復(fù)合超塑化劑CSP在商品混凝土中的應(yīng)用

復(fù)合超塑化劑CSP在商品混凝土中的應(yīng)用第1頁/共39頁根據(jù)商品混凝土的類型、強(qiáng)度和抗?jié)B等級(jí)、原材料組成和配合比，施工工藝和環(huán)境條件正確選擇CSP的品種和成分是確保高工作性和施工質(zhì)量的關(guān)鍵問題。通常、CSP由高效減水劑、緩凝劑、引氣劑和輔助劑組成。可以根據(jù)混凝土原材料組成、配合比、工作性要求和環(huán)境溫等參數(shù)實(shí)現(xiàn)CSP的組成和配方設(shè)計(jì)。CSP對(duì)水泥適性問題與水泥的礦物組成、含堿量、可溶性SO3含量、比表面積、顆粒組成和形貌，礦物細(xì)摻料的品種和摻量，以及混凝土的原材料和配合比有關(guān)。第2頁/共39頁解決水泥適應(yīng)性問題必須針對(duì)不同水泥混凝土建立相應(yīng)的CSP配方體系。作者研發(fā)的”復(fù)合超塑化劑(CSP)配方設(shè)計(jì)軟件”將使CSP配方設(shè)計(jì)和解決適應(yīng)性問題變得簡單、快捷、精確和智能化?！娟P(guān)鍵詞】：商品混凝土、復(fù)合超塑化劑(CSP)、配方設(shè)計(jì)、軟件、水泥適應(yīng)性。第3頁/共39頁1.商品混凝土對(duì)外加劑品種和性能的要求商品混凝土預(yù)料站生產(chǎn)不同強(qiáng)度等級(jí)(C10～C80)的各種品種現(xiàn)代混凝土，其中包括：高性能混凝土、高強(qiáng)混凝土、流態(tài)混凝土、泵送混凝土、防滲抗裂大體積混凝土、水下澆筑混凝土、自密實(shí)自流平混凝土等。配制這些現(xiàn)代混凝土、必須采用各種復(fù)合超塑化劑(CSP)。第4頁/共39頁其中包括：緩凝減水劑和高效緩凝減水劑、泵送劑和高效泵送劑、緩凝引氣減水劑和高效緩凝引氣減水劑、多功能復(fù)合防水劑、復(fù)合防凍劑和超緩凝減水劑等。為了滿足商品混凝土性能和施工工藝的要求，CSP必須具備以下功能：減水率應(yīng)滿足初始坍落度18cm～24cm的要求，減水率變化范圍15%～35%。能有效控控制坍落度損失，滿足運(yùn)輸、泵送、澆筑和自密實(shí)自平工藝要求。第5頁/共39頁新評(píng)混凝土的工作性好：泌水小、抗離析、穩(wěn)定性好、保持流動(dòng)性和粘聚性平衡。有效控制水泥水化過程，降低水泥水化初期放熱，防止溫度應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生。早強(qiáng)增強(qiáng)，提前折模、提前張拉、加快施工速度。提高混凝土耐久性，滿足特殊性能的要求。液體產(chǎn)品，濃度30%～40%，對(duì)環(huán)境和混凝土本身不產(chǎn)生有害影響。第6頁/共39頁商品混凝土選用外加劑的準(zhǔn)則是根據(jù)工程設(shè)計(jì)的混凝土類型、強(qiáng)度等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)、運(yùn)輸距離、泵送高度、澆筑條件和環(huán)境溫度等因素。因此、正確選用外加劑是決定混凝土性能和施工質(zhì)量的關(guān)鍵問題。表1中列舉了不同類型的混凝土所需外加劑品種和主要成分。第7頁/共39頁表1商品混凝土類型及其所用外加劑品種和主要成分混凝土類型外加劑品種主要成分高性能混凝土高效緩凝減水劑高效減水劑、緩凝劑、NR3等高強(qiáng)混凝土高效緩凝減水劑高效減水劑、緩凝劑等流態(tài)混凝土高效緩凝減水劑，高效緩凝引氣減水劑高效減水劑、緩凝劑、保水劑等高效減水劑、緩凝劑、引氣劑、穩(wěn)泡劑等泵送混凝土高效泵送劑高效減水劑、木質(zhì)素磺酸鹽、緩凝劑等防滲抗裂混凝土復(fù)合高效緩凝減水劑高效減水劑、緩凝劑、膨脹劑等水下澆筑混凝土高效緩凝減水劑高效減水劑、緩凝劑、增稠劑等自密實(shí)混凝土高效緩凝減水劑高效減水劑、緩凝劑、增稠劑、NR3等冬期施工混凝土高效復(fù)合防凍劑高效減水劑、緩凝劑、復(fù)合防凍劑第8頁/共39頁2.復(fù)合超塑化劑(CSP)的配方設(shè)計(jì)商品混凝土應(yīng)用的復(fù)合超塑化劑(CSP)不同于一般的高效減水劑，它在滿足大的初始坍落度要求時(shí)，還能控制坍落度損失，減小泌水和離析。因?yàn)樯唐坊炷潦紫缺仨毱溆泻玫墓ぷ餍?，否則不能進(jìn)行正常施工。通常CSP的主要成分應(yīng)包括高效減水劑、緩凝劑、引氣劑、穩(wěn)定劑等。第9頁/共39頁復(fù)合超塑化劑的組成和摻量取決于膠凝材料的組成和混凝土配合比。在相同原材料構(gòu)成系列(C20～C60)流態(tài)混凝土?xí)r，因?yàn)橛盟康淖兓^大，所以CSP的摻量變化范圍也較大。但是、對(duì)于一定的混凝土體系所要求的緩凝組分的成分和劑量是相對(duì)固定的。這樣、在變化的摻量與相對(duì)固定的緩凝組分之間產(chǎn)生了矛盾。第10頁/共39頁外加劑生產(chǎn)廠為了滿足工程應(yīng)用的要求需頻繁調(diào)整外加劑配方是為了解決這種矛質(zhì)。CSP配方設(shè)計(jì)是針對(duì)一定的混凝土體系的，能較好地解決這種"變化與固定"的矛盾，得到適應(yīng)性好的CSP配方。而作者新近研發(fā)的”復(fù)合超塑化劑(CSP)配方設(shè)計(jì)軟件”(中國版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)受理號(hào)200519496)使得調(diào)整配方的復(fù)雜過程變得簡單、快捷、精確和智能化。第11頁/共39頁1.1.CSP配方設(shè)計(jì)參數(shù)

