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凝土外加剂应用误区与实际案例 (魏伟)

添加日期:2014/6/19 15:18:32   作 者:  来源:   浏览次数:
                                                         凝土外加剂应用误区与实际案例
                                                                                         魏伟
                                                                             混凝土技术服务组
 
摘要:
 
混凝土的应用相互促进了外加剂的飞跃发展,取得了十分可观的技术经济及社会效益。高层建筑重点工程都离不开混凝土外加剂,外加剂已成为混凝土施工中不可缺少的第五种主要组分。据不完全统计,目前商品混凝土中外加剂的年用量已到数百万吨。每年节约水泥达数千万吨。社会效益更是不可低估。由于一些施工技术人员对外加剂的理解应用技术掌握不够,并非都能取得较好的使用效果,在混凝土施工中,因混凝土调试应用不当造成首先对外加剂的怀疑。本文就混凝土施工中对外加剂应用存在的一些认识误区以及应对方案作一简单分析。
 
关键词:气泡;缓凝剂;强度
 
一、复配引气剂会降低混凝土强度?
 
许多混凝土施工企业的技术人员都认为外加剂复配引气剂会降低混凝土强度和混凝土内部有气泡是外加剂引起的,新拌混凝土表观有大气泡认为是引气剂造成的,这是对引气剂认识的一个误区。“混凝土中含气量增加百分之一会使强度降低百分之三到五”是他们的理论依据。不错,混凝土含气量增加强度会降低但这也是有前提的,应该确切的说混凝土中的含气量在达到饱满值时在增加含气量才会造成强度下降。引气剂的特性能起到增加包裹性、改善和易性和辅助减水的效果,能降低混凝土用水量,改变水胶比使混凝土强度得以提高。试验表明,用水量减少1%也会使混凝土强度提高2%~4%,这是完全可以弥补因含气量增加对强度的影响。试验表明,含气量对强度的影响还与气泡结构有关。较细密均匀的气泡对强度影响小,甚至没有影响,而较大的气泡才对混凝土强度产生影响。引气剂对强度的影响还与混凝土设计强度及用水量有关。在正常情况下,低强度水胶比较高的混凝土含气量即便增加5%影响到强度的幅度很小,而高强低水胶比的混凝土含气量的波动就会影响到强度的幅度很大。也有人认为商品混凝土掺用引气剂会增加施工成本,事实证明,混凝土施工中掺用引气剂技术经济效益都十分明显。
1、混凝土气泡:分为物理气泡和化学气泡。①物理气泡是由新拌混凝土在搅拌过程中包裹的空气。②化学气泡是由引气剂发生化学反应产生的大量微小气泡。
气泡的处理:新拌混凝土表面有气泡者大多数是物理气泡造成的,特别是高标号刚出搅拌机的混凝土表面会出现很多气泡,这种情况是因高标号混凝土水胶比低,混凝土状态释放缓慢,搅拌时间需延长(普通混凝土生产搅拌时间一般控制在30-60秒,高标号混凝土生产搅拌时间一般控制在90-180秒)浆体稠度大在搅拌过程中把空气包裹进混凝土里的,混凝土静止后本身自密实性把气泡挤出,上涌出现在混凝土的表面。这时工地人会认为是你外加剂的引气剂造成的气泡,这对混凝土上部结构的外观要求有影响,用合理的解释说服对方。
消除方法:高标号混凝土出机静止几分钟再成型混凝土试模,成型过程中采用分层振捣有利于气泡的排出使混凝土更加密实,成型后进行二次收面使混凝土表面美观实用,也可以采用适量的加入消泡剂来降低气泡的表面张力使泡沫更容易破灭。以实际容重、测压强度来说服对方。
案例1:关于混凝土表观气泡是因外加剂引起
地点:安徽安庆望东长江公路大桥北岸连接项目
背景:望东长江公路大桥北岸连接项目部的2、3、4工区准备打C50箱梁混凝土,梁对工程来说相对是一件大事,对各种材料的选着都要求格外的严格,外加剂进场前需要在进行一次试配,验证通过后才能进场使用。
