外加劑對(duì)混凝土性能的影響

外加劑對(duì)混凝土性能的影響一、混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性問題，涉及水泥化學(xué)、高分子材料學(xué)、表面物理化學(xué)和電化學(xué)等多方面的知識(shí)，是一個(gè)極復(fù)雜的問題，但也是一個(gè)必須了解與基本掌握的問題?；炷镣饧觿S也緊緊跟上，對(duì)各類外加劑進(jìn)行了性能調(diào)整以達(dá)到與新水泥指標(biāo)兼容性。從外加劑廠來說，盡管作出了很大的努力，但從工程實(shí)踐的情況來看，問題仍然很多，如同品種同摻量的外加劑，對(duì)不同品種的水泥，效果差異極大，甚至同一種水泥，但不同時(shí)期效果也有差別，使用同一批外加劑的水泥凈漿流動(dòng)度時(shí)大時(shí)小，其混凝土的坍落損失有時(shí)忽大忽小，甚至有時(shí)泌水、有時(shí)又不泌水、凝結(jié)時(shí)間的差異也很大，時(shí)而還會(huì)出現(xiàn)促凝現(xiàn)象等等，這些就是外加劑與水泥的適應(yīng)性問題。1.外加劑與水泥不相適應(yīng)主要表現(xiàn)在減水效果低下或增加流動(dòng)性的效果不好、凝結(jié)速度太快或緩凝、坍落度損失快，甚至降低混凝土強(qiáng)度等，這種種不適應(yīng)的問題與外加劑的品種、作用機(jī)理、原材料的選用與制造工藝、膠凝材料的成份、細(xì)度、水泥磨細(xì)階段工藝的差異有關(guān)，其他如環(huán)境溫度、加料方式和外加劑用量也會(huì)產(chǎn)生影響。2.外加劑品種與性能的影響外加劑特別是化學(xué)合成的高效減水劑性能對(duì)水泥凈漿流動(dòng)的影響。如萘系高效減水劑的性能涉及磺化程度與磺化產(chǎn)物，縮合工藝與程度，分子量大小，平衡離子，分子結(jié)構(gòu)等各種因素。水泥等無機(jī)礦物顆粒由于范德華力、不同電荷的靜電互相作用、水化顆粒的表面化學(xué)作用，導(dǎo)致粒子形成聚集結(jié)構(gòu)，束縛一部分水，不能用于滑潤(rùn)水泥粒子，也不能立即用于水化。加入高效減水劑等外加劑后，由于吸附作用和電荷斥力，使水泥粒子分散，絮凝結(jié)構(gòu)解體，釋放束縛水并阻止粒子的表面相互作用，使水泥漿體的流動(dòng)性增大，其增加的大小與其技術(shù)性能及摻量有關(guān)。聚羧酸鹽(pc)及氨基磺酸鹽(as)、羰基磺酸鹽類(saf)、萘系(ns)的流動(dòng)度大,木質(zhì)素磺硫酸鹽類(ls)流動(dòng)度小,效果差。ns是使水泥料粒子形成雙電層的靜電斥力而分散，sa是使水泥顆粒表面的外加劑層互相作用的空間斥力而分散，saf與pc是靜電斥力和空間斥力兩種力的作用而分散，因而效果更好。3.水泥礦物組份與化學(xué)成份的影響水泥膠結(jié)料的礦物質(zhì)成份和化學(xué)成份對(duì)外加劑吸附量的多少，對(duì)流動(dòng)性及強(qiáng)度增長(zhǎng)有很大影響。外加劑吸附量越少的水泥漿體的流動(dòng)度值越大。C3A、C4AF混水后，ζ電位呈正值，較多地吸附外加劑。C3S、C2S混水后ζ電位呈負(fù)值，吸附量較少。在水泥礦物中C3A需水量大，水化快，放熱大，吸附外加劑量最大，依次為C4AF、C3S、C2S。水泥新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行后，水泥廠為提高強(qiáng)度而增加C3A與C4AF，其含量越高，適應(yīng)效果越差。且C3A含量對(duì)相容性的影響遠(yuǎn)比C4AF大，這是由于高效減水劑優(yōu)先吸附于C3A或其初期水化物的表面，C3A的水化速度比C4AF快。水泥中C3A、C4AF含量低對(duì)外加劑適應(yīng)好，混凝土體積穩(wěn)定性好，開裂趨勢(shì)減少。4.水泥細(xì)度與顆粒形貌的影響為了達(dá)到水泥新標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的強(qiáng)度要求，提升水泥的細(xì)度是一個(gè)非常有效的策略。然而，當(dāng)水泥被磨得過于細(xì)膩時(shí)，其表面積會(huì)顯著增加，這導(dǎo)致了對(duì)水的需求量也隨之增大。