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混凝土外加劑與水泥的適應性問(wèn)題及解決方法

混凝土外加劑與水泥的適應性問(wèn)題及解決方法先鋒小課堂


在工程施工過(guò)程中,外加劑與水泥的適應性問(wèn)題十分關(guān)鍵。若因外加劑與水泥不相適應,而導致混凝土過(guò)于快凝或者是坍落度損失過(guò)大等問(wèn)題,總是會(huì )歸咎于外加劑?;炷寥绻荒軡M(mǎn)足施工要求,將會(huì )導致嚴重的工程質(zhì)量,甚至埋下安全隱患,僅歸咎于外加劑是較為片面的。從具體實(shí)踐來(lái)看,通過(guò)分析外加劑與水泥不適應導致混凝土不達標的原因,可以看出原因是很多的,既有外加劑質(zhì)量的影響,也有水泥化學(xué)成分的影響,因為水泥本身就是由各種礦物構成的,其所用的石膏種類(lèi)、摻和物、所含堿量高低等,也都會(huì )直接影響混凝土的質(zhì)量。


01水泥礦物構成對外加劑的影響分析


    從結構上來(lái)看,水泥礦物主要是由鋁酸三鈣(C3A)、硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、鐵鋁酸四鈣(C4AF)等構成,其中,C3A的水化速度最快,其次是C3S,再次是C2S和C4AF。以回轉窯生產(chǎn)的水泥熟料為例,其礦物構成通常是C3S:45%~65%。C4AF:10%~18%。C2S:15%~32%。C3A:4%~11%。

不過(guò),從實(shí)際情況來(lái)看,在與外加劑匹配程度上,C3A水化最快,而且,其對外加劑的吸附也最快,其次是C3S??梢?jiàn),C3A和C3S對水泥與外加劑適應性產(chǎn)生主要影響。根據多年來(lái)的經(jīng)驗與教訓,只要C3A,C3S能達到如下兩個(gè)條件,一般都能滿(mǎn)足施工要求:C3A不大于8%或C3A+C3S不大于65%,即只要能確保C3A不大于8%,C3S在50%~55%范圍內,同時(shí),采用二水石膏進(jìn)行配制,這樣的水泥強度通常能有良好的外加劑適應性。將其與萘系高效復合減水劑、一般木質(zhì)素類(lèi)減水劑、泵送劑等進(jìn)行配制,混凝土的坍落度損失都是比較小的,能較好地滿(mǎn)足施工標準要求。但如果C3A大于8%或C3A+C3S大于65%,即會(huì )發(fā)生水泥與外加劑不適應的問(wèn)題,混凝土的坍落度損失也會(huì )比較大。在水泥各種礦物中,C3A是影響外加劑的主要因素。因此,為提高水泥早期強度,水泥廠(chǎng)都會(huì )提高C3A含量,但也給外加劑應用帶來(lái)很大難度。



在施工實(shí)踐中,當發(fā)生水泥與外加劑不相適應的問(wèn)題時(shí),通??刹捎萌缦陆鉀Q對策:

(1)進(jìn)行試驗比較,使用同一種外加劑,將其與幾種不同品牌、種類(lèi)的水泥進(jìn)行配置,根據砂漿流動(dòng)度試驗結果,來(lái)對外加劑與水泥的適應情況進(jìn)行評價(jià)和判斷;

(2)采用常用的且與外加劑適應性良好的一種水泥作為標本,將其他各種外加劑與之配置,通過(guò)砂漿流動(dòng)度試驗結果,來(lái)判斷外加劑的質(zhì)量。

通過(guò)對比試驗可知,導致不相適應的原因,到底是在水泥,還是在外加劑。如果結果顯示是水泥導致的,就需要對水泥礦物組成進(jìn)行進(jìn)一步分析,同時(shí),還要分析水泥石膏種類(lèi)、摻合料種類(lèi)、含堿量高低等,看起對外加劑的影響如何。若結果顯示是外加劑導致的,需要立即聯(lián)系生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行調查,看廠(chǎng)家的外加劑配方是否發(fā)生了變動(dòng)。調查母體的質(zhì)量是否穩定等。