混凝土要求:坍落度控制140±20mm,考虑到生产实际坍落度控制在180±20mm。
实验材料:海螺P.O 42.5水泥、太湖砂:细度模数2.6、江西5-10、10-25石子、河水、苏州弗克高性能减水剂。
C50配合比:W:145,C:483, S:690, G1176(3:7),J:6.76;
实验数据:水胶比0.3、砂率37%、外加剂掺量1.4%、设计容重2500kg
出机状态:初始坍落度200mm扩展度530mm,一小时坍落度200mm无损失,包裹性好,无泌水扒底现象。
出现的问题:混凝土出机后表面有大气泡,实验室人就此问题提出质疑。
解决方案:给其讲解表面出现气泡的原因,在以实际测试混凝土2475kg的容重数据来说服对方。
案例2:上部结构混凝土立柱表观有气孔
地点:兆河大桥中铁十局项目部
背景:合肥中铁十局承建兆河大桥项目,混凝土使用的外加剂都是公司提供的。
出现的问题:在打立柱时拆模后发现表面有气孔,认为是外加剂引气剂造成的。
解决方案:询问近期外加剂使用情况,气孔出现的时间和发货时间是否相同,气孔是出现在一根立柱上有还是所有的立柱都有,其他部位有无气孔,砂子细度模数是否有变化级配是否合理,当时坍落度控制的大小,施工时使用的工艺振捣方式,模板使用的脱模剂等问题这些都和混凝土表面产生气孔有关联。通过了解得知,没有新外加剂进场这就排除外加剂不同批次的波动问题,气孔是打立柱才出现的其它上部混凝土结构没有出现气孔,砂子细度模数波动不大级配正常,坍落度控制在要求范围内,排除后剩下施工工艺和脱模剂的问题。施工工艺的振捣和这有很大的关系,振捣时间、振捣工艺再加上脱模剂的问题都是造成气孔存在的原因。脱模剂是根据工地情况不同而有很多品种可选,好一点工地买正规的脱模剂,有一些使用地沟油,但大多数工地为了节约成本使用柴油与机油三七混合使用既方便有省钱,柴油和机油混成的脱模剂,虽然它能起到正常的脱模作用,但因它本身比脱模剂的粘度大不利于混凝土气泡的排出,造成了混凝土与模板之间的气泡因粘度过大排除不出去,存在混凝土竖面,存在立柱竖面的气泡待混凝土凝结后形成混凝土表面气孔。把这些事情和项目技术负责人沟通好按这个方向去改进,几天后进行电话服务时气孔的问题解决了。
2、复配引气剂会降低混凝土强度?
我们来了解引气剂:引气剂属于化学物品之一,引气是大量微小如球状滚珠的独立气泡,气泡结构好,气泡半径小。混凝土中掺入适量的引气剂可以有效地改善混凝土的和易性、流动性、可泵性、保水性,混凝土中掺入引气剂可以有效地提高混凝土抗冻、抗渗等耐久性能,混凝土中掺用引气剂还可以防止混凝土中水泥粒子的二次吸附,减小坍落度损失。
引气剂的种类:皂角类、十二烷基类、松香热聚物等。
引气剂重要指标:引气量、气泡形态、稳泡效果。
引气剂的筛选:筛选最合适的引气剂效果要注意几点。⑴首先考虑的是引气剂的引气量的大小,这直接关乎经济效益,举个例子挑选了一种引气剂,如果它单价高、引气量又小,那我们在使用时要达到混凝土需求的含气量这就需要增加引气剂掺量才能满足要求,造成了成本的提高。⑵气泡形态:引气剂种类不同其效果不一,有的气泡较大容易破碎,有的气泡细腻,大多数是肉眼观察不到的微小独立滚珠气泡,这种气泡相对其它不易破碎稳定性好,能很好的起到填充、润滑的作用,对混凝土和易性、强度都有大的贡献。
引气剂的使用:在低标号混凝土中微小气泡能很好的填充在混凝土内部的空隙,让混凝土和易性得到很好的改善,使混凝土更加密实,这也是为什么掺引气剂能有效防止混凝土离析、泌水的原因。高标号混凝土中使用引气剂就要注意,含气量的波动对强度影响是很大的(特殊情况例外)因高标号胶凝材料使用量高,用水量较少,水胶比低,混凝土自身已经很密实,但含气量提高就会造成混凝土体积增大,由于容重下降而使强度降低,高标号混凝土使用时要注意把握掺量,适量的含气量对混凝土和易性、流动性、强度都是有益的。    
 
