【摘要】从水泥成分、环境条件、混凝上外加剂等多方面分析了混凝上坍落度损失的机理, 提出了相应的解决措施。
【关键词】混凝上; 坍落度损失; 水泥; 外加剂
混凝土材料是当今世界上使用量最大, 使用面积最广的建筑材料, 自发明至今的二百余年来, 己普遍用于各类土木建筑过程中。随着建筑技术的不断进步, 对混凝土的要求也越来越高。目前商品混凝土的使用越来越多, 坍落度损失过大的问题己严重影响其施工质量。特别是泵送商品混凝土, 在高温炎热天气条件下, 此问题更加突出。因此, 有必要对泵送预拌混凝上坍落度损失的机理作深入分析并提出可行的解决措施。
一、混凝土坍落度损失的原因分析
混凝土坍落度损失是一个普遍存在的问题。影响混凝上坍落度损失的原因是多方面的, 且这些因素相互关联。主要包括四个方面:一是水泥方面, 如水泥中的矿物成分种类、不同矿物成分的含量、碱含量的匹配, 细度、颗粒级配等; 二是化学外加剂方面, 如高效减水剂的化学成分、分子量、交联度、磺化程度、平衡离子浓度以及缓凝剂的种类、用量等; 三是环境条件, 如温度、湿度、运输时间等; 四是混凝土木身的水灰比大小、减水剂掺入时间次序、掺和料的品种及掺加比例。
1.水泥中矿物成分的种类及其含量的影响
水泥中的主要矿物成分是C3A,C4AF,C3S,C2S。不同矿物成分对减水剂的吸附作用大小不同。减水剂的主要作用是吸附在水泥矿物的表面, 降低分散体系中两相间的界面自由能。提高分散体系的稳定性。在相同条件下, 水泥成分中对减水剂的吸附性大小依次为C3A>C4AF>C3S>C2S。若水泥中C3A,C4AF 含量较大, 则大量减水剂被其吸附, 占水泥成分较多的C3S,C2S 就显得吸附量不足, 动电电位明显下降, 导致混凝土坍落度损失。这是造成掺减水剂的混凝土坍损的根木原因。所以水泥中C3A,C4AF 含量较高的混凝土坍落度损失较大, 反之较小。因此, 如果要生产大流动度的高强混凝土, 而且要求坍落度损失较小, 宜优先选用C3A,C4AF 含量较低的水泥。
2.水泥中调凝剂的形态及掺加量的影响
水泥粉磨时加入石膏作为调凝剂是为了控制熟料中C3A 的水化速率, 调节水泥的凝结时间。水泥浆中的SO42- 主要来源是石膏,若石膏掺入量不足或当水泥中的水很少且水泥中的C3A, C4AF 含量较高、比表而积大时, SO42- 在水泥浆体中的溶出量很少, 就会造成水泥浆体流动性的损失。直接表现为坍落度损失过快。所以应寻求最佳的石膏掺量。水泥中C3A 含量越大、碱含量越大、水泥颗粒越细, 石膏的最佳掺量越大。石膏的最佳掺量还和水泥的早期水化温度有关。掺入不同形态的石膏对水泥水化过程的影响也是不同的。选择最佳的石膏掺量,且掺入的石膏形态搭配合理, 可有效地避免坍损, 从而配制出流动性好、坍落度损失小的混凝上。
3.水泥的细度大小, 颗粒级配的影响
在水泥水化过程中, 3- 30um 的熟料颗粒主要起强度增长作用, 而大于60um 的颗粒则对强度不起作用, 小于l0um 的颗粒主要起早强作用, 3um 以下的颗粒只起早强作用。小于l0um 的颗粒需水量大。流变性好的水泥l0um 以下颗粒应少于10%。颗粒越细, 细颗粒越多, 需水量越大, 早期强度越高, 这必将加剧坍损。
4.环境条件及化学外加剂和掺和料的影响
一般来讲, 环境温度越高, 水泥水化速度越快, 导致混凝土的坍落度损失越大。湿度越大, 混凝土对外失水相对较少, 有利于抑制坍落度损失。相同条件下, 强度越高, 水灰比越小的混凝土坍落度损失越大。同时, 掺加需水量小的粉煤灰对于提高混凝土的耐久性, 对抑制坍落度损失有利。不同种类的化学外加剂对混凝土的坍损有着不同的影响。在拌制混凝土时, 加入外加剂的时间选择也影响混凝上坍落度损失的大小。
