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关于“使用聚羧酸减水剂混凝土坍落度瞬间损失”问题讨论

浏览 91 次 来源:砼行之声 发布日期:2019-12-12 09:26:45

聚羧酸减水剂在混凝土中的应用越来越广泛,但是由于目前国内各地区原材料品种错综复杂,在聚羧酸减水剂的实际应用中存在坍落度损失、泌水等诸多问题。笔者在多年混凝土企业技术管理及外加剂复配应用技术服务实践中发现,许多商品混凝土公司技术部门对聚羧酸减水剂的作用机理及特点不够了解,以致不知道如何进行进厂检测以及正确合理使用。聚羧酸减水剂是由含有羧基的不饱和单体共聚而成,使混凝土在减水、保坍、增强、收缩及环保方面具有良好性能的减水剂。聚羧酸减水剂属于表面活性剂,表面活性剂分子由亲水基团和憎水基团二部分组成,加入水中后亲水基团指向溶液,憎水基团指向空气、固体或非极性液体并作定向排列,形成定向吸附膜而降低水的表面张力和二相间的界面张力。它的基本作用机理是,当水泥浆体中加入减水剂后,减水剂分子中的憎水基团定向吸附于水泥质点表面,降低表面能。亲水基团指向水溶液,在水泥颗粒表面形成单分子或多分子吸附膜,使水泥颗粒表面带上相同的电荷,表现出斥力,吸附在水泥颗粒表面的减水剂分子之间的空间位阻斥力使水泥颗粒分散,破坏了水泥絮凝结构,释放出大量游离水,增大了混凝土拌合物的流动性。


聚羧酸减水剂对水泥碱含量较敏感,水泥与聚羧酸减水剂相容性从流变性的角度考虑,水泥存在一个最佳的可溶碱含量。过低或过高时,对减水剂与水泥的相容性都带来不利影响。有些水泥厂家为了满足低碱水泥的指标要求,水泥中的可溶性碱含量达不到其最佳值,这样不仅当减水剂掺量不足时会使坍落度有较大损失,而当掺量稍高于饱和点时,还会出现严重的离析与泌水;水泥中碱含量高,会使凝结时间缩短,早期强度提高。


水泥中石膏的存在形态、水灰比、温度等因素的综合作用影响其溶解度,C3A 和石膏反应时生成的钙矾石较少,不能有效控制 C3A 的水化速度,使凝结时间加快,混凝土坍落度损失变快。


减水剂与水泥适应性取决于水泥可溶性碱、细度、C3A 含量和石膏类型,减水剂在水泥颗粒上的吸附率和水泥水化速率均受这些参数影响。


如遇到水泥净浆流动性好,但混凝土坍落度大情况,可能由于混凝土配合比变化,如水灰比、用水量变小,使可溶性 SO3 总量减少,导致混凝土坍落度损失快。另外,减水剂掺量过小,使其不能持续发挥作用,必然导致坍落度损失过快。


目前,许多商品混凝土公司技术部门对外加剂的进厂检测多采用固含量、密度、净浆流动度等技术指标检测,很少进行混凝土试验。


笔者经过多年来在混凝土企业和外加剂公司的工作经验,建议商品混凝土技术人员在使用外加剂时,首先根据搅拌站原材料和配合比情况,确定合理的外加剂技术指标并制定适用的检测指标及方法。然后,从采购环节遴选外加剂供应商,综合考虑厂家生产规模、运输能力、质量稳定性、技术服务能力、价格等因素,但不能把价格作为筛选的唯一指标。最后,在减水剂进厂时要严格把关。有些搅拌站技术人员对聚羧酸减水剂的收样检测办法比较迷惑。经过大量实践经验,笔者建议搅拌站技术人员把外加剂进厂必测项目定为:密度、混凝土减水率或胶砂减水率,也可用常用配合比如 C30 的实际使用配合比验证。参考指标项目定为:水泥净浆流动度和固含量、pH 值等。


 

 

加聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度很大,而混凝土扩展度很小;或者出机坍落度很大,但损失很快。一般来说,水泥和减水剂的相容性不好,问题出在如下两方面:


一是混凝土中减水剂的掺量不足,或者说低于饱和点掺量,导致减水剂没能充分发挥出减水、保坍性能。在做水泥净浆流动度试验时,除了要检测初始净浆流动度,还要检测半小时或 1 小时的净浆流动度经时损失。宜选择净浆流动度基本上不再随着减水剂掺量的增加而明显增长,且经时损失最小时所对应的减水剂掺量为饱和点掺量,用以指导在混凝土中的掺量。





对于Ⅰ、Ⅱ和 Ⅳ 三种减水剂来说,单纯就初始净浆流动度而言,饱和点掺量为 0.5%。但从 1 小时净浆流动度经时损失来看,Ⅰ、Ⅱ减水剂饱和点掺量宜取 0.7%。而 Ⅳ 减水剂在 0.7% 掺量下的经时损失仍然较大。如果用 Ⅳ 减水剂在掺量为 0.5% 时拌制混凝土,虽然水泥净浆流动度很大,混凝土出机坍落度可能很大,但损失一定会很快。


二是如果不存在上述第一个问题的情况下,混凝土工作性能不好,那说明问题出在其它原材料质量指标或配合比参数上。如骨料含泥量及泥块含量或砂细度模数、矿物掺合料的需水性或与减水剂的相容性、胶凝材料用量、砂率、用水量等等。在这些指标或参数里,对加聚羧酸减水剂的混凝土工作性能影响最大、最常见的指标就是砂子的含泥量及泥块含量。聚羧酸减水剂对泥非常敏感,砂含泥量不宜大于 2%,否则混凝土工作性能很难满足要求。


砂含泥量对混凝土坍落度或减水剂掺量的影响试配(来自笔者在国外的实际工程数据),砂含泥量从 1.5% 增加到 3.5%,混凝土出机坍落度从 195mm 降低到 100mm,已无扩展度。而砂含泥量从 1.5% 降低到 1%,混凝土工作性能在基本保持不变的情况下,减水剂掺量可从 1.9% 降低到 1.4%,其影响之大可见一斑。目前国内很多地方的洁净优质天然砂资源基本枯竭,砂子的含泥量及泥块含量普遍超标,这是影响聚羧酸减水剂推广应用的最大障碍。




减水剂的检测指标非常多,分为受检混凝土性能指标和匀质性指标两大类。受检混凝土性能指标是在标准规定试验条件下(原材料质量和配合比参数都要满足标准要求),以受检混凝土和基准混凝土性能的比值或差值表示,是用来评定不同外加剂质量的。匀质性指标是指外加剂本身的性能,是用来判定或控制产品质量稳定性的。


在实际生产过程中,由于生产条件与标准规定试验条件差异巨大,因此从使用角度来说,个人认为只需每批次检测匀质性指标,没必要按标准要求检测受检混凝土性能指标,其指标可参考出厂检测报告或型式检验报告,并按生产条件在混凝土实际配比试配时检测或验证,根据实际情况调整外加剂掺量。


对于匀质性指标,最重要的是含固量和净浆流动度,并应找到饱和点掺量。正如前面所言,在实际工程应用中,净浆流动度大并不代表混凝土坍落度也大。但这至少说明,造成坍落度异常的主要原因不是水泥与外加剂的问题,应及时从其它原材料质量指标以及配合比参数等方面排查。另外外加剂应用时,其掺量不宜低于饱和点掺量,以充分发挥外加剂的减水及保坍效能,可以最大限度地减少胶凝材料的用量,降低混凝土成本。由于骨料含泥等吸附作用,其在混凝土中的实际掺量也不宜低于饱和点掺量。



 

近期我搅拌站分公司承接本建筑总公司的一项水工混凝土工程,工程情况如下:混凝土强度等级为 C25W4F150 的水工混凝土,方量为 2000m3 、分段分次进行混凝土的浇筑,采用搅拌运输车运输,运距为 50km(路上基本情况较为畅通,但需要经过集市),全部采用汽车泵泵送。