二、解决商品混凝土坍落度损失的唯一途径是增加缓凝剂的用量?
 
  商品混凝土加水搅拌后,随着时间的延长,坍落度也会慢慢减小,这是商品混凝土施工中的正常现象,但是对于在短期内坍落度迅速损失则会使混凝土无法浇注施工。为解决商品混凝土坍损,通常在外加剂配制过程中都会适量加入缓凝剂,这就给施工人员一个错觉,误认为增加缓凝剂用量是解决商品混凝土坍落度损失的唯一途径。
混凝土坍落度损失是多种因素造成的,最大的影响因素当然是水泥水化加速,但也不可忽视水泥二次吸附的影响。水泥水化加速除因水泥细度外,水泥中调凝剂用量、水泥中铝酸三钙的含量、施工温度都会影响水泥的水化速度。掺用缓凝剂当然可以抑制水泥水化,但由于水泥品种不同,水泥中矿化成份差别较大,并非只要是缓凝剂都能抑制这些矿化成份的水化。如一些缺硫缺碱水泥,缓凝剂的加入却会加速水泥水化,加大坍落度损失。掺入硫酸盐早强剂补充水泥中三氧化硫不足却能抑制水化速度,减小坍落度损失。糖类缓凝剂用于C3A含量高的水泥没有缓凝保坍效果,用于高碱水泥还会加速水泥水化甚至使混凝土产生速凝。
水泥混凝土掺入减水剂后,由于减水剂的吸附分散作用,水泥粒子是分散的,大量游离水的存在使混凝土流动性改善,混凝土具有较大的坍落度。由于水泥活性及其它影响因素,一定时间后水泥粒子又会重新吸附在一块并包裹了大量游离水,促使混凝土坍落度损失加大。解决上述现象增加缓凝剂用量根本无效。而同掺少量引气剂,细密的气泡能有效地隔离水泥粒子,使之无法相互吸附,可以减小坍落度损失。即便采用了适用的缓凝剂,用量也不宜无限增大。缓凝剂的大量掺用,不但增加了施工成本,更会影响混凝土早期强度并影响施工进度。过量掺入缓凝剂,混凝土长时间处于塑性状态,骨料下沉塑性收缩增大,混凝土水分大量蒸发,在水泥水化前失水太多还会使混凝土出现粉化现象,强度下降。不难看出,解决商品混凝土坍落度损失问题,应找出造成坍落度损失的主要影响因素。采取适当的保坍措施,而并非任意加大缓凝剂的掺用量就能解决。
 
三、商品混凝土冬季施工掺入降低冰点的防冻剂就可以防止混凝土冻害?
 