通過(guò)最近幾年的情況來(lái)看,木質(zhì)素類(lèi)外加劑的原料變化比較大,主要原因是針葉樹(shù)原料比較緊缺,而優(yōu)質(zhì)木鈣則主要供應出口,這使得不少復配木質(zhì)素類(lèi)的外加劑,不僅質(zhì)量出現波動(dòng)較大的情況,而且存在明顯的含氣量過(guò)高,減水率下降等問(wèn)題,導致預拌混凝土表面經(jīng)常出現大氣泡,檢驗結果也顯示混凝土強度出現下降等。在萘系減水劑方面,國內大廠(chǎng)都是采用全自動(dòng)控制生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量比較穩定。不過(guò),生產(chǎn)合成萘磺酸鈉的不少廠(chǎng)家,仍然以人工操作為主,受人為因素影響,在關(guān)鍵生產(chǎn)過(guò)程中,磺化、縮合等存在不穩定現象,使得母體聚合度不高,且存在減水率波動(dòng)較大的情況,如果使用此種母體復合各種萘系減水劑,其質(zhì)量自然也達不到標準要求。由此看來(lái),盡管外加劑廠(chǎng)家的配方?jīng)]有發(fā)生變化,但卻沒(méi)有重視產(chǎn)品母體質(zhì)量變化帶來(lái)的影響。因此,在試驗過(guò)程中,必須要重視原材料質(zhì)量的調查和檢驗,只要發(fā)現屬外加劑導致的問(wèn)題,應當立即進(jìn)行退貨處理,如果發(fā)生第二次退貨,就要停止使用此種外加劑,更換更穩定的品牌?,F在國內大多數外加劑廠(chǎng)家,采用的都是復配生產(chǎn),必須要加強對母體質(zhì)量的控制。

02水泥熟料中石膏種類(lèi)對外加劑的影響


這里的石膏主要指的是硬石膏,如果水泥采用硬石膏作為緩凝劑,其不但會(huì )與糖蜜類(lèi)、木鈣外加劑不相適應,而且還會(huì )發(fā)生假凝問(wèn)題。同時(shí),硬石膏也會(huì )影響萘系減水劑的減水率。

筆者曾做過(guò)硬石膏和二水石膏的試驗,將其按照比例與水泥進(jìn)行配置,然后再進(jìn)行萘系減水劑適應性試驗,發(fā)現100%硬石膏配置的水泥,凈漿流動(dòng)度只有105~110mm,適應性非常差;100%二水石膏配制的水泥,凈漿流動(dòng)度為240~245mm。如果將硬石膏與二水石膏按照1∶1的比例進(jìn)行配置,仍然不能與木鈣、糖蜜類(lèi)外加劑相適應,凈漿流動(dòng)動(dòng)度為200~210mm,說(shuō)明與萘系減水劑基本適應;如果是按2∶8的比例進(jìn)行配置,凈漿流動(dòng)度為230mm左右,對萘系減水劑影響不大,雖然會(huì )影響木鈣、糖蜜類(lèi)減水劑,不過(guò)不會(huì )發(fā)生假凝問(wèn)題。因此,使用外加劑的過(guò)程中,還要先調查清楚水泥中的石膏種類(lèi)與含量,防止發(fā)生不相適應的問(wèn)題,影響混凝土的質(zhì)量和施工進(jìn)度。


03水泥堿含量對外加劑應用效果的影響


從文獻資料研究結果中可以發(fā)現,不少研究對水泥堿含量越大,外加劑適應性就越差的問(wèn)題,進(jìn)行了相關(guān)的研究。不過(guò),在施工實(shí)踐中,對此問(wèn)題重視程度往往不大。但水泥礦物構成及石膏種類(lèi)的影響,相對于堿含量而言更大,因此,使用優(yōu)質(zhì)、高強、低堿水泥配制的混凝土,能較好地與外加劑相適應,可減少坍落度損失及堿骨料反應問(wèn)題。