CSP配方設(shè)計(jì)參數(shù)是由商品混凝土的原料性質(zhì)、配合比、施工工藝和環(huán)境溫度等確定的。(1)CSP的減水率(η)－取決于FLC或HPC的用水量、基準(zhǔn)混凝土用水量和初始坍落度值。第12頁/共39頁式中：W－FLC的用水量(kg/m3)W0－坍落度7cm～9cm的基準(zhǔn)混凝土用水量，與石子最大粒徑有關(guān)

Δη－坍落度從7～9cm提到16～24cm所需的減水率增量

Δη＝0.005×Slo－0.04Slo－配制混凝土的初始坍落度16～24cm。第13頁/共39頁(2)CSP的摻量(μ)試驗(yàn)證明，中國的萘系高效減水劑(如UNF-5)摻1.0％時(shí)，其減水作用相當(dāng)于MT-100摻0.75%的效果。CSP(濃度40％)摻量≤1．5％時(shí)，減水作用相同時(shí)，其摻量相當(dāng)于UNF摻量的60％；CSP摻量>1．5％時(shí)為66%。第14頁/共39頁根據(jù)CSP的摻量與等效減水系數(shù)(Mt)及減水率的關(guān)系：當(dāng)μ≤1.5%時(shí)：當(dāng)μ＞1.5%時(shí)：第15頁/共39頁(3)等效緩凝系數(shù)(Nt)等效緩凝系數(shù)(Nt)是以摻0.10％的蔗糖的相對(duì)初凝時(shí)間為1.0時(shí)，其他緩凝劑的相對(duì)初凝時(shí)間與其之比值：

T=(t0－t1)/t0－－(3-1)

Nt=T/T0(3-2)第16頁/共39頁式中：t0—不摻外加劑時(shí)水泥的初凝時(shí)間(h)t1—摻一定量緩凝劑時(shí)水泥的初凝時(shí)間(h)

T—摻緩凝劑時(shí)的相對(duì)初凝時(shí)間T0—摻0.10％蔗糖時(shí)的相對(duì)初凝時(shí)間Nt一等效緩凝系數(shù)。第17頁/共39頁Nt的變化規(guī)律Nt值取決于HPC或FLC的膠凝材料組成和環(huán)境溫度(見表5)，CSP的Nt值為所有緩凝組分的Nt的總和，即Nt=∑(Nt)i。水泥(C)：Nt=Nt0C+FA；Nt=0.65Nt0C+UEA：Nt=1.10Nt0C+FA+UEA；Nt=0.65x1.10Nt0=0.715Nt0第18頁/共39頁溫度對(duì)Nt值的影響：

Nt2=(1+0.06Δ)Nt1ΔT=T2一T1

式中：Nt1－溫度T1時(shí)的等效緩凝系數(shù)

Nt2－溫度T2時(shí)的等效緩凝系數(shù)第19頁/共39頁(4)凝結(jié)時(shí)間差(Δt)各種緩凝劑不但緩凝作用不同，而且對(duì)水化速度也不相同。因此除了設(shè)置等效緩凝系數(shù)之外，還需設(shè)置第二個(gè)參數(shù)，即凝結(jié)時(shí)間差：

