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減水劑針對6種“問題”水泥如何調(diào)整?

發(fā)表時間:2024-06-04 訪問量:19813

01什么是減水劑

      減水劑是一種在維持混凝土坍落度基本不變的條件下,能減少拌合用水量的混凝土外加劑。大多屬于陰離子表面活性劑。

      加入混凝土拌合物后對水泥顆粒有分散作用,能改善其工作性,減少單位用水量,改善混凝土拌合物的流動性;或減少單位水泥用量,節(jié)約水泥。


02減水劑有哪些種類

  • 按外觀形態(tài)分


      分為水劑和粉劑。水劑含固量一般有10%,20%,40%(又稱母液),50 %,粉劑含固量一般為98%。


  • 按減水及增強(qiáng)能力分


      分為普通減水劑(又稱塑化劑,減水率不小于8%,以木質(zhì)素磺酸鹽類為代表)、高效減水劑(又稱超塑化劑,減水率不小于14%,包括萘系、密胺系、氨基磺酸鹽系、脂肪族系等)和高性能減水劑(減水率不小于25%,以聚羧酸系減水劑為代表),并又分別分為早強(qiáng)型、標(biāo)準(zhǔn)型和緩凝型。


  • 按組成材料分


      木質(zhì)素磺酸鹽類、多環(huán)芳香族鹽類、水溶性樹脂磺酸鹽類、萘系高效減水劑、脂肪族高效減水劑、氨基高效減水劑、聚羧酸高性能減水劑等。


  • 按化學(xué)成分組成分


      木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑類、萘系高效減水劑類、三聚氰胺系高效減水劑類、氨基磺酸鹽系高效減水劑類、脂肪酸系高減水劑類、聚羧酸鹽系高效減水劑類。


03減水劑的作用有哪些

  • 在不改變各種原材料配比(除水泥)及混凝土強(qiáng)度的情況下,可以減少水泥的用量。


  • 在不改變各種原材料配比(除水)及混凝土的坍落度的情況下,減少水的用量,可以大大提高混凝土的強(qiáng)度。


  • 在不改變各種原材料配比的情況下,可以大幅度提高混凝土的流變性及可塑性,使得混凝土施工可以采用自流、泵送、無需振動等方式進(jìn)行施工,提高施工速度、降低施工能耗。


  • 摻加混凝土高效減水劑,可以提高混凝土的壽命一倍以上,即使建筑物的正常使用壽命延長一倍以上。


  • 減少混凝土凝固的收縮率,防止混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂紋;提高抗凍性,有利于冬季施工。


04減水劑的作用機(jī)理是什么

  • 分散作用

  • 潤滑作用

  • 空間位阻作用

  • 接枝共聚支鏈的緩釋作用


05減水劑對幾種“問題”水泥的解決方案

— 高堿水泥 —

      水泥中的可溶性堿通常以Na?O當(dāng)量表示,它主要來源于生產(chǎn)水泥的粘土及混合材中,適量的可溶性堿有利于促進(jìn)水泥水化,更有利于混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展。試驗證明,水泥混凝土流動性隨著堿含量的增加而提高。但是到達(dá)一定量,水泥會急劇水化,水泥漿流動性大幅度下降。摻入減水劑后塑化效果也明顯降低。減水劑用于商品混凝土及泵送混凝土施工坍落度經(jīng)時損失率增大。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因一般認(rèn)為,水泥中的堿對鋁酸三鈣(C3A)的溶出產(chǎn)生了促進(jìn)作用,此時水泥在調(diào)凝劑CaSO4參與下很快形成了一定的AFt晶體,并包裹在C3A表面,抑制了C3A直接水化形成鋁酸鈣,改善了水泥漿的流動性。但是如果水泥中堿含量過高,由于初始就有大量AFt晶體形成,反而使流動度下降,減水劑用于上述水泥適應(yīng)性必然會降低。主要表現(xiàn)在減水率不夠,塑化效果差,坍落度經(jīng)時損失率高。在使用高堿水泥時,如釆用低硫酸鹽含量的減水劑,使用效果差。而如果采用硫酸鹽含量較高的減水劑(硫酸鈉含量20%以上)使用效果卻會明顯改善。這主要是,低濃減水劑所含CaSO4是在合成中和時產(chǎn)生,水溶性極好,在水泥中石膏尚未溶解時就大量溶于水中,當(dāng)較高的堿加快C3A溶出時,因水中已有大量SO3存在,與C3A反應(yīng),形成AFt,從而阻止了因形成鋁酸鈣而導(dǎo)致的流動性下降,并減小了坍落度損失。不難看出,硫酸鈉含量高的減水劑更能適應(yīng)高堿水泥。許多聚羧酸減水劑PH值較低,如與檸檬酸等酸性緩凝劑合用對高堿水泥難以適應(yīng)。主要是酸性外加劑摻入高堿水泥后,會迅速產(chǎn)生酸堿中和放熱反應(yīng),溫度急劇上升,不但促使水泥迅速水化,大量水化熱放更會產(chǎn)生惡性循環(huán),所配制的混凝土不但流動性差,坍落度很可能在極短的時間內(nèi)消失。但如果采用其它堿性緩凝劑則可避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。