這種情況下，液相中剩余的外加劑濃度會(huì)進(jìn)一步降低，從而使得液體的粘度增加，塑化效果變得不理想。這樣的結(jié)果是混凝土的坍落度損失速度會(huì)變得更快，從而影響到混凝土的施工性能。此外，水泥顆粒過于細(xì)小還會(huì)導(dǎo)致水化反應(yīng)的速度加快，水化熱的產(chǎn)生也隨之增多，這容易在混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫，從而影響到混凝土的最終質(zhì)量。5.摻合料的影響根據(jù)我國現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在生產(chǎn)水泥的過程中，可以按照一定的比例摻入一定量的摻合料。這些常用的摻合料包括水淬高爐礦渣、粉煤灰、沸石粉、火山灰、煤堿石以及窯皮等。摻合料的種類和性能各異，它們的加入會(huì)對(duì)水泥的性能產(chǎn)生不同的影響。特別是對(duì)于外加劑的適應(yīng)性而言，摻合料的種類會(huì)起到關(guān)鍵作用。在這些摻合料中，火山灰、煤堿石和窯皮的性能相對(duì)較差，它們對(duì)水泥性能的影響也較為不利。6.調(diào)凝劑的影響調(diào)凝劑(石膏)的形態(tài)、細(xì)度、用量、研磨溫度等均有影響。水泥常用調(diào)凝劑為石膏(硫酸鈣)，石膏又分為二水石膏、半水石膏、硬石膏。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，三種石膏都可作水泥調(diào)凝劑使用，而其中硬石膏溶解性能較差，一些外加劑如糖鈣、木鈣等與硬石膏同用，不但不能促進(jìn)石膏溶解，反而會(huì)降低硬石膏的溶解度，使水泥因缺少調(diào)凝成份而產(chǎn)生速凝等異常凝結(jié)。就是半水石膏，也由于半水石膏轉(zhuǎn)換為石膏的結(jié)晶，水泥與水拌合后，反應(yīng)就十分迅速，而且消耗大量水，不同水泥與高效減水劑相容性上的差別，這也是其中一個(gè)重要原因。石膏研磨細(xì)度不夠，會(huì)影響石膏的溶解性，即使運(yùn)用二水石膏也會(huì)產(chǎn)生速凝等現(xiàn)象。在C3A含量偏高的水泥中，調(diào)凝劑仍按常規(guī)用量(3%～5%)，無論選用何種石膏，凝結(jié)時(shí)間都會(huì)提前，這主要是水泥中C3A水化快，C3A含量增加，少量石膏不能滿足它生成膠狀鈣礬石，從而影響了石膏的調(diào)凝效果。盡管水泥和外加劑都合格，但影響水泥與外加劑的適應(yīng)性，使混凝土工作性變差，坍落度損失加大。水泥廠為了縮短熟料冷卻時(shí)間，經(jīng)常將溫度較高的熟料與石膏同磨，二水石膏在150℃高溫下會(huì)脫水成為半水石膏，溫度再高至160℃以上，半水石膏還會(huì)成為溶解性較差的硬石膏，影響水泥的適應(yīng)效果，使混凝土流動(dòng)性變差，甚至出現(xiàn)假凝。7.堿含量的影響水泥中所含的堿性物質(zhì)主要源自其生產(chǎn)過程中所使用的原材料，尤其是石灰石和粘土這兩種基本成分。當(dāng)水泥中的堿含量較低時(shí)，它通常會(huì)表現(xiàn)出更好的相容性，這意味著它與其他建筑材料混合時(shí)能夠更好地協(xié)同工作。然而，如果水泥中的堿含量較高，這將導(dǎo)致一系列不利的化學(xué)反應(yīng)。具體來說，高含堿量會(huì)加速水泥的早期水化反應(yīng)速率，這不僅會(huì)增加水泥混合物的需水量，還會(huì)導(dǎo)致工作度的快速喪失，即水泥漿體的流動(dòng)性會(huì)迅速下降。此外，塑性效果也會(huì)因此變差，使得水泥在施工過程中更難以操作和塑形，進(jìn)而影響最終的工程質(zhì)量。8.新鮮水泥存放時(shí)間與溫度的影響新鮮水泥在生產(chǎn)后12天內(nèi)對(duì)外加劑吸附量較大，大部分15天后趨于正常。由于新鮮水泥干燥度高，而且溫度相當(dāng)高(達(dá)80℃-90℃)，早期水化快、水化時(shí)發(fā)熱量大，所以需水量大，而且對(duì)外加劑的吸附量也大，同等摻量時(shí)，流動(dòng)度變小，必然會(huì)產(chǎn)生對(duì)混凝土的需水量大、坍落度損失快、凝結(jié)時(shí)間短等許多怪現(xiàn)象。