商品混凝土及泵送劑技術要點

　　商品混凝土一般為流態(tài)且可泵送的混凝土。混凝土的流變性能一般以工作度來綜合評判，工作度是混凝土拌和物的粘性，流動性和穩(wěn)定性的綜合表現(xiàn)。在現(xiàn)場和實驗室中常以坍落度和擴展度的大小表示，并考察是否離析或泌水等。本文著重探討影響混凝土工作度和坍落度經(jīng)時損失的各種因素及控制方法。

　　1　商品混凝土的配制及常見問題

　　攪拌站作為商品混凝土的生產(chǎn)者，一般要求所生產(chǎn)的混凝土坍落度大，工作性能和泵送性能良好，而且混凝土的坍落度經(jīng)時損失小，同時具備良好的初期強度和后期強度。以期達到改善混凝土的施工性能和質(zhì)量、加快施工速度、節(jié)省能耗、經(jīng)濟等的使用目的。

　　1.1　商品混凝土的配制技術

　　商品混凝土的配制技術關鍵是在用水量基本不變的情況下，摻加混凝土外加劑等使新拌混凝土獲得大的流動性，以滿足施工工藝的要求。

　　1.1.1　原材料的選用

　　根據(jù)所配制混凝土的要求選擇合適的水泥、砂、石等原材料。其中水泥宜選用SO3和C3A配合合理、含堿量低的水泥。石子的粒徑和種類根據(jù)配制混凝土的強度等級、泵管尺寸等選用。砂子的選用對商品混凝土的工作性能影響較大，當配制混凝土強度等級較低，石子級配或粒型不理想時宜適當調(diào)高砂率，增大砂子用量，防止離析和泌水，改善混凝土的粘聚性，保持良好的泵送性能。適宜的摻合料，在配制高強混凝土和低強混凝土時尤為有效。可大大改善混凝土的工作性能，而且比較經(jīng)濟。

　　1.1.2　配合比設計及調(diào)整

　　適宜的配合比是商品混凝土獲得良好性能和經(jīng)濟性的重要手段。根據(jù)強度和施工要求、原材料情況，選用適當?shù)乃嗥贩N和用量、砂率、用水量以及合適的外加劑和摻合料，經(jīng)試拌后進行相應的調(diào)整，可獲得工作性能優(yōu)良、強度及耐久性良好的混凝土。

　　1.1.3　外加劑的選用原則

　　外加劑作為混凝土的第5種組分，已是商品混凝土中不可缺少的一部分。選用商品混凝土外加劑以其減水率、保水性和保塑性為主要指標。在不增加用水量的前提下，使商品混凝土具有大坍落度、不離析、不泌水，坍落度經(jīng)時損失小等性能的外加劑是優(yōu)選產(chǎn)品。

　　1.2　商品混凝土常見問題

　　商品混凝土生產(chǎn)及施工中常遇到的問題主要有：

　　(1)離析、泌水，工作性不好。

　　(2)異常凝結，水泥與外加劑適應性不良。

　　(3)混凝土坍落度損失大，不能滿足攪拌站及泵送需要。

　　(4)泵壓過高或堵塞泵管。

　　(5)早期強度過低或后期強度不足。

　　這些問題無疑是混凝土工作性能不良和選材問題的綜合表現(xiàn)，尤其是坍落度損失問題更為常見。解決這些問題，除了控制好原材料質(zhì)量、調(diào)整好配合比外，外加劑和摻合料是主要原因。[Page]

　　2　工作度、坍落度經(jīng)時變化及其影響因素

　　目前，反映流態(tài)混凝土工作性能的具體指標大多以坍落度大小來表示，現(xiàn)實工作中，除了考察坍落度大小外，還應考察混凝土的擴展度，即混凝土的流動性能，這樣才能更好、更全面地反映混凝土的流變性能。在生產(chǎn)及實驗室測試時，工作度應包含坍落度和擴展度兩個主要指標。

　　影響混凝土工作度和坍落度經(jīng)時變化的主要因素有以下幾個方面：

　　(1)原材料,(2)混凝土的配合比,(3)溫度(4)外加劑的摻量和摻入時間(5)攪拌工藝制度(6)摻合料等其它方面

　　2.1　不同水泥品種和用量的影響

　　不同水泥品種因其礦物成分含量不同，對混凝土工作度和坍落度經(jīng)時變化的影響也不同。 C3A含量在10％左右的水泥比C3A含量5％左右的水泥，其坍落度損失率高30％，擴展度損失也大很多。單方混凝土水泥用量不同時，混凝土坍落度的經(jīng)時變化規(guī)律基本一致。但水泥用量越大，坍落度損失越快。