Δt=t2－t1式中：t1－摻一定量緩凝劑時(shí)混凝土的初凝時(shí)間(h)t2－相同條件下的終凝時(shí)間(h)Δt－凝結(jié)時(shí)間差(h)第20頁/共39頁在摻量相同時(shí)Δt：STPP<PN<LM<TA。根據(jù)這四個(gè)參數(shù)：η，Mt，Nt，Δt，可以確定用于FLC,HPC的CSP的組成及摻量，實(shí)現(xiàn)CSP配方設(shè)計(jì)。第21頁/共39頁2.2.CSP配方設(shè)計(jì)步驟(實(shí)例)A種52.5R硅酸鹽水泥，摻18％粉煤處，碎石大粒徑25mm，中砂Mx=2.80，摻CSP配制C60HPC。初始坍落度22cm，90分后大于18cm，泵送澆筑梁柱，要求提前脫模，早強(qiáng)?；炷僚浜媳纫姳?。第22頁/共39頁CSP配方計(jì)算(1)CSP的減水率第23頁/共39頁(2)CSP摻量

μ=9.17η=9.17×25.5%=2.34％(按2.35％計(jì)算配方)(3)CSP的Nt值在20℃時(shí)，A種水泥摻FA時(shí)Nt=0.40。那么，氣溫25℃時(shí)：Nt=(1+0.06×5)×0.40=0.52第24頁/共39頁(4)Δt

由于要求提前脫模、早強(qiáng)，因而選擇Δt小的STPP緩凝劑控制坍落度損失。(5)CSP的配方

CSP的有效成分：NF+STPP=2.35%×0,40=0.94%STPP的Nt=0.52時(shí)其摻量為水泥重量的0.055%，那么NF的摻量為0.94%－0.055=0.885%。第25頁/共39頁CSP配方：NF0.885%STPP0.055%W1.410%Σ2.350%

摻量2.35%第26頁/共39頁(6)計(jì)算結(jié)果與試配表2C60HPC試配結(jié)果第27頁/共39頁表2中列舉了C60HPC的混凝土試配結(jié)果，說明全計(jì)算法配合比設(shè)計(jì)和CSP配方設(shè)計(jì)相結(jié)合能精確計(jì)算混凝土配合比及其復(fù)合超塑化劑配方。CSP配方設(shè)計(jì)可用于緩凝減水劑、緩凝高效減水劑、超緩凝高效減水劑、高效泵送劑、高效引氣減水劑等的配方計(jì)算，并且可用于外加劑系列產(chǎn)品的配方設(shè)計(jì)。CSP配方設(shè)計(jì)的研究、開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)近10年，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。第28頁/共39頁3.CSP對(duì)水泥的適應(yīng)性3.1..高效減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性高效減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性是通過坍落度損失程度判斷的。高效減水劑在低水灰比的混凝土中一個(gè)突出的問題是不同程度上存在坍落度損失快：而在另一些情況下，水泥和水接觸后，在開始60～90分鐘內(nèi)，大坍落度仍能保持，沒有離析和泌水現(xiàn)象。前者，外加劑和水泥是不適應(yīng)的，后者是適應(yīng)的。第29頁/共39頁適應(yīng)性取決于水泥礦物組成(主要是C3A、C3S)、可溶SO3和堿含量。(1)適應(yīng)性好(充分兼容)：高可溶SO3和高堿量水泥;(2)適應(yīng)性稍差(兼容稍差)：中等可溶性硫酸鹽和堿含量的水泥;(3)不適應(yīng)(不兼容)：可溶性硫酸鹽少和低堿水泥。最佳可溶性堿量為0.4%—0.6％。3.2.外加劑.對(duì)水泥早期水化放熱過程的影響第30頁/共39頁摻外加劑能控制水泥早期水化過程(預(yù)誘導(dǎo)期和誘導(dǎo)期)，使誘導(dǎo)期延長，這樣就能減小坍落度損失。根據(jù)這一觀點(diǎn)能延長水化誘導(dǎo)期的不僅是緩凝劑，而且可以是早強(qiáng)劑和特殊高分子化合物。第31頁/共39頁第32頁/共39頁第33頁/共39頁3.3.坍落度損失與“欠硫化”現(xiàn)象的關(guān)系某些硅酸鹽水泥配制流態(tài)混凝土?xí)r，用調(diào)整復(fù)合超塑化劑中緩凝劑的摻量和品種的方法不能控制坍落度損失，即使緩凝組分超劑量摻用坍落度損失仍然較快，我們將此種情況稱為“欠硫化”現(xiàn)象。產(chǎn)生“欠硫化”現(xiàn)象的原因是由于水泥中可溶性SO3的含量不足，或外部因素使石膏溶解度降低，破壞了SO3與C3A和堿含量的平衡，使水泥凝結(jié)較快,漿體很快失去流動(dòng)性。第34頁/共39頁產(chǎn)生這種“欠硫化”現(xiàn)象的原因是：(1)CSP降低了石膏的溶解度，使SO3不足;(2)最佳石膏量是在W/C=0.50時(shí)經(jīng)強(qiáng)度和干縮試驗(yàn)確定的，而摻CSP配制FLC時(shí)水膠比一般小于0.50，因此使SO3總量減小;(3)摻含堿量高的外加劑改變了石膏與C3A的平衡。第35頁/共39頁采用高濃萘系高效減水劑配制CSP，使坍落度損失加快，而改用低濃萘系高效減水劑配制的CSP，坍落度損失減小。因?yàn)榈蜐廨料蹈咝p水劑中硫