04水泥礦物摻合料對外加劑適應性的影響


4.1影響分析

礦渣水泥與外加劑適應性通常較好。將純礦渣作為摻合料,能改善混凝土的泵送性、和易性,有利于提高后期強度,降低水化熱,還能提高外加劑適應性,非常適合用于大體積混凝土。

使用粉煤灰作為摻合料時(shí),因碳素對外加劑的吸附作用大,需要加強對粉煤灰尤其是其中的含碳量的質(zhì)量控制,否則會(huì )影響外加劑的應用效果。一級粉煤灰含碳量最低,一般不會(huì )對外加劑適應性產(chǎn)生影響,二級粉煤灰也影響不大,但若其接近三級粉煤灰時(shí),就會(huì )影響外加劑的使用。二級粉煤灰顏色較深,從顏色上也能進(jìn)行一定的判斷。用工業(yè)廢渣、煤矸石等作為摻和料的水泥,成分比較復雜,存在不穩定的情況,難以較好地適應外加劑。因為外加劑與水泥的不相適應,導致了一系列問(wèn)題,如混凝土到達施工現場(chǎng)卻無(wú)法卸出等,解決辦法通常是進(jìn)行二次添加,即由實(shí)驗室人員按比例,將高效減水劑均勻添加到拌罐中,進(jìn)行高速攪拌1min后卸料,再由泵車(chē)壓送進(jìn)行澆筑。


4.2國外實(shí)例

日本在處理外加劑與水泥相適應性問(wèn)題的做法是:因為日本大型水泥生產(chǎn)公司、外加劑公司都分別只有十幾家,都是屬于日本水泥協(xié)會(huì )和外加劑協(xié)會(huì )成員。如果出現水泥與外加劑不相適應問(wèn)題,兩個(gè)協(xié)會(huì )就會(huì )共同邀請專(zhuān)家、教授等,來(lái)對原因進(jìn)行分析,責任方需要負責。在20世紀70年代,日本也流行混凝土二次添加法,即先應用木質(zhì)素系減水劑配制混凝土,坍落度保持在8cm左右,攪拌車(chē)運到施工現場(chǎng)后,再繼續往攪拌罐里添加萘系高效減水劑,高速攪拌后在卸料。不過(guò),因為二次添加需要花費人力成本,噪聲污染也比較大,在20世紀80年代日本逐漸采用聚羧酸鹽等高效引氣減水劑,有效解決混凝土坍落度損失問(wèn)題。


4.3做法建議

為提高預拌混凝土質(zhì)量,避免發(fā)生工程事故。只有堅持使用優(yōu)質(zhì)原材料,并科學(xué)控制配合比,實(shí)行全自動(dòng)控制的生產(chǎn)設備,才能確?;炷吝_到施工標準要求。

(1)通過(guò)比較,優(yōu)選具有資質(zhì)的、產(chǎn)品性能與質(zhì)量可靠、穩定的大型水泥廠(chǎng)家和外加劑廠(chǎng)家、砂石廠(chǎng)家,并與其固定進(jìn)行原料供應合作。

(2)嚴格按照國家標準,對入廠(chǎng)的各種原料進(jìn)行復檢。

(3)通過(guò)砂漿流動(dòng)度情況,判斷水泥與外加劑之間的適應性,如果發(fā)現存在不相適應,就要進(jìn)一步分析是水泥導致的,還是外加劑導致的,找出原因后,與發(fā)生問(wèn)題的廠(chǎng)家聯(lián)系解決。

