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外加剂在商品混凝土应用中的问题分析!

发布日期:2019-06-13 作者: 点击:

在我国商品混凝土的应用已基本普及,外加剂的应用也促进加快了混凝土技术的发展,外加剂也解决了混凝土应用中的种种技术难题,如:混凝土长距离、超高度输送,混凝土自密实成型,超大型混凝土结构的裂缝控制。外加剂在超高强、水下不散混凝土都得到了广范应用。

由于我国混凝土材料资源分布不均匀,绿色环保也限制了部分地区砂石骨料资源的缺乏,许多地区不得不改用超细砂、机制砂及非连续级配的骨料,使商品混凝土在使用外加剂后达不到预期技术效果,混凝土质量下降。加之一些混凝土生产企业技术人员对混凝土外加剂的认识存在一定误区,应用不当,使用外加剂后问题频频出现,甚至出现工程事故。

笔者就外加剂在商品混凝土应用中的问题作一简单分析,与有关专家共同商讨。


1、减水剂对商品混凝土收缩开裂的影响

减水剂是一种在混凝土搅拌过程中加入可明显减少或大幅度减少混凝土拌合用水,改善混凝土流动性,并提高混凝土强度的外加剂。实践证明,混凝土中掺入减水剂后,如无需再提高强度,则可大幅度减少水泥用量,并使混凝土密实性得到改善。因此,减水剂是商品混凝土中不可缺少的添加材料。

为了进一步提高商品混凝土的经济效益,混凝土生产企业都喜欢使用具有较高减水性能的减水剂以利于混凝土强度提高或大幅度减少水泥用量,降低生产成本。其实这是一个重大误区。因为减水虽然对提高混凝土抗压强度有利,但过度减水也会给混凝土抗折强度带来不利影响。虽然适量减水有利于降低混凝土收缩率,必须注意的是,混凝土配合比设计时,本已考虑到掺加减水剂的减水功能,一般设计水胶比都较低,如再大幅度减少用水量,反而加大混凝土干燥收缩,加大混凝土收缩率。

商品混凝土在大幅度减少水泥用量时,虽然抗压强度未降低,但抗拉强度随着混凝土中硬化水泥石的体积减少而降低。由于水泥量的减少,混凝土水泥浆层太薄,还会使混凝土产生较多的微裂纹,当然,微裂纹对混凝土抗压强度影响不大,但对混凝土抗拉及其它性能影响都不可低估。胶凝材料的大幅度减少还会影响混凝土的弹性模量及徐变,使混凝土更易开裂。

综上所述,笔者认为,生产商品混凝土时,混凝土减水率及胶凝材料的用量必须全面考虑,绝不可无限制减水或过量减少胶凝材料。


2、引气剂用于商品混凝土的重大技术经济效益

引气剂是一种掺入混凝土中可产生大量微小、细密、稳定气泡的外加剂,掺入后不但可以改善混凝土和易性、可泵性、流动性、粘聚性,更可以提高混凝土的抗冻、抗渗等耐久性能。商品混凝土掺用引气剂更可以防止混凝土中分散的水泥颗粒二次吸附,提高商品混凝土的保坍性能。目前引气剂已是商品混凝土外加剂中不可缺少的组份之一(其它为减水剂、缓凝剂)。在日本及西方国家几乎没有不掺引气剂的混凝土,日本更是将不掺用引气剂的混凝土称为特殊混凝土(如透水混凝土等)。

在我国,虽然引气剂也已经大量应用,但仍有许多混凝土生产企业对引气剂的重大技术经济效益认识不足,只在一些有泵送、抗渗、抗冻等技术要求时才掺用。如广东省某外加剂厂引气剂每月用量达二十多吨,而在西南某地区与其同规模的一家企业,每月掺用量却只几吨,了解其原因,主要是该厂技术人员认为掺用引气剂会降低混凝土强度,这又是另一个误区。

引气会影响混凝土强度那是指在混凝土同水灰条件下的试验结果,当含气量增加 1% 时,混凝土强度会降低 4%~6%,而引气剂的掺入也会使混凝土减水率大大提高。笔者曾测试过掺萘系高效减水剂,混凝土减水率为 15.5% 时增加极少的引气剂后混凝土减水率达到20% 以上,即减水率增大 4.5%,一般情况下混凝土减水率每增大 1%,混凝土强度会增大 2%~4%。因此,只要严控引气剂的掺量,不但混凝土的强度不会降低,反而会提高。对于含气量的控制,国内许多试验表明,低强度等级混凝土控制含气量在 5%,中等强度等级的混凝土控制在 4%~5%,高强度等级的混凝土控制在3%,混凝土强度都不会降低。因为引气剂对于不同水灰比混凝土强度影响都不相同。

考虑到引气剂的减水作用,配制商品混凝土外加剂时,减水剂母液可大幅度减少,经济效益可观。

有关引气剂可防止混凝土中水泥颗粒二次吸附,减少商品混凝土坍落度损失的作用机理,许多文献早有报道,这里不再重复。

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3、商品混凝土掺用缓凝剂不只是为了减少坍落度经时损失

缓凝剂是一种掺入混凝土中能抑制水泥水化,延长拌合物从塑性到坚硬状态过渡期的外加剂,因此用于商品混凝土可以改善混凝土的保坍性,对于商品混凝土是不可缺少的外加剂成份。

