掺萘系高效减水剂混凝土坍落度损失控制

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摘　要：水泥的细度与成份是影响水泥与萘系高效减水剂相适应的关键因素，选择细度成份适宜的水泥并通过对比试验选择与水泥适应性良好的萘系高效减水剂、在施工中采用后掺法，是减少混凝土坍落度损失行之有效的方法。关键词：坍落度损失；控制方法；水泥细度；C3A 含量；碱含量；外加剂1概述 萘系高效减水剂是在我国使用最广泛的高效减水剂，它具有减水率高、价格相对较低的优点，但掺萘系高效减水剂混凝土坍落度损失较大，一般1h 可损失大半，气温较高时损失更为显著。同时，水泥与萘系高效减水剂适应性也影响混凝土的坍落度损失。1999 年开始执行的水泥标准与旧标准相比提高了水泥细度及早期强度要求，迫使水泥厂家采用提高水泥比表面积、增加C3 S、C3 A 含量等方法来提高早期强度，水泥细度的增加及成份的变化增加了水泥与萘系高效减水剂的不适应性，导致预拌混凝土在运输过程中坍落度损失过快，而施工现场又采取直接加水的不当方式来增加混凝土坍落度，从而造成混凝土质量事故。选择细度成份适宜的水泥、作好外加剂对比试验、选择与水泥适应性较好的外加剂及加强施工工艺控制是保证混凝土质量的前提条件。2 影响坍落度损失常见因素
2. 1 水泥中影响坍落度损失的因素
2. 1. 1 水泥细度 研究表明，随水泥比表面积的增加，水泥与相同高效减水剂的相容性变差，饱和点提高，为减小流动度损失需要掺加更多的高效减水剂[1 ] 。同时也有研究表明，在细度相同的情况下，在一般粉磨工艺下加工的高C3 S 含量水泥 将会产生粉磨现象，使水泥中细颗粒比例提高[2 ] 。水泥细颗粒较多会引起水化速度加快，使早期消耗的水量增加，增加水泥的流动性经时损失，最终产生与减水剂的适应性问题。 2. 1. 2 C3A 含量 在水中，C3 S 颗粒Zeta 电位为负值，C3A 颗粒Zeta 电位为正值，中和C3A 颗粒表面正电荷需要较大数量的高效减水剂，故高效减水剂对C3A 含量少、C3 S 含量相对较高的水泥有较好的分散塑化效果。水泥四大成份水化速度由大到小排列为C3 A > C4AF > C3 S > C2 S，C3 A 含量高的水泥在初期水化产物量较多，随着水化反应进行，混凝土中高效减水剂一部分与水化产物结合，失去分散能力，因而C3A 含量高的水泥消耗掉的外加剂也较多，当溶液中外加剂数量不足以补充反应消耗掉的外加剂数量，就会产生较大的坍落度损失。一般认为，C3 A 含量大于8 %，将给水泥与外加剂适应性带来不利影响。2. 1. 3 碱含量 碱含量 也影响水泥与萘系高效减水剂适应性，碱性硫酸盐少的水泥由于对磺酸基的高效减水剂有强烈的吸附作用，当调整高效减水剂掺量时，有可能得到很大的初始坍落度，但有时坍落度损失很快，而且当稍微超过剂量时，还会出现严重的离析和泌水。延迟或二次添加 高效减水剂也不能调整这方面的缺点。可溶性碱最佳含量为0. 4 %～0. 6 %[3 ] 。2. 2 外加剂因素 当前，各个厂家生产的萘系高效减水剂其配方多样，质量参差不齐，对同一种水泥适应性也不尽相同，高效减水剂与水泥不相适应，常会使混凝土拌和物泌水、离析，加速坍落度损失。2. 3 施工环境影响 通常，施工过程气温越高，水泥水化速度越快，混凝土坍落度损失也就越大。在较高的气温下施工，宜采用降温措施或采用缓凝性高效减水剂降低水化速度以减少坍落度损失。3坍落度损失控制方法 水泥选择：选择细度及成份适宜的水泥，是水泥与外加剂相适应的基础。可在水泥招标文件中对影响水泥与萘系高效减水剂适应性的关键因素作出规定，应避免走进只注重强度与价格的误区。水泥选择不当常导致水泥与外加剂适应性差，从而使混凝土内部与外观质量出现问题。 外加剂选择：通过对不同厂家生产的产品对比，选择与水泥适应性良好的产品。