選擇通過(guò)分析砂漿流動(dòng)度來(lái)判斷適應性問(wèn)題,而不是使用凈漿流動(dòng)度進(jìn)行判斷,主要原因是在實(shí)踐中,發(fā)現有的改性的高分子外加劑不適宜使用凈漿流動(dòng)度進(jìn)行判斷,如某些聚羧酸鹽類(lèi)外加劑。如果分子量大,粘度大,還仍然使用凈漿流動(dòng)度方法進(jìn)行判斷,將會(huì )導致結果無(wú)法真實(shí)反映其擴展性能。由于凈漿流動(dòng)度并不大,然而砂漿流動(dòng)度卻比較大,在這種情況下,如果僅采用凈漿流動(dòng)度進(jìn)行判斷,容易發(fā)生誤判。而砂漿流動(dòng)度更接近混凝土,同時(shí),因為加入了砂,使得其分散性得到充分發(fā)揮,有效克服了其粘稠性問(wèn)題,因此判斷結果比較準確。

(4)如果天氣溫度較高,混凝土坍落度損失往往會(huì )比較大,施工現場(chǎng)卸料比較困難,此時(shí)可以采用二次添加方法,嚴禁隨意往攪拌罐里加水。

(5)如果混凝土配制要求比較高,或者是配制高強混凝土,不僅要添加外加劑,還要嚴格控制砂、石級配、壓碎值、含泥量、形狀等。夏季天氣炎熱,溫度較高,砂石在太陽(yáng)暴曬下,溫度也會(huì )隨之增高,進(jìn)而導致坍落度損失加大,因此,應對石子溫度進(jìn)行控制,通過(guò)不斷灑水來(lái)合理降溫。

(6)外加劑必須要按照種類(lèi)進(jìn)行嚴格區分,并用顯著(zhù)標識予以標明。將外加劑添加到儲罐時(shí),需雙方進(jìn)行確認,也就是由生產(chǎn)商和混凝土廠(chǎng)家共同進(jìn)行確認,無(wú)誤后才能入罐。如果出現錯誤,不僅會(huì )使減水劑的用量增加3~4倍,還會(huì )導致混凝土幾日不凝,進(jìn)而引發(fā)嚴重工程事故。


4.4不適應處理措施

從實(shí)踐來(lái)看,項目部往往都是一次性大量采購水泥,然后,直接放入水泥儲倉中,因此,對于外加劑要求就比較高,需要外加劑適應水泥。如果確實(shí)是因為水泥礦物構成或石膏因素,導致水泥與外加劑不相適應,才會(huì )對水泥廠(chǎng)家進(jìn)行更換。

當水泥與外加劑不適應時(shí),一般可采取如下措施進(jìn)行解決。

(1)根據實(shí)際情況,合理增加外加劑的摻量。

(2)將外加劑進(jìn)行更換。在各種外加劑中,聚羧酸鹽類(lèi)與水泥的適應性最優(yōu),其次是氨基磺酸鹽,再次為萘系及其復合減水劑、糖蜜類(lèi)、木質(zhì)素磺酸鹽等。不過(guò),因為單獨使用氨基磺酸鹽會(huì )發(fā)生泌水嚴重的問(wèn)題,必須要將其與萘系復合使用。國內外加劑大多是普通、高效、緩凝等復合配置,配合比不同,各單體質(zhì)量也存在差異,當然效果也是不同的。在發(fā)生不相適應的狀況時(shí),應當進(jìn)行砂漿適應性試驗,另選外加劑。

(3)如果采用上述方法,還是不能解決不相適應的問(wèn)題,就可以考慮使用二次添加方法。

(4)使用增加水泥漿的方式,在保持原有水灰比的基礎上,將出廠(chǎng)坍落度提高,使其增大到20~22cm,同時(shí)增加單位水泥和用水量。這樣,當坍落度小于12cm時(shí),如果坍落度增加1cm,則單位用水量就會(huì )相應地增加1.2%;當坍落度大于15cm時(shí),如果坍落度增加1cm,則單位用水量就會(huì )相應地增加1.5%~2.5%。這里需要注意的是,單位水泥量和用水量需要同步進(jìn)行增加,這樣才能保持水灰比不會(huì )發(fā)生改變,也不影響混凝土強度,其不足之處是混凝土成本將會(huì )增加。




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