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混凝土外加剂与水泥适应性分析
日期:2019年6月5日 浏览[366]

引言

混凝土外加剂已成为现代混凝土制备技术和施工技术必不可少的第五组分,各种外加剂的应用是使混凝土实现高性能化和绿色化的重要措施之一。由于外加剂与水泥适应性问题涉及到水泥化学、高分子材料、表面物理学和电化学等方面的知识,所以是一个极其错综复杂的难题,它影响着混凝土外加剂的应用效果和推广效果。

按照混凝土外加剂应用技术规范,对外加剂与水泥适应性的定义描述为:将经检验符合有关标准的某种外加剂掺入按规定可以使用该品种外加剂的水泥中,所配置的混凝土或砂浆若能够产生应有的效果,就认为该水泥与这种外加剂是适应的;相反,如果不能产生应有的效果,则该水泥与这种外加剂不适应。

根据Aitcin等人的论述,认为水泥与高效减水剂适应性可以用初始流动性、是否有明确的饱和点以及流动性损失等3个方面来衡量。当外加剂饱和点明显,达到饱和点时高效减水剂掺量不高,初始流动性较大,且静置1h后流动性损失较小,表明适应性优良;当初始流动性不好,达到饱和点时高效减水剂掺量较大,同时静置1h后的流动性损失很大,表明适应性不好。


1影响外加剂与水泥适应性的因素

1.1外加剂方面的因素

1.1.1减水剂的种类

萘系高效减水剂的主要生产原料是工业萘,工业萘的品种和纯度对减水剂的性能有直接影响。萘系减水剂在生产过程中的磺化程度越高,则转变为带有硫酸基磺化物的萘环越多,该减水剂的分散作用也越强;水解越充分,则随后的缩聚反应越容易进行,减水剂的减水率越好。萘系高效减水剂分子的聚合度对其塑化效果有明显影响,一般萘系减水剂的聚合度为10%左右较好。减水剂的状态也影响其对水泥的塑化效果,粉剂的减水率约比液体状态的低5%。减水剂中存在着起中和作用的平衡离子,如Na+、Ca2+、MgO2+、NH2+等,平衡离子不同,分散效果和适应性效果也会有所差异。

氨基磺酸盐高效减水剂和聚羧酸高效减水剂与传统的萘系高效减水剂和密胺系高效减水剂相比,不仅掺量低,而且塑化效果、控制坍落度损失能力以及与水泥适应性等均得到改善。

1.1.2缓凝剂的影响

多元醇类缓凝减水剂有时会引起混凝土假凝现象,但羟基羧酸盐、醚类和二甘醇等缓凝剂不会引发硬石膏等溶解度降低,相反会使其增高(氟石膏除外)。对于常产生假凝的水泥,可以试用这类缓凝剂。

1.1.3外加剂的掺加方法

外加剂的掺加方法有先掺法、同掺法和后掺法,采用后掺法所引起的塑化作用优于先掺法和同掺法。

1.2水泥方面的因素

影响水泥与外加剂适应性的因素很多,主要有水泥孰料的矿物组成(C3S和C3A含量等)、水泥细度、水泥颗粒级配、水泥颗粒球形度、水泥中碱的种类和含量、石膏的种类和含量、水泥中混合材的种类、细度和掺量等。

1.2.1水泥颗粒级配

水泥颗粒级配对高效减水剂的饱和掺量影响不大,但是,在水泥比表面积相近的条件下,水泥颗粒中微细部分颗粒(<3μm)含量的增大,在水胶比较大或减水剂的掺量较大的情况下,可使水泥浆体的初始流动性增强;同时,微细颗粒含量的增大加剧了水泥浆体流动度的损失。

水泥颗粒表面对减水剂的初始吸附量决定了水泥浆体的初始流动性,吸附量越大,初始流动性越好。掺减水剂水泥浆体的溶液中,减水剂的浓度决定了水泥浆体的流动性保持效果,浓度越大,浆体的流动性保持效果越好。