— 低堿缺硫水泥 —

      水泥中可溶性堿更佳含量一般認(rèn)為應(yīng)該是0.4%-0.6%。通常將堿含量低于0.4%的水泥稱為低堿水泥。而水溶性堿多以堿的硫酸鹽存在,所以也將低堿水泥稱為缺硫或欠硫水泥。缺硫水泥摻入減水劑通常流動性較差,而增大減水劑用量雖然有一定效果,但更會增大混凝土泌水,所配制的混凝土勻質(zhì)性差,坍落度損失快,因此常用減水劑很難適應(yīng),即使將緩凝劑用量成倍增加也毫無作用。不難看出,缺硫水泥產(chǎn)生上述不適應(yīng)現(xiàn)象的根本原因是由于水泥中SO3不夠,降低了抑制水泥中C3A的水化效果,C3A對外加劑的迅速大量吸附也降低了減水劑塑化功能。因此只有補充可溶性堿(硫酸鹽)對解決低堿缺硫水泥適應(yīng)性問題有效。而常用的增大緩凝劑用量的方法效果并不明顯。

— 高混合材用量水泥 —

      根據(jù)我國水泥標(biāo)準(zhǔn),水泥中可以大量摻入混合材。目前使用較多的為粉煤灰、火山灰、礦渣及磨細(xì)石灰石等。這些混合材其活性、需水性、礦化成份及對外加劑的吸附性能區(qū)別較大,影響了外加劑對水泥的適應(yīng)性。優(yōu)質(zhì)的粉煤灰應(yīng)該是活性強(qiáng)(即活性SiO2及AL2O3含量高)、燒失量小、細(xì)度低、需水量小。其中燒失量對外加劑相溶性影響更大。燒失量即粉煤灰中未燃盡的碳的含量。燒失量越大,未燃盡碳含量越高,與外加劑相溶性越差。較高的碳含量更會劣化混凝土性能。未燃盡碳多為多孔顆粒,易吸水,在混凝土中需水量高,溢出后更會增大混凝土泌水,并會增大混凝土收縮變形,還會影響水泥漿與集料界面的粘結(jié)性能。碳遇水后,還可能在顆粒表面形成一層憎水膜,阻礙了水份進(jìn)一步滲透,影響了粉煤灰的活性。研究也發(fā)現(xiàn),粉煤灰中的碳有較強(qiáng)的吸附能力,減水劑摻入后它會與水泥爭相吸附,影響了水泥漿的流動性。解決高燒失量粉煤灰,火山灰水泥與外加劑相溶性目前常用的辦法,主要是增加外加劑的摻用量,并同摻一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)引氣劑。礦渣由于含鋁酸鹽較多,因此需更多的石膏調(diào)凝劑,而按普通硅酸鹽水泥工藝生產(chǎn)的礦渣水泥更容易出現(xiàn)缺硫現(xiàn)象。因此采用高硫酸鹽含量的減水劑較為適應(yīng),同摻優(yōu)質(zhì)引氣劑,微小細(xì)密的氣泡也有一定減小鋁酸鹽對減水劑的吸附作用,但需增大摻用量。

