減水劑在商品混凝土中的應(yīng)用
2005-05-16 00:00
1、引言
隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,商品混凝土的應(yīng)用日益普遍。而作為商品混凝土組分之一的減水劑所起的作用及其對(duì)混凝土科學(xué)技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)，已得到了公認(rèn)。 然而，就減水劑應(yīng)用技術(shù)而言， 尚有些問(wèn)題未得到圓滿解決。
本文僅從水泥和混凝土摻和料與減水劑之間的相互適應(yīng)性略作淺談，供同行及工程界相關(guān)人員參考。
2、水泥與減水劑的適應(yīng)性
2.1水泥的早期水化
當(dāng)水與高吸濕性水泥粒子接觸時(shí)， 由于水泥中的Na＋，K＋，Ga2＋，SO42-、OH－進(jìn)入溶液， 表面水解很快形成一薄層無(wú)定形的膠體產(chǎn)物。 在最初溶解之后，液相中的均勻成核過(guò)程或固液界面的非均勻成核過(guò)程生成水化物。 隨后，水化產(chǎn)物的生長(zhǎng)受到溶液濃度、反應(yīng)處水和離子的可得量、反應(yīng)過(guò)程的活化能以及晶體生長(zhǎng)的定向要求所控制，在第一階段后期，水泥粒子完全被一層水化產(chǎn)物所覆蓋，阻礙反應(yīng)物在反應(yīng)界面向內(nèi)外擴(kuò)散，極大地降低反應(yīng)速度，這一階段從與水接觸開始持續(xù)約15分鐘。
第二階段叫誘導(dǎo)期，時(shí)間從15分鐘到4小時(shí)。 在第二階段早期，主要是鋁酸鹽的反應(yīng)，這時(shí)期SO42-的濃度起主導(dǎo)作用。如SO42-的濃度太低， 過(guò)度的成核作用和,C-A-H的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生閃凝。 如SO42-的濃度太高，大量的成核作用和石膏晶體的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生假凝。SO42-濃度合適時(shí)，發(fā)生幾種物理化學(xué)反應(yīng)，鈣釩石晶體生成，從C-S-H膠體增加，溶液中的SO42-和OH－ 濃度增加，水化向水泥粒子內(nèi)部擴(kuò)展產(chǎn)生滲透壓和機(jī)械力。
上述過(guò)程確定水泥漿的流變性能和凝結(jié)性能，外加劑和水泥反應(yīng)物的相互作用或外加劑對(duì)水泥的擴(kuò)散過(guò)程、成核過(guò)程和生長(zhǎng)過(guò)程的干擾將影響混凝土的性能。
2.2石膏形態(tài)、水泥凝結(jié)和混凝土塌落度損失
水泥的各成分和水的活性依次為C3A>C3S>C2S>C4AF，鋁酸鹽相和它的水化產(chǎn)物在水化早期起著重要作用。 由于鋁酸三鈣參加硫酸鈣的反應(yīng)生成鈣礬石和單硫鋁酸鈣控制鋁酸鹽的反應(yīng)速度，摻加外加劑對(duì)硫酸鹽控制水化速度的影響必然會(huì)影響水泥的水化過(guò)程。 水泥漿溶液中的硫酸鈣必須充分溶解并有足夠硫酸鹽離子和鈣離子供給生成硫鋁酸鈣。鋁酸鹽和水直接反應(yīng)產(chǎn)生閃凝。
假凝可以通過(guò)進(jìn)一步拌和，破壞生成物結(jié)構(gòu)，恢復(fù)流動(dòng)性。 閃凝則不同，如果不加水它不可能通過(guò)進(jìn)一步拌和消除它的結(jié)構(gòu)，熟料太熱時(shí)與石膏共同磨細(xì)會(huì)使石膏脫水產(chǎn)生半水石膏和無(wú)水石膏，半水石膏和無(wú)水石膏水化生成石膏會(huì)使水泥產(chǎn)生假凝。
2.3堿含量
現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8076－1997《混凝土外加劑》規(guī)定各類混凝土外加劑總堿量（Na2O+0.658K2O）應(yīng)在生產(chǎn)廠控制值的相對(duì)量的5%之內(nèi)， 對(duì)工程應(yīng)用無(wú)指導(dǎo)意義。
GBJ119《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定。處于與水接觸或潮濕環(huán)境中的混凝土，當(dāng)使用堿活性骨料時(shí)，由外加劑帶入的堿含量（以當(dāng)量氧化鈉）不宜超過(guò)1kg/m3，混凝土總堿量尚應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
堿含量對(duì)水泥與減水劑的適應(yīng)性產(chǎn)生影響，隨著堿含量增大，減水劑的塑化效果變差，見下表：
水泥堿含量對(duì)減水劑凈漿流動(dòng)度的影響