這完全是因?yàn)樗啻娣艜r(shí)間的不同，導(dǎo)致混凝土的性能技術(shù)指標(biāo)出現(xiàn)較大差異，如能注意到這些問題，有了這方面的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)此類現(xiàn)象也就不足為怪了。二、混凝土外加劑對(duì)混凝土性能的影響1.混凝土是當(dāng)代最大宗的人造材料混凝土是現(xiàn)代社會(huì)須臾不能離開的主要建筑材料，它對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展做出了極為重要的貢獻(xiàn)。混凝土在中國發(fā)展之迅速、生產(chǎn)數(shù)量之大、品種之多、應(yīng)用范圍之廣當(dāng)屬世界之最。但現(xiàn)代混凝土施工技術(shù)的發(fā)展離不開外加劑，特別是高效減水劑在高強(qiáng)與高性能混凝土技術(shù)的發(fā)展中所起主導(dǎo)作用。2.混凝土外加劑的發(fā)展促進(jìn)混凝土技術(shù)的發(fā)展根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)與施工的要求，研究、開發(fā)了混凝土外加劑，外加劑技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了混凝土施工技術(shù)的發(fā)展。使混凝土技術(shù)從塑性混凝土向干硬性混凝土，流態(tài)化混凝土，高性能混凝土方向發(fā)展。新型第三代高效減水劑具有20%以上高減水率，在60分鐘～90分鐘的輸送時(shí)間內(nèi)具有能保持坍落度及所需穩(wěn)定的含氣量，能使用現(xiàn)場(chǎng)的成套設(shè)備或用商品混凝土設(shè)備制造出各項(xiàng)指標(biāo)符合合要求的高性能混凝土。用它也可制造出單位用水量少，流動(dòng)性高，穿透鋼筋網(wǎng)片性能良好，能不振搗、自充填、不分離的高性能不振搗混凝土，并在使用中進(jìn)一步改良與發(fā)展。3.選擇與水泥相適應(yīng)，能滿足設(shè)計(jì)與施工要求的相應(yīng)外加劑不同生產(chǎn)工藝、種類或配方與摻量的外加劑對(duì)水泥適應(yīng)性有差別，應(yīng)通過試驗(yàn)確定，選用質(zhì)量穩(wěn)定、適應(yīng)性好的外加劑;同時(shí)根據(jù)不同設(shè)計(jì)與施工要求，選擇相應(yīng)的各類外加劑，如高效減水劑或緩凝高效減水劑、泵送劑、防水劑……等;根據(jù)設(shè)計(jì)與施工要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用材料，進(jìn)行試配，確定合理施工配合比與外加劑適宜摻量。4.大劑量高效減水劑對(duì)新拌混凝土穩(wěn)定性的影響研究與應(yīng)用的實(shí)踐表明：大摻量高效減水劑使混凝土在水膠比很低的條件下，仍能具有較大的流動(dòng)性，可以成型密實(shí)，生產(chǎn)強(qiáng)度與耐久性良好的高強(qiáng)和高性能混凝土。另一方面，在大摻量高效水劑條件下，新拌混凝土的工作度損失率看來也減小了，其機(jī)理是：新拌混凝土中水泥的的硫酸鈣含量與形態(tài)，影響液相中SO4-的濃度，是其流變行為的控制因素之一，低水膠比混凝土由于溶解硫酸鹽產(chǎn)生SO4-離子的水分少，而需要控制的C3A量又多，相對(duì)而言，有較多的C3A就地水化。因?yàn)槿鄙倭蛩岣x子，高效減水劑分子上的磺酸根基因就會(huì)與C3A結(jié)合，使液相里的高效減水劑量下降，逐漸失去對(duì)水泥的分散作用，加速其工作度的損失。增大高效減水劑的摻量，使液相里的SO4-離子量增加，故工作度損失率減小。但是，每一種高效減水劑水泥之間的搭配，都有一相應(yīng)的飽和濃度。對(duì)于大多數(shù)高效減水劑水泥的體系，其飽和濃度約為0.8%～1.2%。