— C3A含量高的水泥 —

      水泥的主要成份為C3S、C2S、C3A及C4AF,這些礦化成份其吸附活性順序通常認(rèn)為應(yīng)該是C3A>C4AF>C3S> C2S ,其中C3A對減水劑的吸附量更大,因此在減水劑摻量一定時,混凝土流動性隨著C3A含量增大而降低。坍落度經(jīng)時損失率也隨之增大。這主要是由于摻入減水劑大都會被C3A吸附,而占主要的礦化成份C3S卻沒有足夠的減水劑去吸附分散,而使水泥漿流動性降低。多次試驗看出,水泥中C3A含量超過8%,即會對混凝土流動性產(chǎn)生不利影響。試驗證明,補充水泥漿中SO3即采用硫酸鹽含量高的減水劑有一定效果。同摻一定數(shù)量的羥基羧酸鹽緩凝劑,也能抑制C3A的吸附水化,而采用多元醇等緩凝劑效果不明顯。還可以采用價格低廉的減水劑并適當(dāng)增大摻用量,滿足C3A吸附并有較多剩余減水劑去改善C3S等礦化成份的流動性。由于此類減水劑價格低廉,不會增大使用成本。

— 摻水溶性較差石膏水泥 —

      石膏是作為水泥的調(diào)凝劑使用的,它的摻用量基本與水泥中C3A含量相匹配。加水后石膏在水泥中形成一定數(shù)量的鈣礬石,吸附在C3A中控制C3A的水化,起到調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間的作用。常用石膏以二水石膏(CaSO4.H2O)水溶性更好,因此水泥生產(chǎn)多采用二水石膏。但石膏在水泥生產(chǎn)中多與水泥熟料同磨,在研磨時溫度過高會使大量二水石膏轉(zhuǎn)變成半水石膏(CaSO4. 1/2 H2O)或無水石膏(CaSO4)即硬石膏。也有些水泥廠也會直接采用無水石膏或使用一些工業(yè)廢石膏如氟石膏、脫硫石膏、磷石膏等。硬石膏及上述廢石膏水溶性較差,在水中溶解較慢,在外加劑中通常會加入性價比較高的木鈣或糖鈣等緩凝減水劑,而這些減水劑的摻入更會影響石膏的溶解性。由于石膏不能迅速溶解,水泥中C3A會迅速水化,產(chǎn)生大量鋁酸鈣晶體,造成混凝土假凝(即少量水泥已凝結(jié)而大量水泥顆粒尚未水化凝結(jié),水泥漿失去流動性)。為防止摻硬石膏水泥或摻其它水溶性較差的石膏的水泥產(chǎn)生假凝,更好不使用木鈣、木鈉、糖鈣等影響石膏溶解的減水劑。試驗證明,控制上述減水劑的用量有一定效果。還可以同摻大量能補充水泥中SO3的外加劑也能控制假凝。

— 新鮮水泥及比表面積較大的水泥 —

      水泥出窯貯放時間及比表面積也會影響外加劑的適應(yīng)性。通常我們將制成后貯放時間較短的水泥稱為“新鮮水泥”由于上述水泥貯放時間短,水泥溫度較高,水泥水化速度極快,加之由于水泥在研磨過程中產(chǎn)生電荷,顆粒之間相互吸附影響了減水劑的分散作用,增大了混凝土坍落度損失率。延長水泥貯放時間,待溫度降至50℃以下,有利于改善與外加劑的相溶性,如無法延長水泥貯放時間,則可增加緩凝劑的摻用量也有一定效果。水泥的比表面積對外加劑的適應(yīng)性有一定影響。比表面積較大的水泥需水量較大,達(dá)到一定流動性所需摻入外加劑較多,較大比表面積水泥早期強(qiáng)度發(fā)展較快,但對混凝土后期強(qiáng)度及保坍性能會產(chǎn)生不利影響。使用比表面積較大的水泥時應(yīng)增大外加劑摻用量,考慮到不增加使用成本,可采用價格低廉的減水劑并適當(dāng)增加減水劑及緩凝劑的摻用量。仍可達(dá)到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。由于水泥熟料及混合材的礦化成份與形態(tài)復(fù)雜,對減水劑的相溶性影響因素太多,很難用一種簡易的辦法解決所有減水劑對水泥適應(yīng)性的問題,研究表明,目前正大力推廣應(yīng)用的聚羧酸鹽高性能減水劑雖然對水泥適應(yīng)性相對好于常用的各種高效減水劑,但仍存在一定適應(yīng)問題。國內(nèi)外常用的改變減水劑摻入時間及摻加方法有利于改善適應(yīng)性,但用于一些特殊水泥相溶問題仍會出現(xiàn),對于減水劑與水泥適應(yīng)性的研究是一項較為復(fù)雜的問題,目前仍需進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

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