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商品混凝土應用外加劑中的認識誤區
发布者:管理员   |   发布时间:2018-12-27   |   所属分类:常見問題   |   阅读次数:1328

  【摘 要】外加剂的应用促进了商品混凝土的的飞跃发展,取得了十分可观的技术经济及社会效益。但由于一些混凝土施工技术人员对外加剂的应用技术掌握不多,在实际施工应用中还存在较多的认识误区,影响了外加剂在商品混凝土施工中的应用效果,因外加剂的使用不当带来的工程事故也时有发生。

  【關鍵詞】減水;緩凝;引氣;收縮;膨脹

  商品混凝土施工離不開混凝土外加劑,目前外加劑已成爲混凝土施工中不可缺少的第五種主要組份。據不完全統計,目前商品混凝土中外加劑的年用量已到數百萬噸。每年節約水泥達數千萬噸。社會效益更是不可低估。

  雖然應用外加劑的技術經濟效益不可低估,但由于一些施工技術人員對外加劑的應用技術掌握不夠,並非都能取得較好的技術效果,在混凝土施工中,因外加劑應用不當造成的工程事故也時有發生。本文就商品混凝土施工中對外加劑應用中存在的一些認識誤區作一簡單分析。

  1 关于减水率的认识误区

  減水劑是一種在混凝土攪拌前或攪拌過程中加入,能減少或大幅度減少混凝土拌合用水的外加劑。混凝土中摻入減水劑後可有效改善混凝土和易性、流動性,混凝土結構改善,強度提高,在保持混凝土強度不變時也可節約大量水泥。因此,減水劑也成爲配制商品混凝土不可缺少的外加劑。

  看到減水劑能提高強度,並大量節約水泥的重大作用,施工人員誤認爲配制商品混凝土使用減水劑時,減水率越高越好,甚至在配制低標號混凝土時也要求較高的減水率。通常情況下,隨著減水率的提高,混凝土強度也會越來越高。對于水膠比較高的混凝土,用水量的減少混凝土的幹燥收縮也會降低,對提高混凝土強度,減少混凝土收縮開裂當然十分有利。但目前混凝土施工普遍設計水膠比都比較低,由于自收縮已不容忽視,如果再大幅度減少用水量,會加大混凝土內部幹燥收縮,從而加大了混凝土自收縮,加之商品混凝土配制一般都同摻緩凝劑,由于水化較慢,混凝土較長時間不凝,混凝土表面失水嚴重,更加大了混凝土收縮開裂的風險。當然,有些人會說,我們可通過澆水養護來防止混凝土幹燥收縮,但極低的水膠比混凝土都較密實,所澆水很少能滲透到混凝土內部,也很難達到補充缺水的目的。

  筆者曾測試過三種常用減水劑——糖蜜、木鈣、萘系減水劑的最高減水率,分別爲6%、8%、20%。萘系高效減水劑最高,但摻入上述減水劑後混凝土收縮值卻是萘系産品最大。而低減水率的糖蜜卻最低。

  通過減水提高強度來減少水泥用量這是普遍的習慣。但如果大幅度減少水泥用量,水泥漿過少,由于水泥漿層太薄,更易産生微裂縫,混凝土極限延伸率減小,混凝土抗拉強度下降,過量減少膠凝材料用量還會提高混凝土彈性模量,在相同幹縮變形及溫度變形時,變形應力增大,混凝土易産生開裂。

  一些高減水率的減水劑品種,保水性較差,如果過量減水增大這些減水劑的用量,混凝土易産生泌水離析,影響了混凝土勻質性,並給混凝土質量帶來不利影響。

  筆者調查發現,目前商品混凝土早期開裂較多,其中70%以上都發生在采用較高減水率外加劑的混凝土中。不難看出,采用高減水大量節約水泥既不科學,也不經濟。過分強調減水率是對減水劑認識的一大誤區。