其实缓凝剂的作用远远不只是改善商品混凝土的保塑性。

(1)多数缓凝剂都有一定的塑化功能,一些缓凝剂减水作用远超常用的高效减水剂。试验证明,常用的葡萄糖酸钠的减水效果是常用萘系高效减水剂的数倍,但因为缓凝剂的掺量较低,减水功能未能有效体现,但辅助减水这是使用者公认的。笔者常对一些施工人员讲,高温施工时,加大葡萄糖酸钠的用量,施工成本不会增加,因为相应的减水剂用量可大幅度减少。

(2)由于缓凝剂可显著降低大体积混凝土水化热,并推迟放热高峰出现,因此减少了因温差过大造成的结构开裂。

(3)缓凝剂的增强效果目前未被使用者重视。由于缓凝剂的辅助减水作用,加之因延缓水化,后期水化生成物分布更均匀,水化更完全,因此混凝土即使不减水,强度仍会有一定的提高。

我们在多年前曾试验过糖蜜掺入混凝土的增强效果,当混凝土抗压强度为 40.5MPa 时,掺加水泥用量 0.2% 糖蜜缓凝减水剂,减少 6% 拌合用水,强度为46.6MPa(增强 15%),而采用空白混凝土水灰比(不减水)强度也能达到 44MPa,缓凝剂的增强效果显著。

但是商品混凝土施工过量掺用缓凝剂不可取,在混凝土中缓凝剂过量使用,不但会影响混凝土早期强度发展,影响施工进度,由于混凝土长期塑性状态,在大气中风吹日晒,混凝土表面水分大量蒸发,加大了混凝土表面失水,产生较多的微裂缝,随着失水增多,裂缝向深处发展,混凝土孔隙内水的液面下降,产生的负压逐步增大,产生的收缩力使混凝土产生失水收缩。

混凝土长期处于塑性状态更会产生泌水沉降,骨料和胶凝材料之间产生不均匀变形,据测试,长期处于塑性状态的混凝土,塑性收缩可达到 1%,给混凝土质量造成极大的影响。


4、粘度调节剂在商品混凝土中的应用

我国许多地区由于自然资源短缺,混凝土所用的砂石料无法满足需要,只好使用超细砂或机制砂及一些非连续极配的粗骨料,这些替代骨料的应用所配制的商品混凝土极易产生泌水、分层离析。而采用常用的增稠材料,如纤维素醚等,虽然能减少混凝土泌水,对混凝土的流动性也可能造成不利影响。

近年来,一种新型混凝土粘度调节剂有效解决了上述问题。该产品的主要化学成份为水溶性高分子聚合物,该产品和商品混凝土外加剂合用,掺用量极少,每吨外加剂只需掺用几公斤且价格低廉,和外加剂复配使用后,可使混凝土的流动性和抗离析间有一个好的平衡,在抑制混凝土泌水分层的同时,混凝土或砂浆流动性不但不因粘性提高而降低,反而有一定增加,混凝土强度也有一定增大,彻底解决了商品混凝土采用替代砂石料而产生的产品性能下降的难题。此外,该产品的使用对提高混凝土抗压、抗裂性能也十分有利。


5、高含泥率砂石料对商品混凝土性能的影响及解决措施

砂石料有一些含泥量这是很正常的现象,对混凝土性能也不会有大的影响。但过高的含泥率却会严重影响混凝土的流动性、保塑性及耐久性,混凝土强度也会降低。一些地区使用的砂石料含泥率高达 7% 甚至 10%以上,掺入外加剂后混凝土无法达到应有的性能,混凝土甚至没有流动性,即使还有一点流动性也会在短时间内消失。产生上述现象的主要机理是砂石中的泥土有极高的吸附性,外加剂掺入后会大部分被泥土吸附,剩下的外加剂不足以对水泥颗粒起到吸附分散作用。目前聚羧酸外加剂已大量应用,该产品由于掺量较少,因此用于高含泥砂石料配制混凝土时上述现象更严重。目前国内都在对解决混凝土抗泥措施进行深入研究,解决途径主要有:

(1)增大外加剂的掺用量,此法虽然效果明显,但由于混凝土中外加剂掺用量需增加一倍或更多,混凝土制造成本增大。生产企业很难接受。

(2)对所使用的外加剂进行化学改性,改变外加剂分子结构。对此相关报道不少,但笔者了解到,这些新研制的抗泥型外加剂仍存在对不同泥土的适应性。

(3)研制新型抗泥功能外加剂同常用外加剂复配使用。我们在重庆和北京见过一种进口抗泥剂,该产品掺量极大,且价格较高,一般商品混凝土企业同样难以接受,此外该产品也同样存在对不同泥土的适应性问题。


笔者认为下述抗泥措施可供研究参考:

(1)在常用外加剂中同掺有一定分散力且价格低廉的材料,增大可被泥土吸附成份,有一定效果,这也就是增加低廉外加剂成份牺牲其增加功能。

(2)在外加剂中掺入一定数量的水溶性低分子聚合物有一定效果。

(3)用一些易产生泌水的分散剂、缓凝剂与减水剂复配使用。

上述措施笔者也多次试验,都有一定的效果。

综上所述,外加剂在商品混凝土中应用既简易又复杂,如果正确应用技术经济效益显著,而应用不当过量使用,不但达不到使用效果,反而会增大使用成本,还会出现工程事故。

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