1.2.2水泥生产中的调凝剂

水泥生产常用的调凝剂有二水石膏、半水石膏、硬石膏、工业废石膏、柠檬酸渣、电石渣等。由于粉磨水泥熟料时磨机内温度升高,会使一部分二水石膏脱去结晶水转变为半水石膏甚至无水石膏(硬石膏)。另外,有些水泥厂为了节省生产成本,往往采用硬石膏或工业废石膏代替二水石膏作为水泥调凝剂,当这类水泥遇到木钙、糖钙减水剂时,就会产生严重的不相容,甚至出现假凝。调凝剂的溶解度影响水泥的水化速度,不同的调凝剂影响水泥与外加剂的相容性。

1.2.3水泥中的混合材

我国水泥大多掺用不同种类和数量的混合材,常用的混合材有高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰、焙烧煤矸石、沸石粉等。混合材的品种、性质和掺量等不同,对减水剂作用效果的影响也不一样。实践表明,高效减水剂对矿渣水泥和粉煤灰水泥的适应性较好,对火山灰、焙烧煤矸石为混合材的水泥的适应性较差。

1.2.4水泥的矿物组成

水泥的主要矿物成分C3S、C2S、C3A、C4AF对减水剂的吸附能力不同,其由大到小的顺序为C3A、C4AF、C3S、C2S,即铝酸盐的矿物成分对减水剂的吸附能力大于硅酸盐矿物。在高效减水剂掺量相同的情况下,C3A和C4AF含量较高的水泥浆体中,减水剂的分散效果较差,混凝土拌合物的坍落度损失较大。

1.2.5水泥的碱含量

水泥含碱量增加,减水剂的塑化效果变差,含碱量的提高还会导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失增大。水泥中的碱对缓凝剂也有一定选择性,高碱水泥应少用酸性缓凝剂(如柠檬酸),而改用碱性缓凝剂(如三聚磷酸钠)。

1.2.6水泥的陈放时间和水泥温度

水泥陈放时间越短,水泥越新鲜,高效减水剂对其塑化作用效果越差。出磨时间短的水泥,因为水泥粉磨时产生电荷,颗粒间相互吸附、凝聚的能力较强。另一方面,新鲜水泥的正电性强,吸附阴离子型表面活性剂的数量多。因此表现出减水剂的减水率低,混凝土的坍落度损失快,与减水剂的适应性差。水泥的温度越高,水泥水化速度越快,减水剂对其塑化效果也越差,表现出减水剂的减水率低,混凝土的坍落度损失大。

2改善外加剂与水泥适应性的措施

(1)改变外加剂的掺入时间,即采用后掺法或滞水法,可显著改善外加剂的保塑性能。

(2)适当增加外加剂的掺量,增加混凝土中外加剂的富余量也有比较明显的效果。

(3)采用复合外加剂。多品种外加剂的复合使用,不只是外加剂性能上的取长补短,更重要的是不同分子结构的外加剂同掺,由于分子间的相互作用,应用技术效果会有显著提高。

(4)外加剂生产商复配外加剂时,正确选用减水剂的种类、有机、无机缓凝剂、保塑剂等组分。

(5)水泥生产厂家控制水泥中硫酸钙的含量和溶解度。因为控制C3A的水化取决于孔隙溶液中的硫酸盐离子的平衡,SO42-的数量过多或过少都可能导致水泥浆体的急凝。

(6)加强磨机内物料温度的控制。在提高水泥比表面积的同时,加强磨机内物料温度的控制,避免温度过高或过低,生产中半水石膏过多或过少将影响到高效减水剂与水泥的适应性。

(7)在混凝土配合比设计试验时应充分进行混凝土原材料的优选,要选择流变性好、反应性能低的水泥,也就是说,一经搅拌仅结合少量水的水泥或形成钙矾石少的水泥,以达到节约水泥、降低成本、改善混凝土和易性、提高混凝土物理力学性能和耐久性能。

(8)在混凝土中掺入部分活性掺合料(如粉煤灰),可以有效改善外加剂与水泥的适应性不良而导致的混凝土和易性差、减水效果差、保塑性差等问题。

总之,混凝土外加剂和水泥之间的适应性是一个错综复杂的问题,工程现场遇到适应性问题,首先遵照一般的规则将不适合的水泥和外加剂排除,其次在多次试验的基础上,将水泥和外加剂品种的选择范围缩小,最后还必须通过试拌混凝土来尝试解决。

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