  2 解决商品混凝土坍落度损失的唯一途径是增加缓凝剂的用量

  商品混凝土加水攪拌後,隨著時間的延長,坍落度也會慢慢減小,這是商品混凝土施工中的正常現象,但是對于在短期內坍落度迅速損失則會使混凝土無法澆注施工。爲解決商品混凝土坍損,通常在外加劑配制過程中都會適量加入緩凝劑,這就給施工人員誤認爲,增加緩凝劑用量是解決商品混凝土坍落度損失的唯一途徑。

  混凝土坍落度損失是多種因素造成的,最大的影響因素當然是水泥水化加速,但也不可忽視水泥的二次吸附的影響。水泥水化加速除水泥細度外,水泥中調凝劑用量,水泥中鋁酸三鈣的含量,施工溫度都會影響水泥的水化速度。摻用緩凝劑當然可以抑制水泥水化,但由于水泥品種不同,水泥中礦化成份差別較大,並非只要是緩凝劑都能抑制這些礦化成份的水化。如一些缺硫缺堿水泥,緩凝劑的加入卻會加速水泥水化,加大坍落度損失。摻入硫酸鹽早強劑補充水泥中三氧化硫不足卻能抑制水化速度,減小坍落度損失。糖類緩凝劑用于C3A含量高的水泥沒有緩凝保坍效果,用于高堿水泥還會加速水泥水化甚至使混凝土産生速凝。

  水泥混凝土摻入減水劑後,由于減水劑的吸附分散作用,水泥粒子是分散的,大量遊離水的存在使混凝土流動性改善,混凝土具有較大的坍落度。由于水泥活性及其它影響因素,一定時間後水泥粒子又會重新吸附在一塊並包裹了大量遊離水,促使混凝土坍落度損失加大。解決上述現象增加緩凝劑用量根本無效。而同摻少量引氣劑,細密的氣泡能有效地隔離水泥粒子,使之無法相互吸附,可以減小坍落度損失。

  即便采用了適用的緩凝劑,用量也不宜無限增大。緩凝劑的大量摻用,不但增加了施工成本,更會影響混凝土早期強度並影響施工進度。過量摻入緩凝劑,混凝土長時間處于塑性狀態,骨料下沈塑性收縮增大,混凝土水份大量蒸發,在水泥水化前失水太多還會使混凝土出現粉化現象,強度下降。

  不難看出,解決商品混凝土坍落度損失問題,應找出造成坍落度損失的主要影響因素。采取適當的保坍措施,而並非任意加大緩凝劑的摻用量就能解決。

  3 掺用引气剂会降低混凝土强度

  商品混凝土摻用引氣劑可以有效地改善混凝土的和易性、流動性、可泵性、保水性,更重要的是混凝土中摻入了引氣劑後可以有效地提高混凝土抗凍、抗滲等耐久性能。研究還表明,商品混凝土中摻用引氣劑還可以防止混凝土中水泥粒子的二次吸附,減小坍落度損失。目前日本等國家在混凝土施工中已經幾乎沒有不摻引氣劑的混凝土。而將不摻引氣劑的混凝土稱爲特殊混凝土。

  目前我國許多混凝土施工企業還未摻用引氣劑,主要是施工人員認爲混凝土中摻用引氣劑會降低強度,這是對引氣劑認識的又一誤區。“混凝土中含氣量增加百分之一會使強度降低百分之三到五”是他們的理論依據。不錯,混凝土含氣量增加強度當然會降低,但那只是在水膠比相同的前題下的測試結果。常用引氣劑都有一定的減水功能,在常用摻量時引氣劑的減水率都在6%以上,減水效果也會使混凝土強度得以提高。試驗表明,用水量減少1%也會使混凝土強度提高2-4%,這是完全可以彌補因含氣量增加對強度影響。試驗表明,含氣量對強度的影響還與氣泡結構有關。較細密均勻的氣泡對強度影響小,甚至沒有影響,而較大的氣泡才對混凝土強度産生影響。引氣劑對強度的影響還與混凝土設計標號及用水量有關。在正常情況下,低標號水膠比較高的混凝土含氣量即便增加5%也不會影響到強度,而高強低水膠比混凝土含氣量控制在3%左右也不會影響強度。