　　2.1.2　外加劑摻入時間和摻量的影響

　　摻高效減水劑可以使基準混凝土的坍落度從6～8cm，提高到18～24cm，但損失較快。減水劑摻入量大時，坍落度損失相對較小。無論減水劑先摻或后摻，坍落度經(jīng)時損失都較快，必須在澆灌混凝土前摻入減水劑才能體現(xiàn)出后摻法的效果。實際上，這種方法是避開了經(jīng)時損失。

　　2.1.3　溫度的影響

　　拌合物的溫度越高，混凝土的坍落度經(jīng)時損失越快。在低溫時(例如5℃)混凝土坍落度損失很小。

　　2.1.4　摻合料的影響

　　混凝土的坍落度經(jīng)時損失與摻合料有關，摻入一定量的摻合料可大大降低坍落度的經(jīng)時損失。試驗表明，在相同條件下，用Ⅱ級粉煤灰取代10％～15％的水泥，混凝土坍落度經(jīng)時損失可減少30％～50％。

　　2.1.5　運輸過程中的動態(tài)影響

　　動態(tài)運輸過程對混凝土的坍落度經(jīng)時損失有利，經(jīng)與實驗室靜態(tài)混凝土坍落度經(jīng)時損失試驗數(shù)據(jù)對比，動態(tài)狀況下，坍落度經(jīng)時損失約小10％～15％。

　　3　混凝土坍落度損失機理及控制方法

　　3.1　坍落度損失機理

　　對于混凝土坍落度損失機理，目前尚無明確的統(tǒng)一解釋。日本的服部健一等做過大量研究，認為主要是水泥顆粒物理凝聚的原因。另外一些學者則認為減水劑對水泥水化反應的影響是坍落度損失的主要原因。由于減水劑使得水泥顆粒分散程度增加，加速了水泥顆粒的水化，使部分自由水變?yōu)榻Y合水。吸附在水泥顆粒或早期水化產(chǎn)物上的減水劑，或是被水化產(chǎn)物包裹，或是與水化產(chǎn)物反應，消耗大量減水劑，使減水劑含量降低，導致Zeta電位下降，降低了減水劑的分散能力，造成水泥顆粒凝聚。宏觀上使得混凝土流動性下降。摻減水劑后，破壞了可溶性硫酸鹽與C3A之間的平衡，或水泥中可溶性硫酸鹽的形態(tài)不合適、C3A和堿含量高，都有可能引起不同程度的異常凝結或流動性降低，使坍落度損失增大。C3A和用于水泥調(diào)凝的石膏對水泥初期水化和結構形成的作用特別重要，鈣礬石沉積在水泥顆粒表面阻礙了水化過程。由于減水劑的摻入，使可溶性硫酸鹽減少，導致鈣礬石生成不足，使水化加快，坍落度損失就加快。由于混凝土在運輸過程中，混凝土中的氣泡會溢出，也可使坍落度損失加快。

　　3.2　控制坍落度損失的方法

　　(1)采用后摻法，在混凝土出罐前加入外加劑。此法在采用時有一定難度，一般不采用。

　　(2)采用減水劑造粒技術。此法為清華大學發(fā)明，但由于生產(chǎn)造粒困難等不利因素，未能推廣應用。

　　(3)采用C3A和堿含量低的水泥，坍落度損失相對較小，且不易發(fā)生異常凝結。

　　(4)適當增加減水劑用量。

　　(5)減少混凝土失水及低溫拌和運輸。

　　(6)采用高效減水劑與緩凝劑符合技術。此法為大多數(shù)人采用，且效果令人滿意。

　　(7)采用新型合成減水劑。在合成過程中引入相應的官能團，使混凝土工作度經(jīng)時變化在2～3h內(nèi)波動小。且和易性良好。此法為目前最理想的辦法，也是現(xiàn)在最新的控制辦法。[Page]