冬季混凝土施工时,为保证施工质量,防止冻害,一般都须掺入一定量的防冻剂。而防冻剂的主要组分少不了能降低冰点的成份。为此,许多施工者误认为冬季施工时只需掺入有一定降低冰点功能成份的化合物即可防止冻害,这是对防冻机理的误解。
  虽然混凝土中水的冻点降低,冻害会减少,但是在负温下混凝土中水泥水化停止,水化水虽未结冰,但混凝土也会长期无法形成一定的强度。不但无法进行混凝土连续施工,一段时期后仍会给混凝土形成冻害。试验表明,提高混凝土临界强度,大幅度减少容易产生结冰冻害的用水量,并增加能缓解混凝土冰冻膨胀应力的组分,即同掺减水剂、早强促凝剂及引气剂,结合降低冰点是最好的防冻措施。而单一依靠降低冰点无法保证混凝土的冻害防止。
  目前国产防冻剂采用的降低冰点的主要成份多为亚硝酸钠及一些钠盐、钾盐。这些产品在-15℃施工时,掺用量一般为水泥用量的10%以上,当混凝土集料中活性集料较多时,它们所带入的碱金属离子易与集料中活性成分反应,产生体积膨胀,更由于碱含量的增加使混凝土干缩变形增大,产生微裂缝风险,影响了混凝土的耐久性。而采用上述复配组分的防冻剂,降低冰点的材料用量可减少40%--50%即可达到防冻目的。给混凝土带来的碱含量也会大幅度减少,各种负作用减少。
 
四、混凝土是否可以掺用膨胀剂?
 
  膨胀剂是一种掺入混凝土中能在限制条件下产生体积膨胀从而补偿混凝土各种收缩,改善混凝土密实性,提高混凝土抗裂、抗渗性能的外加剂。长期以来笔者所见应用于该产品的成功实例不少。但近期以来,应用该产品后出现工程事故也越来越多,使许多工程人员对膨胀剂的应用效果产生怀疑,甚至产生了“混凝土不用膨胀剂不开裂,越用越开裂”的看法。上述观念还出现在一些专家学者的论述中。是否在商品混凝土中不能掺用膨胀剂,笔者通过事故分析认为,商品混凝土中可无条件使用或完全不能掺用的说法都较为片面。
  首先是膨胀剂的应用范围,通过该产品的作用机理分析,在高强度及其它水胶比较低的混凝土中笔者认为不宜掺用。这是因为混凝土较低的用水量不能保证有足够的水使其有效地产生体积膨胀。即使加强浇水养护,由于低水胶比混凝土较为密实,抗渗性高,只能有少量水渗入到混凝土中,仍无法满足膨胀对水的需求。其次,由于膨胀剂的较高吸水作用,使混凝土内的水泥粒子因缺水不能充分水化,影响了混凝土强度。我国膨胀剂品种较多,这些产品的吸水膨胀期差别较大,掺入混凝土中如水泥凝结时间较晚,而所采用的膨胀剂吸水膨胀时间却过快,使膨胀剂形成无效膨胀,这些膨胀剂对混凝土只起到掺合料的作用。膨胀剂的水化吸水膨胀需要补充大量的水,加强浇水养护是膨胀剂能充分发挥膨胀的首要条件。根据有关规范,掺膨胀剂的混凝土浇水养护期需要14天以上,而实际施工中80%以上的混凝土施工都不能保证这么长时间浇水养护,影响了使用效果。
必须指出的是掺膨胀剂的混凝土与普通混凝土一样,在干燥的条件下都会产生自身体积的收缩。如果恢复到潮湿环境下,膨胀剂仍会重新恢复膨胀。而这些收缩也能使混凝土产生部分裂纹,恢复膨胀裂纹也会重新闭合。这就是该产品的自愈作用。因此,对于掺入膨胀剂后进入干燥期产生少量裂纹完全与产品质量无关,也不会影响混凝土性能。在商品混凝土中,C40或C40以下普通混凝土、防水混凝土、水工大体积混凝土中完全适用膨胀剂,而C40以上混凝土笔者认为不宜掺用膨胀剂。在商品混凝土中掺用膨胀剂必须充分了解产品性能,采用适当掺量,更要加强浇水养护,完全可以达到一定的技术效果。
 
参考文献
 
1、田倩. 低水胶比大掺量矿物掺合料水泥基材料的收缩及机理研究[ D ]. 南京: 东南大学材料科学与工程学院, 2006.
2、袁杰.含泥量对高性能混凝土耐久性影响[J].混凝土,2003,8(166):31-33
 

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