  也有人認爲商品混凝土摻用引氣劑會增加施工成本,那更是片面看法。考慮到引氣劑的減水作用,每摻用一公斤引氣劑,在保證一定減水率的前題下,可少用減水劑十多公斤,應用成本不但不會增加還會有所降低。事實證明,商品混凝土施工中摻用引氣劑技術經濟效益都十分明顯。

  4 商品混凝土冬季施工掺入降低冰点的防冻剂就可以防止混凝土冻害

  冬季混凝土施工時,爲保證施工質量,防止凍害,一般都須摻入一定量的防凍劑。而防凍劑的主要組份少不了能降低冰點的成份。爲此,許多施工者誤認爲冬季施工時只需摻入有一定降低冰點功能成份的化合物即可防止凍害,這是對防凍機理的誤解。

  雖然混凝土中水的凍點降低,凍害會減少,但是在負溫下混凝土中水泥水化停止,水化水雖未結冰,但混凝土也會長期無法形成一定的強度。不但無法進行混凝土連續施工,一段時期後仍會給混凝土形成凍害。試驗表明,提高混凝土臨界強度,大幅度減少容易産生結冰凍害的用水量並增加能緩解混凝土冰凍膨脹應力的組份,即同摻減水劑早強促凝劑及引氣劑,結合降低冰點是最好的防凍措施。而單一依靠降低冰點無法保證混凝土的凍害防止。

  目前國産防凍劑采用的降低冰點的主要成份多爲亞硝酸鈉及一些鈉鹽鉀鹽。這些産品在-15℃施工時摻用量一般爲水泥用量的10%以上,當混凝土集料中活性集料較多時,它們所帶入的堿金屬離子易與集料中活性成份反應,産生體積膨脹,更由于堿含量的增加使混凝土幹縮變形增大産生微裂縫風險,影響了混凝土的耐久性。

  而采用上述複配組份的防凍劑,降低冰點的材料用量可減少40%~50%即可達到防凍目的。給混凝土帶來的堿含量也會大幅度減少,各種負作用減少。

  5 商品混凝土是否可以掺用膨胀剂

  膨脹劑是一種摻入混凝土中能在限制條件下産生體積膨脹從而補償混凝土各種收縮,改善混凝土密實性,提高混凝土抗裂、抗滲性能的外加劑。長期以來筆者所見應用于該産品的成功實例不少。但近期以來,應用該産品後出現工程事故卻越來越多,使許多工程人員對膨脹劑的應用效果産生懷疑,甚至産生了“混凝土不用膨脹劑不開裂,越用越開裂”的看法。上述觀念還出現在一些專家學者的論述中。是否在商品混凝土中不能摻用膨脹劑,筆者通過事故分析認爲,商品混凝土中可無條件使用或完全不能摻用的說法都較爲片面。

  首先是膨脹劑的應用範圍,通過該産品的作用機理分析,在高強度及其它水膠比較低的混凝土中筆者認爲不宜摻用。這是因爲混凝土較低的用水量不能保證有足夠的水使其有效地産生體積膨脹。即使加強澆水養護,由于低水膠比混凝土較爲密實,抗滲性高,只能有少量水被混凝土滲入,仍無法滿足膨脹對水的需求。其次,由于膨脹劑的較高吸水作用,使混凝土內的水泥粒子因缺水不能充分水化,影響了混凝土強度。

