出現(xiàn)相反效果，出現(xiàn)質(zhì)量事故。如摻有“甘油”的混凝土外加劑或“糖鈣”或“木鈣”的混凝土外加劑，在某些水泥中應(yīng)用效果較理想，而在某些水泥中可能會現(xiàn)相反的效果。又如：東北某工程使用泵送劑之前，未做混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)，盲目地將泵送劑用于大壩水泥的工程中，結(jié)果導(dǎo)致混凝土不凝的質(zhì)量事故。一般，混凝土外加劑適應(yīng)性較差表現(xiàn)如下：

１）新拌混凝土的攪拌過程中出現(xiàn)異常凝結(jié)
２）新拌混凝土坍落度損失快。
３）混凝土泌水、離析、分層現(xiàn)象嚴(yán)重。
４）新拌混凝土坍落度提不上來，看似混凝土外加劑減水效果差。
５）硬化混凝土強(qiáng)度明顯下降。
６）混凝土收縮加大、抗?jié)B、耐久性下降。
７）大體積混凝土中緩凝效果不明顯、出現(xiàn)溫差裂縫。

因此，要正確認(rèn)識混凝土外加與水泥適應(yīng)性這一現(xiàn)實(shí)問題，在應(yīng)用某一品種混凝土外加劑之前，一定要做混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性試驗(yàn)。按《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》正確地選擇和應(yīng)用混凝土外加劑。

１影響混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的因素

1.1混凝土外加劑摻量摻加工藝

1.1.1混凝土外加劑最佳摻量

對于某一水泥、某一配比的混凝土而言，任何混凝土外加劑都存在一最佳摻量，即在最佳摻量時，混凝土外加劑的性能會出現(xiàn)拐點(diǎn)。外加劑的最佳摻量是獲得最好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果的重要因素，其最佳摻量是根據(jù)試驗(yàn)、混凝土配比確定的,其關(guān)系如圖１、圖２,故在混凝土外加劑大摻量或低摻量往往會出現(xiàn)截然不同、意想不到的效果。如“坍落度”損失快慢、泌水大小、緩凝與促凝等。

1.1.2混凝土外加劑摻加工藝

凡進(jìn)行過混凝土外另劑研究的工作者及進(jìn)行大量混凝土外另劑的應(yīng)用試驗(yàn)的人員都應(yīng)贊同：后摻法的混凝土的工作性能優(yōu)于先摻法的混凝土，而且達(dá)到同樣效果，后摻法的摻量往往更小，這可能與混凝土外加劑與水泥顆粒的吸附與分散有關(guān)。其關(guān)系如圖３。

1.2攪拌時間與攪拌速度

混凝土攪拌時間會影響混凝土的含氣量及混凝土外加劑對混凝土的分散效果、凝結(jié)時間，從而影響混凝土的工作和硬化混凝土的力學(xué)性和耐久性。

攪拌機(jī)剪切速度過快，會破壞水泥漿中的膠體結(jié)構(gòu)和破壞水泥顆粒表面形成雙電層膜，使混凝土凝結(jié)時間坍落度損失、泌水量都受到較大影響。

1.3混凝土外加劑品種的影響

1.3.1官能團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)等

混凝土外加劑中所含不同的官能團(tuán)如－OH、－COOH、－CH2、－SO3等對水泥顆粒影響不同，外加劑的分子量、形狀不同都會影響到混凝土外加劑的性能?；炷镣饧觿┦顷庪x子表面活性劑還是陽離子表現(xiàn)活性劑或是非離子表面活性劑，水泥中的C3A、C4AF、C3S、f-CaO等吸附分散效果不相同，也直接影響水泥中SO4-2 －的溶解度。從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的問題。

1.3.2其它因素

混凝土外加劑中堿含量高，則對混凝土早期強(qiáng)度有利，但新拌坍落度損失快。有些外加劑引氣量過大，而且氣泡不均勻、不封閉。氣泡大導(dǎo)致新拌混凝土坍落度損失快，而且使硬化混凝土抗?jié)B、抗凍、耐久性等下降。