主要对比项目为最佳掺量、混凝土和易性、坍落度损失及混凝土强度等。在外加剂对比试验中，水泥净浆性能可反映混凝土的部分性能，如最佳掺量，坍落度损失速度等，净浆对比试验可有效地减少混凝土对比试验的工作量。 高效减水剂掺量增加时，水泥净浆流动性也相应增加，掺量与流动度关系见图1，当高效减水剂掺量较小时水泥净浆流动度增加较明显，在掺量较大时变化比较小，曲线变得比较平缓。在二者接合处高效减水剂掺量为“最佳掺量”。在相近的减水效果下，不宜选用掺量较大的产品，较大的掺量引入的有害物质 的可能性也将增大，在确定最佳掺量的过程中净浆的保水性也可反应出混凝土的保水性，净浆泌水，相应掺量的混凝土会有较严重的泌水离析现象。根据经验，在净浆不泌水的情况下，相同掺量混凝土也可能出现离析泌水现象，这可能跟集料的级配有一定关系。水泥净浆流动度损失与混凝土坍落度损失有较好的拟合性[3 ]，见图2，通过水泥净浆流动度损失，可初步判定混凝土坍落度损失速度。 外加剂掺入方式：外加剂采用后掺法加入，能增加水泥颗粒表面Zeta 电位差，增强分散作用并能减少C3A 对高效减水剂的吸附，因而能减少混凝土坍落度损失。4 工程实例 武汉至孝感高速公路第四合同段界河大桥梁为预制T 梁，设计强度C50 。混凝土由搅拌站集中搅拌，用混凝土搅拌车运至制梁场，再转移到料斗内由龙门吊运至浇筑地点，每车混凝土从搅拌站运至制梁场到混凝土全部入模约需1h，考虑其它影响因素， 要求混凝土1. 5h后坍落度不得小于9cm 。从节约成本考虑，初始坍落度不宜过大，考虑16～18cm。所用材料与对比试验情况如下： 水泥：采用公开招投标方式采购，招标书中明确规定C3 A 含量不大于8 %，碱含量0. 4 %～0. 6 %。通过对比，武汉亚东水泥有限公司生产的P ·O42. 5 水泥中标，水泥部分性能见表1 。 细集料：采用孝感地区杨河河砂，含泥量小于3 %。粗集料：孝感地区周巷产5～25mm 连续级配碎石，含泥量小于1 %，压碎值小于12 %，针片状颗粒含量小于5 %。 外掺料：由于搅拌站无该材料自动计量装置，为减少影响混凝土质量因素，未采用。 外加剂：对比山西、北京、湖北共5 家外加剂厂生产的UNF- 2A、UNF - 1 、J G- 2 、ADD - NS、FDN - 1 等5 种萘系高效减水剂，最后根据性价比原则选定北京某外加剂厂生产J G - 2 型外加剂，对比试验情况如下： 净浆试验：根据不同掺量下净浆流动度确定最佳掺量，然后测最佳掺量下净浆流动度经时损失。水泥净浆试验水灰比为0. 29，试验结果见表2 、表3 。 混凝土对比试验：外加剂按最佳掺量加入，所用配合比为水泥∶砂∶碎石∶水∶外加剂= 459 ∶681 ∶1160 ∶170 。混凝土各项性能见表4 。 因掺UNF - 1 、ADD - NS 高效减水剂混凝土出现了较严重的泌水、离析现象，故未作坍落度经时损失试验，也不作为外加剂选择对象。其中J G - 2 型高效减水剂坍落度损失与其它外加剂相对较小，早期及28d 强度较高，考虑其掺量及价格较为经济，故选定J G- 2 型高效减水剂作为施工用减水剂。 J G- 2 高效减水剂也具有奈系高效减水剂坍落度损失大的特点，为减小坍落度损失，对外加剂采用后掺法作了对比试验，试验结果见表5 。 由表5 可知，后掺法改善了混凝土坍落度损失，满足了施工要求，但经过较长时间后，混凝土坍落度损失仍较大，因而无法满足超长时间保持坍落度的要求。当施工要求长时间保持坍落度，应选用氨基磺酸系、聚羧酸等新型高效减水剂。5 结束语 合理选择水泥，并在选定水泥基础上作好萘系高效减水剂对比试验，选定与水泥适应良好的高效减水剂，并在施工中采用后掺法，能有效地降低混凝土坍落度损失。

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