  我國膨脹劑品種較多,這些産品的吸水膨脹期差別較大,摻入混凝土中如水泥凝結時間較晚而所采用的膨脹劑吸水膨脹時間卻過快,使膨脹劑形成無效膨脹,這些膨脹劑對混凝土只起到摻合料的作用。膨脹劑的水化吸水膨脹需要補充大量的水,加強澆水養護是膨脹劑能充分發揮膨脹的首要條件。根據有關規範,摻膨脹劑的混凝土澆水養護期需要14天以上,而實際施工中80%以上的混凝土施工都不能保證這麽長時間澆水養護,影響了使用效果。

  必須指出的是摻膨脹劑的混凝土與普通混凝土一樣,在幹燥的條件下都會産生自身體積的收縮。如果恢複到潮濕環境下,膨脹劑仍會重新恢複膨脹。而這些收縮也能使混凝土産生部分裂紋,恢複膨脹裂紋也會重新閉合。這就是該産品的自愈作用。因此,對于摻入膨脹劑後進入幹燥期産生少量裂紋完全與産品質量無關,也不會影響混凝土性能。

  在商品混凝土中,C40或C40以下普通混凝土、防水混凝土、水工大體積混凝土中完全適用膨脹劑,而C40以上混凝土筆者認爲不宜摻用膨脹劑。在商品混凝土中摻用膨脹劑必須充分了解産品性能,采用適當摻量,更要加強澆水養護,完全可以達到一定的技術效果。

  6 配制高强高性能商品混凝土只有采用聚羧酸高性能减水剂

  隨著建築混凝土技術的發展,高強高性能混凝土用量越來越大,而配制高性能商品混凝土必須采用高性能混凝土外加劑。此類外加劑的特點是高減水率,高耐久性,低收縮,高保坍功能。目前我國使用最多的是聚羧酸高性能減水劑。

  是否配制高強高性能混凝土只能采用聚羧酸高效減水劑?這是施工施工人員爭執較多的問題。

  聚羧酸高性能減水劑最初被稱爲“丙烯酸類高效減水劑”,因爲它的化學組成中大量使用了丙烯酸或有相似的結構,現因該産品的主導官能團含有羧基(雖然也含有磺酸基)根據化合物命名只選擇一種主導官能團作爲系列名稱的原則,故定名爲聚羧酸高性能減水劑。

  該産品的合成設計性強,可根據功能要求及原料情況進行合成工藝調整,因此目前産品的合成工藝較多,目前筆者見過十多種聚羧酸産品的合成工藝。這些産品性能差別較大,工程施工難以掌握。聚羧酸産品對水膠比的敏感性較大,極低的用水差距就可使混凝土産生泌水或流動性降低,對混凝土骨料中的含泥率也很敏感。較高的含泥量就需大量增加外加劑摻用量。該産品與其它外加劑的相容性不好,很難通過複配其它外加劑來改善混凝土某一性能,對水泥也與其它外加劑一樣,同樣存在適應性問題。該産品用于低標號商品混凝土的技術效果甚至不如其它高效減水劑,只有用于高強低水膠比混凝土時才能充分發揮其功能。而我國較低標號混凝土占商品混凝土量的70%以上,這大大影響了該産品的廣泛應用。

  爲達到混凝土高性能的目的,是否一定要采用聚羧酸類高性能減水劑,筆者及許多施工實踐證明是否定的。

  我們曾用氨基磺鹽高效減水劑與適當引氣劑、緩凝劑、減縮劑進行複配,所複配産品同樣可以達到高性能減水劑所要求的高減水高耐久性高保坍性的要求。其中對水泥的適應性及收縮率還好于聚羧酸高性能減水劑,與其它外加劑的相容性也好,應用成本也不高,用于低標號混凝土中成本還低于聚羧酸産品。而上述聚羧酸産品應用中的其它副作用在采用該産品時也能明顯降低。據了解,上海北京廣東許多外加劑生産企業,都在研制替代聚羧酸高性能減水劑的新品種。