二、抑制混凝土坍落度损失的措施
通过以上分析, 混凝上坍落度损失过大是由多种因素造成的, 因此需要根据不同的情况提出不同的解决方法。目前主要有以下方法:1.减水剂后掺法减水剂后掺法, 即在砂、石、水泥、水拌合之后再掺减水剂。这种方法对抑制坍落度损失有明显效果。主要是因为水泥遇水后, 在有石膏的环境中水泥中的C3A, C4AF 能迅速生成钙矾石, C3A, C4AF 在体系中明显减少, 这时再加入减水剂, 被C3A, C4AF 吸附消耗的减水剂量显著减少, 大量的减水剂能比较充分地被C3S,C2S 吸附, 水泥颗粒的动电电位明显提高, 并在一定时间内保持相对稳定, 直接表现为混凝土的和易性好, 坍落度损失较小, 这种方法简单便于应用。但此方法作用有一定限度, 使用上有一定局限性。
2.掺缓凝剂法
缓凝剂对水泥缓凝的作用理论有吸附理论, 生成络盐理论, 沉淀理论和控制氢氧化物结晶生长理论。多数有机缓凝剂有表面活性, 它们在固一液界面产生吸附, 改变固体粒子表面性质, 即亲水化。由于吸附作用, 它们的分子中羟基在水泥粒子表面阻碍水泥水化过程, 使晶体相互接触受到屏蔽, 改变了结构形成过程。缓凝作用机理的另一种观点认为, 缓凝剂吸附在Ca(OH)2 上, 抑制了其继续生长, 在达到一定过饱和度之前, Ca (OH)2 的生长将停止。这个理论重点放在缓凝剂在Ca(OH)2 上的吸附, 而不是在水化产物上吸附。但是研究表明仅仅抑制或改变Ca(OH)2 的生长和状态不足以引起缓凝, 而更重要的是缓凝剂在水化的C2S 上的吸附。同时缓凝剂对水泥中的Al2O3 有一定吸附作用, 选择性地与Al2O3 表面吸附的减水剂进行交换, 被交换下来的减水剂显著提高了溶液中减水剂的浓度, 为C3S,C2S 吸附提供了充足的减水剂, 有效地抑制了坍落度损失。
3.调整混凝土外加剂
适当加大混凝土外加剂的减水率, 并与适量的保水组分配合使用, 在不增加用水量的同时增加了混凝土中的游离水的含量, 可缓解坍落度损失。但此方法易造成混凝土成木增加。通过物理方法把减水剂制造成不同粒径、不同溶解速率的颗粒状物, 掺到新拌混凝土中, 使其在水泥水化体系中形成不同的水化梯度, 随时补充由于C3A, C4AF消耗的减水剂, 使体系中的减水剂始终维持在临界胶束状态, 使坍落度不损失或损失很小。也可在减水剂外表做一层能在碱性溶液中缓慢溶解、溶解速率不同的外壳, 从而控制减水剂在水泥浆体中的浓度, 达到抑制坍损的目的。也可选择适当的含有极性基团的活性成分, 与减水剂发生化学反应, 不断地向水一水泥体系中缓慢释放分散剂, 控制减水剂的溶解速度并保持一定浓度, 使水泥颗粒始终维持一定的动电电位, 从而达到抑制坍损的目的。
4.降低新拌混凝土温度
混凝上的温度越高, 水泥水化速度越快, 水泥颗粒维持一定的动电电位时间越短, 混凝上中游离水变为结合水的比例就越大。所以, 新拌混凝上的温度越高, 坍损越快; 温度越低, 坍损越慢。一般来讲, 温度每上升10℃, 坍落度损失增大10%- 40%。
三、结语
影响混凝上坍落度损失的因素较多, 根本原因是水泥中的不同矿物成分对减水剂吸附性大小不同。C3A, C4AF 含量高的水泥易出现坍损大的问题。后掺法、掺缓凝剂法、降低新拌混凝上温度等方法对控制混凝土坍损效果明显。混凝土坍落度损失是现代商品混凝上所面临的一个非常重要而又实际的问题, 应在实际工作中不断结合生产及材料的具体情况, 总结经验并选择合适的解决措施。