　　4　泵送劑的配制原理及應用

　　4.1　混凝土泵送劑的配制原理

　　混凝土泵送劑不同于高效減水劑，除了應具備比較高的減水率之外，還應具有良好的可泵性?；诖嗽?，按照高效減水劑復合保塑劑、保水劑、引氣劑，并引入適當?shù)木從煞?，來配制適合于攪拌站和工地現(xiàn)場使用的泵送劑，這樣配制的目的是為了控制C3A的早期水化速度，使水泥漿體的動電電位保持在一定水平。緩凝成分的引入，并非單純?yōu)榱司從?，而是為了控制混凝土坍落度的損失，其摻量也不同于常規(guī)意義上的摻量。

　　4.2　混凝土泵送劑的應用實例

　　按照以上配制原理，北京市建筑工程研究院配制生產(chǎn)了AN10－2泵送劑，該產(chǎn)品廣泛適用于攪拌站及工地現(xiàn)場混凝土的生產(chǎn)和施工。1998年用于攪拌站或工地現(xiàn)場的數(shù)量已超過4000t，效果良好。使用AN10－2泵送劑配制的混凝土配合比及其坍落度經(jīng)時變化和強度結果見下表1和表2。

　　表1　混凝土配合比 序號 設計強度 混凝土配合比 水泥牌號 外加劑型號 C S G W/C 拌合料 1 C55 478 671 1096 0.32 53 大同525 高強 2 C40 372 809 995 0.38 92 大同525 普通 3 C30 337 827 1043 0.54 — 長城525 普通 4 C60 486 646 1004 0.32 108＊ 長城525 高強

　　注：帶＊摻合料由硅粉27kg＋粉煤灰81kg組合。其余為Ⅱ級粉煤灰。

　　表2　混凝土坍落度變化及強度

　　序號 坍落度經(jīng)時變化(cm) 強度(MPa) 初始 60min 120min 3d 7d 28d 1 21.5 21.0 19.5 49.5 62.9 77.0 2 22.0 21.0 19.0 28.8 43.5 59.9 3 23.0 22.0 20.5 15.4 30.4 40.8 4 22.0 21.0 19.0 45.6 69.0 84.9

　　由此結果可見，AN10－2泵送劑實際使用效果良好，可控制2h坍落度經(jīng)時保持率在90％左右。

　　5　新型高效減水劑的研究與應用

　　北京市建筑工程研究院還開發(fā)了一種帶有保持混凝土流動性官能團的新型合成高效減水劑AN3000。此產(chǎn)品的原理是在合成減水劑的過程中引入官能團，使得水泥初期水化延緩，從而達到控制坍落度經(jīng)時損失，提高減水率，保持良好工作性的目的。

　　該產(chǎn)品性能檢測結果見表3，工程應用表明本產(chǎn)品具有減水率高，坍落度經(jīng)時變化小，與水泥適應性良好，并且具有不離析、不泌水的特點?？杀盟托阅軆?yōu)越，而且使用AN3000的混凝土，其28d強度較萘系高效減水劑有較大的提高。工程應用結果見表4。

　　表3　用標準水泥檢測AN3000的結果 檢測項目 標準指標 檢測結果 一等品 合格品 減水率(％) ≥12 ≥10 25.0 含氣量(％) ≤3.0 ≤4.0 1.7 泌水率比(％) ≤90 ≤95 8.3 凝結時間(min) 初凝 －90～＋120 ＋40 終凝 ＋45 坍落度增加值(cm) ≥10 ≥8 13.2 坍落度保留值(cm) 30min ≥12 ≥10 18.5 60min ≥10 ≥8 17.5 抗壓強度比(％) 1d ≥140 ≥130 150 3d ≥130 ≥120 164 7d 125 115 132 28d 120 110 125

　　表4　AN3000工程應用結果 設計強度 坍落度變化(cm) 抗壓強度(MPa) 初始 60 120 3d 7d 28d C35 22.0 21.0 — 27.6 40.4 48.4 C50 20.0 21.5 20.5 33.5 49.8 68.7 C60 21.0 22.0 20.5 31.5＊ 69.1 81.3

　?。獮?d強度。

　　6　結語

　　商品混凝土發(fā)展迅速，外加劑和摻合料作為混凝土的第五和第六組分，已越來越廣泛地應用。商品混凝土的高要求促進了外加劑的發(fā)展及坍落度經(jīng)時損失控制技術的進步。隨著混凝土向著高強度、高性能、低能耗的方向發(fā)展，勢必會出現(xiàn)更多的新型混凝土外加劑。