  7 减水剂应用中的其它误区

  在商品混凝土施工中還存在一些其它認識誤區。

  (1)萘系減水劑高濃性産品好于低濃性産品,這是很不正確的。兩種産品的區別只是産品中硫酸鈉含量,一般高濃産品硫酸鈉含量爲3%~5%,而低濃型産品硫酸鈉含量爲18%~20%,表面看,高濃産品,萘磺酸甲醛縮合物有效含量高于低濃産品,但是由于水泥中C3A對減水劑的吸附量較大,高濃産品中被C3A吸附量也大,余下部份才能對水泥中含量最大礦化成份C3S等起分散作用,而低濃産品中的硫酸鹽會被C3A優先大量吸附,余下的有效成份對水泥中其它礦化成份的分散作用仍可與高濃産品相近。廈門某港口工程在高標號混凝土中摻用萘系減水劑時發現,在高強混凝土中摻用萘系高效減水劑的綜合技術效果,低濃産品高于高濃産品。

  (2)一些高效減水劑存在泌水或色觀問題,認爲不適合在商品混凝土中使用。這主要指脂肪族類高效減水劑,由于該産品減水率高且缺少保水成份,可能影響混凝土的保水性,使混凝土産生泌水離析,但通過同摻一定的引氣劑或一些具有保水功能的成份完全可以避免。該産品由于在堿性條件下合成,産品多顯紅色或深紅色,加入混凝土中如産生泌水,混凝土表面會出現一層黃色水液,這更不存在問題,一次澆水養護後,就會沒有黃色水液滲出,不會影響到混凝土的外觀。

  (3)蒽系減水劑減水率低,不宜作爲高效減水劑在商品混凝土中使用。蒽系高效減水劑是三十年前開始投入市場的高效減水劑産品。它由蒽油或粗蒽經磺化縮合而成。該産品因其價格低廉,減水效果與萘系産品相近而在國內廣泛使用。但進入本世紀後,應用單位卻越來越減少,是否該産品的性能已不能滿足市場需求或是産品性能下降了?回答是否定的。

  蒽系高效減水劑最大的特點是保水增稠性好,早強效果也高于萘系高效減水劑。但近十年來由于我國水泥産品標准的改變,比表面積普遍較大,配制的混凝土較粘稠,而蒽系産品也有較高的增稠作用,加之目前我國生産的商品混凝土普遍水膠比較低,影響了混凝土的流動性。經測試,水泥淨漿流動度與萘系高效減水劑差別更大。所以混凝土減水率也遠遠低于萘系産品。筆者有一份二十多年前的檢測資料,對比了兩者産品的最高減水率(産品同爲江都減水劑廠合成),萘系低濃高效減水劑減水率爲18%~20%,而蒽系産品減水率也能達到17%~18%(摻量同爲水泥用量的0.7%),相差只有2%左右,而近期筆者仍用江都廠産品同摻量作對比,萘系産品減水率平均爲18%,而蒽系只有13%~14%,兩者相差4%。

  有趣的是,我們在配制C30低標號混凝土時發現,由于設計配合比中水灰比較高,蒽系産品與萘系産品的減水效果相近,差別也不足2%。筆者認爲,在低標號高水膠比混凝土中,蒽系完全可以替代萘系産品,更會改善低標號混凝土的保水性,早強性能也可能更好。同濟大學曾經試驗將蒽系産品用于高堿缺硫水泥中,應用效果還優于多種高效減水劑。

  上述在商品混凝土應用中存在的誤區,是筆者在與一些外加劑生産企業、施工單位及商品混凝土攪拌站技術協作時發現,資料可能不太完善。混凝土外加劑的應用技術極爲複雜,只有通過大量試驗及施工實踐才能正確掌握,使商品混凝土施工達到最佳技術經濟效益。

  [參考文獻]

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  [2] 尤启俊,仲以林,孙以浩.常用高效减水剂的性能比较[J].商品混凝土,2009(5):24-26


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