1.4水泥

1.4.1礦物成份

影響不泥適應(yīng)性的主要是C3A、C3S，在水泥中一般以石膏作為調(diào)凝劑。一般說來，C3A 含量低的水泥，其適應(yīng)性良好，坍落度損失小。C3A含量高的水泥，需要較多的CaSO4.2H2O作調(diào)凝劑。若混凝土拌合物中，SO2-4 濃度不足，那么新拌混凝土坍落度損失快。像MG 、TG對硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，其適應(yīng)性差，就是因?yàn)門G/MG降低了硬石膏的溶解度，從而使水泥因缺少SO2-4 而產(chǎn)生異常凝結(jié)。通常水泥適應(yīng)性不好，水泥在生產(chǎn)過程　中采用立窯回轉(zhuǎn)窯干法濕法生產(chǎn)，使水泥礦物組分晶相狀態(tài)細(xì)度石膏形態(tài)發(fā)生不同程度的變化，從而導(dǎo)致了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性問題的產(chǎn)生。一般，水泥中吸附外加劑能力：C3A> C4AF> C3SⅡ> C2S 。其水化速率與其關(guān)系近似成正比。當(dāng)新鮮水泥存放一段時間后，由于其中f-CaO減少，使混凝土拌合物需水量減少，坍落度損失減緩，從而改善了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性；水泥中親水性摻合料保水性好?；鹕交屹|(zhì)水泥保水性差，易泌水。一般，水泥需水量大小和坍落度損失大小按規(guī)律：PⅠ.PⅡ> P.O > P.S > P.F> P.P 。泌水性正好與其相反。

1.4.2細(xì)度

水泥過細(xì)，水化速度快，需水量大，保水性好，但其坍落度損失快，而且水泥過細(xì)，混凝土收縮大，含氣量下降，降低了混凝土的抗?jié)B抗凍耐久性。

1.4.3石膏

(1)石膏細(xì)度不夠，使石膏溶解度不夠，產(chǎn)生速凝。
(2)石膏用量不夠，不能有效控制C3A的水化。
(3)石膏形態(tài)

一般在混凝土中CaSO4.2H2O調(diào)凝效果優(yōu)于CaSO4.1/2 H2O。石膏與熟料的粉磨溫度通常較高，從而使二水石膏脫水或半水石膏再脫水成硬石膏，從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差。

1.5摻和料

通常摻粉煤礦灰或磨細(xì)礦渣有利于新拌混凝土的流動性，而且使其坍落度損失減緩。但是需水量比的關(guān)系為Ⅰ級>Ⅱ級>Ⅲ級。故Ⅰ級灰坍落度損失小但保水性差，易泌水。通常摻膨劑的混凝土其坍落度損失快，水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性較差。用塑料桶裝上新鮮混凝土拌合物，敞口，室溫存30.5℃,濕度61%。其中用水量為扣砂含水，砂為濕砂重量，粉煤灰為Ⅱ級，膨脹劑為山東建材院的JEA.

1.6溫度、濕度

由于溫度高，水泥水化速度加快，而且混凝土表面水分蒸發(fā)加快，混凝土內(nèi)游離水通過毛細(xì)管源源不斷地補(bǔ)充到混凝土表面。這樣，一方面水泥水化加憐惜，一方面混凝土游離水大量被蒸發(fā)而沽少，從而使新拌混凝土坍落度損失加快。而且某些混凝土外加劑的緩凝效果在30℃以上作用大大降低。如有機(jī)酸在高溫下對C3S緩凝效果大降低。醇酮酯在高溫下，對C3S的緩凝效果較好。因此，在高溫下，大多需要提高混凝土外加劑的摻量和防止水分蒸發(fā)。

施工中配比雖然看似是設(shè)計問題，但它對混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的影響很大。據(jù)有關(guān)資料和試驗(yàn)表明，砂率過高會使混凝土拌合物流動性降低，保塑性降低，坍落度損失加快。在混凝土配比中，石子的形狀吸水量級配也嚴(yán)重影響混凝土的施工性保水必粘聚性流動性保塑性可密實(shí)成型性。在實(shí)驗(yàn)中W/C降低右以提高混凝土的強(qiáng)度，而在低W/C下，有一最佳Mwo，在最佳Mwo條件下，混凝土外加劑對水泥混凝土的各項(xiàng)性能能充分發(fā)揮出來使混凝土拌合物的保水性能保塑性等工作性狀態(tài)改善，更重要的是保證了SO2-4水泥在水化時，石膏有足夠的溶解用水，從而保證了的濃度，使與水泥適應(yīng)性得到了改善。如圖６。

