商品混凝土及泵送劑技術(shù)探討
2006-09-04 00:00
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摘 要： 本文探討了商品混凝土的常見問題，尤其是影響混凝土工作性的因素及解決辦法，提出了配制混凝土泵送劑的原理和控制混凝土坍落度損失的方案。
關(guān)鍵詞：商品混凝土； 工作性； 坍落度損失； 泵送劑
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，工程質(zhì)量要求的提高，商品混凝土越來越被廣大建筑商采用。新光公司文化宮、二O五住宅工程采用了部分商品混凝土材料。通過應(yīng)用對(duì)商品混凝土的性能以及一些技術(shù)指標(biāo)有了一定了解 并做了具體分析。
商品混凝土一般為流態(tài)且可泵送的混凝土。混凝土的流變性能一般以工作度來綜合評(píng)判，工作度是混凝土拌和物的粘性，流動(dòng)性和穩(wěn)定性的綜合表現(xiàn)。在現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室中常以坍落度和擴(kuò)展度的大小表示，并考察是否離析或泌水等。本文著重探討影響混凝土工作度和坍落度經(jīng)時(shí)損失的各種因素及控制方法。
1 商品混凝土的配制及常用問題
攪拌站作為商品混凝土的生產(chǎn)者，一般要求所生產(chǎn)的混凝土坍落度大，工作性能和泵送性能良好。而且混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失小，同時(shí)具備良好的初期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，以期達(dá)到改善混凝土的施工性能和質(zhì)量、加快施工速度、節(jié)省能耗、經(jīng)濟(jì)等的使用目的。
1．1 商品混凝土的配制技術(shù)
商品混凝土的配制技術(shù)關(guān)鍵是在用水量基本不變的情況下，摻加混凝土外加劑等使新拌混凝土獲得大的流動(dòng)性，以滿足施工工藝的要求。
1．1．1 原材料的選用
根據(jù)所配混凝土的要求選擇合適的水泥、砂、石等原材料。其中水泥宜選用SO3和C3A配合合理、含堿量低的水泥。石子的粒徑和種類根據(jù)配制混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、泵管尺寸等選用。沙子的選用對(duì)商品混凝土的工作性能影響較大，當(dāng)配制混凝土強(qiáng)度較低，石子級(jí)配或粒型不理想時(shí)宜適當(dāng)調(diào)高砂率，增大砂子用量，防止離析和泌水，改善混凝土的粘聚性，保持良好的泵送性能。適宜的摻合料，在配制高強(qiáng)混凝土和低強(qiáng)混凝土?xí)r尤為有效?？纱蟠蟾纳苹炷恋墓ぷ餍阅?，而且比較經(jīng)濟(jì)。
1．1．2 配合比設(shè)計(jì)及調(diào)整
適宜的配比是商品混凝土獲得良好性能和經(jīng)濟(jì)性的重要手段。根據(jù)強(qiáng)度和施工要求、原材料情況，選擇適當(dāng)?shù)乃嘤昧俊⑸奥视盟考昂线m的補(bǔ)加劑和摻和料，經(jīng)試拌后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可獲得工作性能優(yōu)良、強(qiáng)度及耐久性良好的混凝土。
1．1．3 外加劑的選用原則
外加劑作為混凝土的第5種組分，已是商品混凝土中不可缺少的一部分。選用商品混凝土外加劑以其減水率、保水率、保水性和保塑性為主要指標(biāo)。在不增加用水量的前提下，使商品混凝土具有大坍落度、不離析、不泌水，坍落度經(jīng)時(shí)損失小等性能的外加劑是優(yōu)選產(chǎn)品。
1．2 商品混凝土常見問題
商品混凝土生產(chǎn)及施工中常遇到的問題主要有：
(1)離析、泌水，工作性不好。
(2)異常凝結(jié)，水泥與外加劑適應(yīng)性不良。
(3)混凝土坍落度損失大，不能滿足攪拌站及泵送需要。
(4)泵壓過高或堵塞泵管。
