预拌混凝土坍落度损失的机理分析及解决措施.doc

水泥混凝土材料是当今世界上使用量最大、使用范围最广的建筑材料之一，已普遍应用于各类土木建筑工程及水利建设中。随着建设工程技术的不断提高，现代混凝土工艺要求流态混凝土(FLC)和高性能混凝土(HPC)具有良好的性能，以满足集中搅拌、远距离运输、泵送、不振捣、自流平、自密实等过程的要求。目前商品混凝土的使用越来越多，坍落度损失过大的问题严重影响施工进度及工程质量。特别是泵送预拌混凝土，在高温炎热天气条件下，此问题更加突出。因此，有必要对泵送预拌混凝土坍落度损失的机理作深入分析并提出可行的解决措施。 一、混凝土坍落度损失的原因分析 影响混凝土坍落度损失的原因是多方面的，且这些因素相互关联。主要包括四个方面：一是水泥方面，如水泥中的矿物成分种类、SO3含量与C3A和碱含量的匹配、细度等；二是高效减水剂的化学成分、分子量、交联度、磺化程度、平衡离子浓度以及缓凝剂的种类、用量等；三是环境条件，如温度、湿度、运输时间等；四是混凝土的水灰比大小、减水剂掺入时间次序、掺和料的品种及掺加比例。 (一)水泥中矿物成分的种类及其含量的影响 水泥中的主要矿物成分是C3A，C4AF，C3S，C2S。不同矿物成分对减水剂的吸附作用大小不同。减水剂的主要作用是吸附在水泥矿物的表面，降低分散体系中两相问的界面自由能，提高分散体系的稳定性。在相同条件下，水泥成分中对减水剂的吸附性大小依次为C3AC4AFC3SC2S。若水泥中C3A，C4AF含量较大，则大量减水剂被其吸附，占水泥成分较多的C3S和C2s就显得吸附量不足，动电电位显下降，导致混凝土坍落度损失。这是造成掺减水剂的混凝土坍损的根本原因。所以水泥中C3A，C4AF含量较高的混凝土坍落度损失较大，反之较小。 (二)水泥中调凝剂的形态及掺加量的影响 水泥生产中，石膏的掺量与C3A含量比和表面积有关，为了使石膏与C3A反应生成足够的钙矾石，沉淀在C3A土延缓C3A的水化。石膏加入硅酸盐水泥，不仅是为了调凝，更重要的还是加速阿里特的水化。其加量影响强度发展的速率和体积稳定性，因此许多国家的水泥标准中介绍了“最佳石膏量”，并且用三氧化硫(SO3)含量表示。水泥中最佳石膏量是在水灰比0.50时通过胶砂强度试验确定的。正常的凝结是由于C3S的水化形成C-S-H的结果。这时液相中铝酸盐、硫酸盐、Ca2+离子比例适宜，可能形成细粒的钙矾石而且它能使系统在整个诱导期保持流动性，随着C3S的水化和C-S-H的形成，系统将逐渐失去流动性。当C3O不足时，C3A水化较快，会产生异常凝结，因此流动度损失很快，直接表现为坍落度损失过快，所以应寻求最佳的石膏掺量。水泥中C3A含量越大碱含量越大，水泥颗粒越细石膏的最佳掺量越大。石膏的最佳掺量还和水泥的早期水化温度有关。掺入不同形态的石膏对水泥水化过程的影响也是不同的。选择最佳的石膏掺量，且掺入的石膏形态搭配合理，可有效地避免坍损，从而配制出流动性好、坍落度损失小的混凝土。 (三)水泥的细度大小，颗粒级配的影响 在水泥水化过程中，330mm的熟料颗粒主要起强度增长作用，而大于60um的颗粒则对强度不起作用，小于10um的颗粒主要起早强作用，3um以下的颗粒只起早强作用。小于10um的颗粒需水量大。流变性好的水泥10um以下颗粒应少于10。颗粒越细，细颗粒越多，增大早期水化放热，这必将加剧坍损。 (四)环境条件及化学外加剂和掺和料的影响 一般来讲，环境温度越高，水泥水化速度越快，导致混凝土的坍落度损失越大。湿度越大，混凝土对外失水相对较少，有利于抑制坍落度损失。相同条件下，强度越高、水灰比越小的混凝土坍落度损失越大。同时，掺加适量需水量小的优质粉煤灰或微细矿粉对于提高混凝土的和易性及抑制坍落度损失有利。不同种类的化学外加剂对混凝土的坍损有着不同的影响。在拌制混凝土时，加入外加剂的时间选择也影响混二、抑制混凝土坍落度损失的措施 通过以土分析，混凝土坍落度损失过大是由多种因素造成的，因此需要根据不同的情况提出不同的解决方法。目前主要有以下方法。 (一)减水剂后掺法 即在砂、石、水泥、水拌合之后再掺减水剂。这种方法对抑制坍落度损失有明显效果。主要是因为水泥遇水后，在有石膏的环境中水泥中的C3A，C4AF能迅速生成钙矾石，C3A、C4AF在体系中明显减少，这时再加入减水剂，被C3A、C4AF吸附消耗的减水剂量显著减少，大量的减水剂能比较充分地被C3s、C3S吸附，水泥颗粒的动电电位明显提高，并在一定时间内保持相对稳定，直接表现为混凝土的和易性好，坍落度损失较小，这种方法简单便于应用。但此方法作用有一定限度，使用土有一定局限性。 (二)掺缓凝剂法 缓凝剂对水泥缓凝的作用理论有吸附理论、生成络盐理论、沉淀理论和控制氢氧化物结晶生长理论。多数有机缓凝剂有表面活性，它们在固液界面产生吸附，改变固体粒子表面性质，即亲水性。由于吸附作用，它们的分子中羟基在水泥粒子表面阻碍水泥水化过程，使晶体相互接触受到屏蔽，改变了结构形成过程。缓凝作用机理的另一种观点认为，缓凝剂吸附在Ca(OH)2：土，抑制了其继续生长，在达到一定过饱和度之前，ca(OH)2：的生长将停止。这个理论重点放在缓凝剂在ca(OH)2土的吸附，而不是在水化产物土吸附。但是研究表明仅仅抑制或改变ca(OH)2的生长和状态不足以引起缓凝，而更重要的是缓凝剂在水化的C3S土的吸附。有机缓凝剂使水泥中的C3A水化减慢，选择性地与Al2O3表面吸附的减水剂进行交换，被交换下来的减水剂显著提高了溶液中减水剂的浓度，为C3A，C2s吸附提供了充足的减水剂，有效地抑制了坍落度损失。 (三)调整混凝土外加剂 使用高分子量的减水剂，并与适量的保水组分配合使用，在不增加用水量的同时增加了混凝土中的游离水的含量，可缓解坍落度损失。但此方法易造成混凝土成本增加。通过物理方法把减水剂制造成不同粒径、不同溶解速率的颗粒状物，掺到新拌混凝土中，使其在水泥水化体系中形成不同的水化梯度，随时补充由于C3A，C4AF消耗的减水剂，使体系中的减水剂始终维持在临界胶束状态，使坍落度不损失或损失很小。也可在减水剂外表做一层能在碱性溶液中缓慢溶解、溶解速率不同的外壳，从而控制减水剂在水泥浆体中的浓度，达到抑制坍损的目的。也可选择适当的含有极性基团的活性成分，与减水剂发生化学反应，不断地向水一水泥体系中缓慢释放分散剂，控制减水剂的溶解速度并保持一定浓度，使水泥颗粒始终维持一定的动电电位，从而达到抑制坍损的目的。 (四)降低出机混凝土温度 混凝土的温度越高，水泥水化速度越快，水泥颗粒维持一定的动电电位时间越短，混凝土中游离水变为结合水的比例就越大。所以，新拌混凝土的温度越高，坍损越快；温度越低，坍损越慢。一般来讲，温度每上升10，坍落度损失增大1040。因此应采取降低各种原材料的温度达到抑制坍损的目的。 三、结语 影响混凝土坍落度损失的因素较多，根本原因是水泥中的不同矿物成分对减水