２解決混凝土外加劑的摻加工藝

2.1改變混凝土外加劑的摻加工藝

采用后摻或滯水法或少量多次摻加的工藝。這種方法的效果較好。這就需要改變混凝土輸送車的某些裝置。若在攪拌運(yùn)輸車上安裝配套的后摻或多次參加混凝土外加劑的儀器裝置，那么混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性差便可大大改善，而且這種運(yùn)輸車的技術(shù)優(yōu)勢便能較好地發(fā)揮出來，肯定會受到市場的青睞。

2.2適當(dāng)增加或減少混凝土外加劑的摻量

當(dāng)混凝土摻合物坍落度損失太快時，適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量。當(dāng)混凝土嚴(yán)重泌水，適量減少混凝土外加劑摻量，當(dāng)然最好根本方法是降低Mwo

2.3適當(dāng)調(diào)整混凝土外加劑的配方，使混凝土外加劑對石膏的溶解度影響小，并能提高石膏的溶解度，有效地控制SO2-4　的濃度。能產(chǎn)生效果的物質(zhì)有HCl、H2SO4、HNO3及其鹽類硅氟酸鈉、NaF、NaCl。特別是對硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，更應(yīng)注意減少或不用木鈣、糖鈣這類使石膏溶解度隱低的物質(zhì)。在混凝土外加劑使用反應(yīng)性高分子物質(zhì)，并適應(yīng)復(fù)配相應(yīng)的保水、緩凝、保塑組分。

2.4調(diào)整混凝土配比根據(jù)不同工程及設(shè)計要求調(diào)整好施工配比。混凝土外加劑只能使較合理配比的混凝土性能得到改善，卻不能使配比不合理質(zhì)量差的混凝土性能得到改善。在嚴(yán)重泌水的混凝土中適量摻加部份摻合料或適當(dāng)提高砂率或適當(dāng)降低Mwo。在混凝土坍落度損失率較高的混凝土中，適當(dāng)增加Mwo或適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量，使其初始坍落度SL0≥200mm，這樣有助于提高石膏的溶解度，防止水分蒸發(fā)過快，混凝土拌合物中游離水嚴(yán)重不足的現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.5調(diào)整摻合料。盡量降低f-CaO、MgO、CaSO4的含量，有效控制C3A、SO2_4、OH-的平衡。使混凝土中C3A<8%

2.6采取綜合措施。通過調(diào)整混凝土外加劑配方，調(diào)整混凝土配比。采取不同的摻加工藝，或用部分摻合料代替部分水泥等措施。調(diào)整水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性。

３３工程應(yīng)用

3.1濟(jì)南財稅大廈

九七年濟(jì)南財稅大廈工程使用ＹＮＢ－６泵送劑的商品混凝土，ＳＬ0=190、ＳＬ１＝１.０h＝８０mm。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究及水泥分析。發(fā)現(xiàn)水泥中Ｃ３Ａ達(dá)１１％。F－CaO達(dá)１.８９％。水泥中石膏溶解度不足引起坍落度損失較快。因此，我們及時調(diào)整了混凝土外夾劑配方，使ＳＬ0=２００mm、ＳＬ１＝１.０h＝１９５mm?；炷梁鸵仔暂^好、硬化混凝土表面光滑，強(qiáng)度、抗?jié)B達(dá)到設(shè)計要求。

３．２電信大廈

濟(jì)南電信大廈在使用Ｃ３０商品混凝土中，發(fā)現(xiàn)泌水量較嚴(yán)重。通過實(shí)驗(yàn)，及時調(diào)整了Ｍｗｏ，解決了混凝土嚴(yán)重泌水這一問題，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整配比中Ｍｗｏ，使Ｍｗｏ下調(diào)４kg。這樣較好地解決了混凝土拌和物泌水量問題。

３．３天建大廈

天建大廈應(yīng)用ＹＨＢ－６配制c40商品混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)商品混凝土坍落度損失快。我們通過調(diào)整混凝土外加劑的摻量及Ｍｗｏ，即適當(dāng)?shù)卦黾樱伲龋拢稉搅炕蛟黾樱停鳎?，較好地解決了混凝土坍落度損失快這問題。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表３。

4結(jié)束語

混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性是一個復(fù)雜的研究課題。隨著國內(nèi)外研究水平提高和廣大混凝土技術(shù)施工人員認(rèn)識的提高，相信能正確認(rèn)識使用混凝土外加劑的人員會愈來愈多，解決混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的方法也更多。