(5)早期強(qiáng)度過低或后期強(qiáng)度不足。
這些問題無疑是混凝土工作性能不良和材料問題的綜合表現(xiàn)，尤其是坍落度損失問題更為常見。解決這些問題。除了控制好原材料質(zhì)量、調(diào)整好配合比外，外加劑和摻和料是原因之一。
2 工作度、坍落度經(jīng)時(shí)變化及其影響因素
目前。反映流態(tài)混凝土工作性能的具體指標(biāo)大多以坍落度大小來表示，現(xiàn)實(shí)工作中，除了考察坍落度大小外，還應(yīng)考察混凝土的擴(kuò)展度，即混凝土的流動(dòng)性能，這樣才能更好、更全面的反映混凝土的流變性能。在生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)室測試時(shí)，工作度應(yīng)包含坍落度和擴(kuò)展度兩個(gè)主要指標(biāo)。
影響混凝土工作度和坍落度經(jīng)時(shí)變化的主要因素有以下幾個(gè)方面：
(1)原材料
(2)混凝土的配合比
(3)溫度
(4)外加劑的摻量和摻入時(shí)間
(5)攪拌工藝制度
(6)摻和料等其他方面
2．1 不同水泥品種和用量的影響
不同水泥品種因礦物成分含量不同，對(duì)混凝土的工作度和坍落度經(jīng)時(shí)變化的影響不同。C3A含量在10％左右的水泥比C3A含量5％左右的水泥，其坍落度損失率高30％，擴(kuò)展度損失也大很多。
單方混凝土用量不同時(shí)，混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)變化規(guī)律基本一致。但水泥用量越大坍落度損失越快。
2．1．1 外加劑摻入時(shí)間和摻量的影響
摻高效減水劑可以使基準(zhǔn)混凝土的坍落度從6cm～8cm。提高到18cm～24cm，但損失較快。減水劑摻入量大時(shí)。坍落度損失相對(duì)較小。無論減水劑先摻或后摻。坍落度經(jīng)時(shí)損失都較快，必須在澆灌混凝土前摻入減水劑才能體現(xiàn)出后摻法的效果。實(shí)際上。這種方法是避開了經(jīng)時(shí)損失。
2．1．2 溫度的影響
拌合物的溫度越高，混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失越快。在低溫時(shí)(例如5℃)混凝土坍落度損失很小。
2．1．3 摻合料的影響
混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失與摻合料有關(guān)。摻入一定量的摻合料可大大降低坍落度經(jīng)時(shí)損失。試驗(yàn)表明，在相同的條件下，用Ⅱ級(jí)粉煤灰取代10％ ～15％的水泥，由混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，動(dòng)態(tài)狀況下，坍落度經(jīng)時(shí)損失約小30％～ 50％ 。
2．1．4 運(yùn)輸過程中的動(dòng)態(tài)影響
動(dòng)態(tài)運(yùn)輸過程對(duì)混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失有利。經(jīng)與實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，動(dòng)態(tài)狀況下。坍落度經(jīng)時(shí)損失約小10％～15％。
3 混凝土坍落度損失機(jī)理及控制方法
3．1 坍落度損失機(jī)理
對(duì)于混凝土坍落度損失機(jī)理，目前尚無明確的統(tǒng)一解釋。日本的服部健一等做過研究，認(rèn)為主要是水泥顆粒物凝聚的原因。另外一些學(xué)者則認(rèn)為減水劑對(duì)水泥水化反應(yīng)的影響是坍落度損失的主要原因。
由于減水劑使得水泥顆粒分散程度增加。加速了水泥顆粒的水化。使部分自由水變?yōu)榻Y(jié)合水。吸附在水泥顆?；蛟缙谒a(chǎn)物上的減水劑，或者被水化產(chǎn)物包裹，或是與水化產(chǎn)物反應(yīng)，消耗大量減水劑，使減水劑含量降低，導(dǎo)致Zeta電位下降。降低了減水劑的分散能力，造成水泥顆粒凝聚。宏觀上使得混凝土流動(dòng)性下降。
