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【昆明水泥製品廠】混凝土外加劑與水泥雙向適應性分析

來源:http://www.tzdongtian.com/news/117.html       發布時間:2018-12-12

0引言

我國經濟的迅速發展帶動了建築業的發展和相關技術的不斷進步,同時對建築材料的要求也越來越高,這其中包括水泥混凝土。建築產品設計要求和施工質量的提高,不僅要求混凝土高強、早期強度高、密實性高、流動度大、水化熱低、耐久性好且質輕,同時還要求水泥混凝土生產成本低、容易成型且易於養護,這些要求促成了混凝土外加劑的普遍應用和迅速發展。作為現代混凝土製備和生產施工技術中不可缺少的第五部分,混凝土外加劑是保證混凝土實現高性能的重要措施和方法之一。水泥作為混凝土的重要組成部分,它和外加劑的適應性影響著混凝土的整體性能,而兩者的適應性問題涉及到水泥化學、表麵物理學、高分子材料學和電化學方麵的知識,是一門極其複雜的難題。

對於外加劑與水泥的適應性,《混凝土外加劑應用技術規範》給出如下定義:將經檢驗符合有關標準的某種外加劑摻入按規定可以使用該品種外加劑的水泥中,所配製的混凝土或砂漿若能夠產生應有的效果,就認為該水泥與這種外加劑是適應的;相反,如果不能產生應有的效果,則該水泥與這種外加劑不適應。

水泥和外加劑不適應性問題的產生主要和水泥的選用、膠凝材料的成分、水泥的細度、外加劑的品種、作用機理、製造工藝等有關,同時加料的方式和摻量以及環境溫度等也會對兩者的適應性造成影響。若出現不適應的問題,則可能導致外加劑使用效果欠佳、坍落度損失快、水泥緩凝或凝結速度太快,嚴重的甚至造成混凝土強度的降低等,因而對混凝土外加劑與水泥兩者的相互適應性進行研究十分必要。以下主要從兩者的相互影響進行了簡要分析。

1混凝土外加劑對水泥的影響

混凝土外加劑是指在混凝土的拌製過程中加入的、摻量不大於水泥質量5%(不含特殊情況)的、用於改善混凝土某種性能的物質,按其使用功能主要可分為4類:用於混凝土拌合物流變性能改善的外加劑,主要包括引氣劑、減水劑和泵送劑;用於改善混凝土硬化性能和調節凝結時間的外加劑,主要有緩凝劑、早強劑和速凝劑;用於增強混凝土耐久性的外加劑,主要有防水劑、阻鏽劑和引氣劑等;用於混凝土其他性能改善的外加劑,包括膨脹劑、防水劑、防凍劑、加氣劑、著色劑等。

混凝土外加劑的使用對水泥石的內部空隙結構起到了改善作用,同時還協調了水泥的強度發展、對其膠凝成分的水化進程進行調節,並且能對水泥水化產物的結構和組成起到有效地改善作用,因而其對水泥的影響不容忽視。

以下簡要介紹了幾種常見混凝土外加劑對水泥的影響。

1.1減水劑的影響

作為表麵活性劑的一種,減水劑吸附在礦物摻合料顆粒和水泥表麵,改變了其空間位阻的特征和電學特征,進而實現了對顆粒間相互作用的影響,達到塑化膠凝材料和分散顆粒的目的。

減水劑改變水泥等膠凝材料顆粒表麵特性的方式主要有:①吸附在固體顆粒表麵的減水劑可以使顆粒表麵帶有與其數值相同的負電位,增加表麵電位的絕對值,進而促使靜電斥力的產生;②產生在減水劑吸附層的立體空間位阻效應。上述兩種方式的作用,其一可以使固體顆粒更為分散,其二可以使水泥漿體中的絮凝結構得到破壞,促進絮凝結構包裹的水分得到釋放,增加混凝土拌合物中自由水的含量。混凝土拌合物流動性能的增加主要依靠加入減水劑後上述兩種效應的共同作用。因而在考慮兩者適應性時,主要考慮減水劑的減水率、分散性、摻量等。

1.2緩凝劑的影響

緩凝劑是一種通過推遲水泥的水化反應從而將混凝土的凝結時間延長,在較長時間內保持新拌混凝土的塑性,提高施工效率,便於澆築,同時不會對混凝土的各項後期性能有不良影響的外加劑。緩凝劑可按其化學成分進行分類,為有機緩凝劑和無機緩凝劑。