在配制高強(qiáng)與高性能混凝土?xí)r，高效減水劑的摻量通常要接近或等于其飽和摻量，但需要特別注意控制高效減水劑的適宜劑量，需要與其外加劑和礦物摻合料使用，才能獲得預(yù)期的效果，對(duì)于不同的高效減水劑品種，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的敏感性不一樣，有時(shí)摻量在增減0.1%～0.2%范圍內(nèi)變動(dòng)，就會(huì)從減水率還不夠理想躍變?yōu)榉€(wěn)定性不佳的另一極端，這種情況給混凝土配制和施工質(zhì)量控制都帶來不便，或者說更高的要求。5.其他因素對(duì)混凝土性能的影響要配制品質(zhì)優(yōu)良新拌混凝土與獲得良好的硬化混凝土，必須注意滿足對(duì)原材料選擇，合理的配合比及施工要求。5.1水泥的礦物組份和化學(xué)成份以及物理技術(shù)指標(biāo)選擇滿足設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要求的水泥品種。如配制高性能混凝土用的水泥，最好使用C3A含量低、C2S含量高的水泥，混凝土流動(dòng)性大，坍落度與擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)變化也少，如果使用的水泥C3A<3%，C4AF<7%，C3S在40%～50%，C2S在50%～40%，這樣的水泥制作高性能混凝土效果會(huì)較好。5.2保證砂、石質(zhì)量，原材料用量準(zhǔn)確砂的含泥量與細(xì)度模數(shù)必須符合要求，碎石的含泥量及針片狀不超標(biāo)，最好選用連續(xù)級(jí)配或單粒級(jí)石子，粒徑適中;原材料質(zhì)量保證，用量準(zhǔn)確。通過設(shè)計(jì)與試配，確定合理的配合比，必要時(shí)需進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在混凝土施工過程中，配合比的設(shè)計(jì)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到混凝土的最終性能表現(xiàn)。配合比的確定雖然屬于設(shè)計(jì)范疇，但其對(duì)混凝土性能的影響不容忽視。例如，在泵送混凝土的施工中，適當(dāng)?shù)靥岣呱奥士梢燥@著提升混凝土的可泵送性，使得混凝土在泵送過程中更加順暢，減少堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。然而，如果砂率過高，就會(huì)帶來一些負(fù)面效應(yīng)，比如影響混凝土的保塑性能。保塑性能是指混凝土在一定時(shí)間內(nèi)保持其工作性的能力，如果保塑性能不佳，混凝土的坍落度會(huì)隨著時(shí)間的推移而快速下降，這將對(duì)施工的連續(xù)性和混凝土的質(zhì)量造成不利影響。另一方面，降低水灰比是提高混凝土強(qiáng)度的有效手段之一。水灰比是指混凝土中水與水泥的質(zhì)量比，較低的水灰比意味著混凝土中水泥含量相對(duì)較高，從而增強(qiáng)了混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但是，在較低水灰比的條件下，配制摻有外加劑的混凝土?xí)r，必須確保有一個(gè)最低的用水量。這一最低用水量的設(shè)定不僅僅是為了保證混凝土具有一定的工作性，更重要的是確保在水泥水化過程中，其中的石膏成分有足夠的溶解用水。石膏在水化過程中起到調(diào)節(jié)作用，如果溶解用水不足，石膏的溶解度會(huì)大幅降低，這將直接影響外加劑與水泥之間的適應(yīng)性，進(jìn)而影響混凝土的整體性能和質(zhì)量。高效減水劑摻量過多時(shí)，水泥漿的流動(dòng)度大，漿體稀薄，不足以維持與集料的粘聚，往往會(huì)引起混凝土離析、泌水，此時(shí)可以適量增加用砂量，增加膠凝材料用量或是適量減少高效減水劑用量或用水量，產(chǎn)生離析的混凝土拌和物有害于工程質(zhì)量。5.3注意水泥的出廠及進(jìn)貨時(shí)間砂、石、水泥及外界的溫度對(duì)水泥與外加劑適應(yīng)性都有著不同程度的影響。特別是剛出廠的水泥溫度有時(shí)高達(dá)80℃～90℃，在高溫情況下，需水量與外加劑吸附量增大，坍落度減少，坍落度損失加快，適當(dāng)增加外加劑的摻量，增加混凝土中外加劑殘留率也有比較明顯的效果。試驗(yàn)