摻減水劑后。破壞了可溶性硫酸鹽與C3 A之間的平衡，或水泥中可溶性硫酸鹽的形態(tài)不合適，C3A和堿含量高，都是可能引起不同程度的異常凝結(jié)或流動(dòng)性降低，使坍落度損失增大。
C3A和用于水泥調(diào)凝的石膏對(duì)水泥初期水化和結(jié)構(gòu)形成的作用特別重要，鈣礬石沉積在水泥顆粒表面阻礙了水化過程。由于減水劑的摻入，使可溶性硫酸鹽減少。導(dǎo)致鈣礬石生成不足，使水化加快，坍落度損失就加快。
由于混凝土在運(yùn)輸過程中，混凝土的氣泡會(huì)溢出。也可使坍落度損失加快。
3．2 控制坍落度損失的方法
(1)采用后摻法，在混凝土出罐之前加入外加劑。此法在采用時(shí)有一定難度，一般不采用。
(2)采用減水劑造粒技術(shù)。此法為清華大學(xué)發(fā)明，但由于生產(chǎn)造粒難等不利因素，未能推廣應(yīng)用。
(3)采用 A和堿含量低的水泥。坍落度損失相對(duì)較小，且不易發(fā)生異常凝結(jié)。
(4)適當(dāng)增加減水劑用量。
(5)減少混凝土失水及低溫拌和運(yùn)輸。
(6)采用高效減水劑與緩凝劑符合技術(shù)。此法為大多數(shù)人采用，且效果令人滿意。
(7)采用新型合成減水劑。在合成過程中引入響應(yīng)的官能團(tuán)，使混凝土經(jīng)時(shí)變化在2h-3h內(nèi)波動(dòng)小。且和易性良好。此法為目前最理想的辦法，也是現(xiàn)在最新的控制辦法。
4 泵送劑的配制原理及應(yīng)用
4．1 混凝土泵送劑的配制原理
混凝土泵送劑不同于高效減水劑，除了應(yīng)具備比較高的減水率之外，還應(yīng)具有良好的可泵性。基于此原理，按照高效減水劑符合保塑劑、保水劑、引氣劑，并引入適合的緩凝成分．來配制適當(dāng)于攪拌站和工地現(xiàn)場使用的泵送劑，這樣配制的目的是為了控制C3A的早期水化速度，使水泥漿體的動(dòng)電電位保持在一定的水平。緩凝成份的引入，并非單純的為了緩凝。而是為了控制混凝土坍落度的損失，其摻量也不同于常規(guī)意義上的摻量。
4．2 混凝土泵送劑的應(yīng)用實(shí)例
按照以上配制原理，北京市建筑工程研究院配制生產(chǎn)了AN10—2泵送劑，該產(chǎn)品廣泛適用于攪拌站和工地現(xiàn)場的生產(chǎn)和施工。1998年攪拌站和工地現(xiàn)場的數(shù)量已超過4000t。效果良好。使用AN10—2泵送劑配制的混凝土配合比及坍落度經(jīng)時(shí)變化和強(qiáng)度結(jié)果見下表1和表2。
5 新型高效減水劑研究與應(yīng)用
北京市建筑工程研究院還開發(fā)了一種帶有保持混凝土流動(dòng)性官能團(tuán)的新型合成高效減水劑AN3000。此產(chǎn)品的原理是在合成高效減水劑的過程中引入官能團(tuán)，使水泥初期水化延緩，從而達(dá)到控制坍落度經(jīng)時(shí)損失，提高減水率，保持良好的工作性的目的。
該產(chǎn)品性能檢測結(jié)果見表3。工程應(yīng)用表明本產(chǎn)品具有減水率高，坍落度經(jīng)時(shí)變化小，與水泥適應(yīng)性良好，并具有不離析，不泌水的特點(diǎn)。可泵送性優(yōu)越，而且使用AN3000的混凝土，其28d強(qiáng)度較萘系高效減水劑有較大提高。工程應(yīng)用結(jié)果見表4。
6 結(jié)束語
商品混凝土發(fā)展迅速，外加劑和摻和料作為混凝土的第五和第六組分，已越來越廣泛地應(yīng)用。商品混凝土的高要求促進(jìn)了外加劑的發(fā)展及坍落度經(jīng)時(shí)損失控制技術(shù)的進(jìn)步。隨著混凝土向著高強(qiáng)度、高性能、低能耗的方向發(fā)展，勢必會(huì)出現(xiàn)更多的新型的混凝土外加劑。
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| 原作者： 錢一心 岑明哲 |
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