一般情況下,很多有機緩凝劑具有表麵活性,它們吸附在膠凝材料、液體和顆粒的固-液界麵上,使得固體顆粒的表麵性質變化;大量的水分子依靠分子中親水基團得到吸附,因而形成了較厚的水膜層,改變了混凝土結構的形成過程,使晶體從顆粒接觸變為相互屏蔽;某些緩凝劑的分子中具有特殊官能團,可以和遊離的Ca結合生成難溶性的鈣鹽,這些鈣鹽在固體顆粒表麵吸附從而使水泥的水化進程得到抑製,實現緩凝。大多數無機緩凝劑通過與水泥生成複鹽如鈣礬石等並在水泥礦物顆粒表麵形成沉澱,進而抑製水化進程。緩凝劑的作用機理十分複雜,一般情況下是上述多種機理綜合作用的結果。

緩凝劑在使用時要注重品種的選擇和摻量的確定,如若選擇不當或超量則可能導致混凝土早期強度急劇下降,還可能導致其中後期強度的降低。這主要是由於過度緩凝致使長時間內混凝土沒有凝結硬化,造成了混凝土內部水分散失過量,導致水泥水化程度低、水化產物過少,對混凝土強度的損失不可逆轉。因此,在進行緩凝劑種類的選擇時要充分考慮混凝土原材料之間尤其是緩凝劑和水泥的匹配適應狀況、施工工藝、施工季節等因素,並嚴格控製其摻量。

1.3膨脹劑的影響

膨脹劑通過產生一定的限製膨脹從而補償混凝土的收縮,提高了混凝土的抗滲防裂性能,同時在多向約束條件下保證其強度、密實度和耐久性均有所提高。即便如此,混凝土膨脹劑的應用仍存在很多問題,主要是因為摻加膨脹劑後混凝土常不能產生預期的膨脹,中後期的混凝土結構甚至出現變形和開裂的情況。此外,膨脹劑也對混凝土的耐久性和鋼筋抗鏽蝕能力有所影響。

導致構築物裂縫產生的原因很複雜,就材料而言,其主要原因為混凝土的收縮和徐變。研究表明,水泥拌和後所產生的化學收縮值大致為7~9ml/100g,當混凝土中的水泥用量為380kg/m3,其化學減縮達26.6~34.21ml/m3,內部形成了許多孔隙。在水泥的水化及硬化過程中,膨脹劑除了產生自身膨脹外還能與水泥混凝土中的其他成分反應產生膨脹,從而使得水泥和混凝土的收縮得以補償。膨脹劑的膨脹機理因種類不同而有區別,其膨脹產生物也有差異。目前硫鋁酸鹽係膨脹劑應用最為廣泛。

1.4其他外加劑的影響

隨著建築行業的發展,外加劑的研究和應用也隨之取得了較大的發展。引氣劑、早強劑、防凍劑等外加劑的研究和使用在一定程度提高水泥混凝土的性能,但其對水泥的影響也不容忽視。

引氣劑是指為改善混凝土拌合物的和易性在攪拌過程中引入大量均勻、穩定、封閉的微小氣泡,並在水泥硬化後仍能留有微小氣泡以增強混凝土抗凍性和耐久性的外加劑。

防凍劑是指在一定負溫條件下,能顯著降低冰點並使混凝土液相不凍結或部分凍結,減少混凝土的凍害,從而解決冬季混凝土施工的一種外加劑。同時,防凍劑在負溫條件下能保證水與水泥能進行水化,促進砂漿和混凝土的強度增長,使其在一定時間內獲得預期強度。

上述兩種外加劑都對水泥有影響。例如在新型防凍劑中,CaCl2對水泥混凝土的早強作用機理主要有以下兩種論點:一是水泥的水化受CaCl2的催化作用;二是CaCl2參與水泥水化反應生成複合水化矽酸鈣(C3S·CaCl2·H2O),同時,在石膏存在下與水泥中C3A作用生成水化氯鋁酸鹽(C3A·CaCl2·10H2O和C3A·CaCl2·30H2O)。NaCl與水泥熟料的反應能力不如CaCl2強,它殘留在液相中的數量較多,而混凝土中Na+的引入使堿性大大提高,不利於混凝土的穩定性。

1.5外加劑的選用。

每種外加劑都有其發揮效用的領域,隻有在其適應的混凝土中外加劑的功效才能得以充分發揮。表2為一些外加劑的適用領域。

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