水泥的礦物組分中，C3A和C3S對(duì)水泥水化速度和強(qiáng)度起決定作用。 減水劑加入到水泥+水系統(tǒng)后，首先被C3A吸附。 在減水劑摻量不變的條件下，C3A含量高的水泥，由于被C3A吸附量大，必然使得用于分散C3S和C2S等其他組分的量顯著減少。因此，C3A含量高的水泥減水效果差。
3、混凝土摻合料與減水劑
3.1摻合料的酸堿性
用于混凝土的摻合料種類繁多，為了便于掌握摻合料對(duì)混凝土性能的影響， 并對(duì)其進(jìn)行更充分。
合理的利用，將其按化學(xué)成分作進(jìn)一步的分類， 將摻合料按其化學(xué)成分當(dāng)中Si2O含量的高低劃分為酸性、中性和堿性三類。其中，酸性摻合料的Si2O含量為>65%， 中性摻合料的52~65%，堿性摻合料的<52%。 當(dāng)然，這是一種粗略的劃分， 酸性氧化物還有Fe3O4，Al2O3等，但因他們?cè)趽胶狭现械暮枯^低。酸性較弱而不作討論。
摻合料的Si2O含量亦即其酸堿性不僅影響到水泥混凝土的各齡期強(qiáng)度，而且直接影響到混凝土減水劑的作用效果及混凝土的和易性等，這可從以下兩方面進(jìn)行分析：
第一方面，摻合料的酸堿性與其表面的親水性和憎水性密切相關(guān)。酸性愈強(qiáng)的材料，表面的親水性愈大，堿性愈強(qiáng)的材料，則憎水性愈大。親水性材料的表面易被水潤(rùn)濕，且水能通過(guò)毛細(xì)管作用而吸入材料內(nèi)部，憎水材料則能阻止水分滲入毛細(xì)管中，從而降低材料的吸水性。所以，配制混凝土用的摻合料酸性愈強(qiáng)，吸附水分的能力也隨之增強(qiáng)。 在混凝土中摻和水用量相同的條件下，對(duì)混凝土流動(dòng)性的影響也更加不利。如果要保證混凝土具有良好的施工和易性和強(qiáng)度，就必須相應(yīng)提高減水劑的效能或增加其摻量。
第二方面， 摻合料的酸堿性即親水性或憎水性，也直接影響到它與減水劑的吸附效果，從而影響到減水劑的使用效果。若商品混凝土的摻和料本身親水性很強(qiáng)，即酸性很強(qiáng)，除了對(duì)水有很強(qiáng)的吸附能力之外，對(duì)減水劑分子的親水端也同樣具有吸附能力，從而削弱減水劑憎水基團(tuán)在固體表面的定向吸附作用，在一定程度上擾亂了減水劑分子在固體表面吸附的規(guī)則排列， 在這種情況下， 要保證減水劑的分散效果和混凝土的流動(dòng)性，就必須加大減水劑用量，在固體顆粒表面形成多分子吸附層，以平衡電性不同的帶電粒子， 相反，如果摻合料的憎水性強(qiáng)，即堿性強(qiáng)，則可相應(yīng)減少減水劑的用量，同樣能保證混凝土的流動(dòng)性要求。
3.2摻合料的活性
水泥和混凝土摻合料的活性對(duì)混凝土28天強(qiáng)度的影響是眾所周知的。然而，對(duì)混凝土和易性的影響以及與減水劑的適應(yīng)性常被人們所忽視?；钚愿叩膿胶狭瞎倘粚?duì)提高混凝土28天強(qiáng)度有利， 但對(duì)混凝土的流動(dòng)性及其與減水劑的適應(yīng)性卻有不利的影響。一般來(lái)講，摻合料的活性越高，其表面能也越大，對(duì)減水劑的化學(xué)吸附和物理吸附能力更強(qiáng)，因而在固體顆粒表面的每一個(gè)吸附活性中心點(diǎn)都會(huì)吸附更多的減水劑分子， 那么在比表面積相同的情況下， 要使減水劑完全布滿顆粒的表面，就需要吸附更多數(shù)量的減水劑，才能保證它對(duì)顆粒之間的分散效果，使混凝土的流動(dòng)性不致降低，
3.3摻合料的細(xì)度
在摻合料種類和用量以及混凝土流動(dòng)性要求相同的情況下，摻合料的粉磨細(xì)度細(xì)，比表面積大，拌制混凝土?xí)r所需要的水分和減水劑用量無(wú)疑要多， 也就是說(shuō)摻合料的細(xì)度愈細(xì)，與減水劑的適應(yīng)性愈差。 同時(shí)，摻和料的顆粒級(jí)配和表面形態(tài)對(duì)其與外加劑適應(yīng)性的影響也相當(dāng)重要， 良好的顆粒級(jí)配和較光滑的顆粒表面，對(duì)降低混凝土的孔隙率，提高減水劑的作用效果是非常有利的。 對(duì)商品混凝土來(lái)說(shuō)，過(guò)多的減水劑用量，不僅僅是增加費(fèi)用的問(wèn)題，摻過(guò)多的減水劑會(huì)增大混凝土的干縮
現(xiàn)象，并對(duì)混凝土的硬化速度產(chǎn)生影響。
4、結(jié)語(yǔ)
水泥和混凝土摻和料的組分特性，是影響混凝土減水劑適應(yīng)性好壞的重要因素。 因此，在配制商品混凝土?xí)r合理選擇水泥及摻和料的種類， 調(diào)整適當(dāng)?shù)拇钆浔壤⑦m當(dāng)控制減水劑摻量比例，即可改善水泥和混凝土摻和料與混凝土減水劑的適應(yīng)性，從而使商品混凝土的和易性、耐久性及強(qiáng)度得到均衡有效的提高。
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