根据以上工程情况,需要长距离运输混凝土,途中还会遇到一些其他耽误运输时间的情况,这就要求混凝土必须要经过很长时间的运输,再加上工地上也可能会遇到一些意外的耽误混凝土浇筑的时间,累加起来说明混凝土必须要求有很长的初凝时间或者是混凝土的坍落度损失不能过大,根据现有的搅拌站泵送剂(萘系)从坍落度损失来看是不能满足要求的。再看该工程抗冻融循环为 150 次,这就要求在泵送剂的基础上需要再引入一部分引气剂来满足工程的要求,另外还要求抗渗等级为 W4。结合以上几点情况,如果采用现有的泵送剂(萘系)需要做一系列的调整,甚至来说可能也会面临不能满足实际的需求和成本上的压力,鉴于此,搅拌站决定采用第三代新型减水剂——聚羧酸高性能减水剂。


1 实验情况

实验 1:由于聚羧酸外加剂对砂石料的含泥量要求非常严格,我搅拌站严格控制骨料的总含泥量<2%(本地良好的材料),其它材料也严格控制。首先搅拌站根据外加剂厂家的聚羧酸性价比的要求下,配制掺量为 1.8%~2%,减水率为 24% 以上的。我搅拌站技术人员首先做了外加剂与水泥的适应性试验,净浆流动度为 240~260mm,1h 为 250~260mm。从基本试验来看基本满足适应性要求。但这只是一个基本的实验,只能反映外加剂与水泥的部分情况,不能反映混凝土拌合物的性能情况,还需要严格按照实验要求进行聚羧酸混凝土的试配。只有通过试配才能直观地反响混凝土的和易性和混凝土后期的力学性能。通过实验发现,混凝土的初始和易性令人非常满意,混凝土出机的状态满足要求,但经过 5~30s 的人工拌合后发现混凝土突然就失去流动性,混凝土表面慢慢发干,15min 后混凝土一片散渣。根据以上实验情况,重复实验一次,发现两次实验结果基本一致:出机坍落度很好,但是短短的数秒时间内坍落度损失较大,以至于 15min 左右混凝土基本从大流动混凝土直接变化到干硬性混凝土了。使用该混凝土制作试块发现经过人工捣棒振捣,稀浆全部流走,致使试块表面无法抹平。至此说明该混凝土与外加剂不适应。


实验 2:经与外加剂厂协调,由外加剂厂家技术人员带了一部分葡萄糖酸钠进行调整实验,掺加 7% 左右的葡萄糖酸钠实验,发现混凝土出机坍落度及 1 小时的坍落度基本没有大的变化,满足实验要求,但是混凝土会有少量泌浆(浆体从骨料从流出),即保水性差一些。又经过几次实验,包括小料葡萄糖酸钠会对这方面造成一定影响和对凝结时间也会造成一定影响,经过几次实验决定掺加 5% 左右的葡萄糖酸钠,但是还是有少部分泌水。后期的混凝土试块压力实验也基本满足要求。由于工程急需供应混凝土,为此我搅拌站决定使用稍微有些泌浆的聚羧酸外加剂投入使用。


2 实际工程情况

根据实验数据和对聚羧酸性能的掌握,应对搅拌站操作全体人员进行了技术交底。开始投入生产时,发现混凝土运送到工地坍落度一点也不损失,和易性非常好。过程中有两辆车出现问题,混凝土足足等候 4 个小时,坍落度还是非常好。这种实际生产基本和实验一致,满足了混凝土长距离运送混凝土,在时间上满足了施工的要求,但是发现浇筑到大坝底板的混凝土经过振捣出现大量的泌浆现象,甚至汽车泵泵送到底板混凝土流动的过程中就会出现泌浆,经过估算混凝土浇筑 30min 后就会出现凝固。给后期的混凝土施工造成了一定麻烦。最后经过后期的观察,混凝土外观基本满足要求,强度回弹也基本满足要求。


3 结论

通过以上实验和工程实际的应用我们不难发现聚羧酸外加剂的实验不能完全采用原来的一些实验方法来进行,有的时候甚至根本就不能反映外加剂与水泥的关系。但是作为实验人员,笔者认为实验工作不仅要对一些原材料做一些基本的实验外,最终的实验目的就是混凝土本身。无论检查哪种材料,但是最终的胶合材料还是混凝土本身,这才是作为混凝土搅拌站实验的最终宗旨。保证生产就是保证混凝土本身的状态。经过实验发现聚羧酸确实有自己的一些特点,比如说搅拌的滞后性,材料的敏感性等应该纳入一些国家规范中,这样才能更好地指导混凝土的实验生产工作。