混凝土外加劑的發展及應用技術
時間:2018-01-30 16:51:28 點擊:



山西康力建材有限公司技術部薛亞偉

一、概述:

混凝土外加劑是現代混凝土不可缺的組成部分之一,是混凝土改性的一種重要方法和技術?;炷镣饧觿┯糜谔岣咝掳杌炷恋墓ぷ餍?,改善工藝性能,強化生產過程。同時改善和提高硬化混凝土的物力學性能,提高建筑物或構件的質量和耐久性。此外,還可以節約泥,降低成本,加快工程進度。一種外加劑只具備一種或某幾種性能,即使應用高效能多功能復合外加劑也不一定能完全滿足實際混凝土工程的技術要求。因此,必須根據混凝土使用要求,正確地選擇和應用外加劑才能取得較好的技術經濟效果。

混凝土外加劑的發展有60多年歷史。本世紀30年代初,美國、英國、日本等已經在公路、隧道、地下工程中使用防凍劑、引氣劑、塑化劑和防水劑、早期使用的外加劑主要是氯化鈣、氯化鈉、松香酸鈉、木質素磺酸鹽和硬脂酸皂等化學物質。60年代,混凝土外加劑得到較快發展。1962年,日本將萘磺酸甲醛高縮合物用于混凝土分散劑,1963年,聯邦德國研制成功三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮聚物。同時出現的還有多環芳烴磺酸鹽甲醛縮合物。由于這三種外加劑對水泥有強的分散作用,減水率高達20%~30%,而不同于普通的減水劑,當時稱為高效減水劑或超塑化劑,此名稱一直沿用到現在。高效減水劑的問世,是繼鋼筋混凝土、預應力鋼筋混凝土之后,在混凝土改性上的第三次突破。在70年代到80年代,針對高強混凝土存在的問題(抗凍性、體積穩定性等)以及流態混凝土存在的問題(如坍落度損失、泌水與離析、耐久性等),許多國家(包括我國)進行了大量基礎研究,同時在應用技術方面也進行了大量的工作并積累了實際工程應用的經驗。90年代初由美國首先提出高性能混凝土HPC的新概念,其基本內容是研究和開發具有早強、高強、工作性好和耐久性好的混凝土。同時,美國、加拿大、日本、英國、法國等相繼制定了研究和開發HPC的計劃,并認為HPC將成為跨世紀的新材料。隨著建筑向高層化、大型化的發展,HPC的應用將成為混凝土應用的主流。我國50年代初開始使用混凝土外加劑,主要品種由松香皂類的引氣劑、紙漿廢液(木質素磺酸鈣)塑化劑、防凍劑(以氯鹽為主)等,主要用于水工、港工混凝土工程以及建筑工程冬季施工。60年代,我國外加劑的研究和應用幾乎處于停頓,只有速凝劑和糖鈣研制成功并通過了有關技術鑒定。進入70年代,由原建材部建筑材料科學研究院、清華大學等單位率先研制萘系和三聚氰胺系高效減水劑。此后,許多科研單位也從事高效減水劑的研究和應用。70年代到80年代初的10年間,是我國研制高效減水劑高潮時期,萘系和三聚氰胺都研制成功并投入工業生產。進入80年代,改革開放,經濟發展,推動了混凝土外加劑向產業化和商品化發展。同時制定了外加劑的國家標準和各外加劑建材行業標準,促進了外加劑推廣使用,外加劑的各個品種也發展較快。80年代是我國外加劑迅速發展的時期,外加劑的應用占混凝土總量約10%。

隨著建筑向高層化發展,以及混凝土生產向集中攪拌的商品混凝土發展,在我國的大城市(如北京、上海、天津、廣州等)沿海開放地區,外加劑使用率在80%以上。90年代后政府出臺了相關政策規定,外加劑的應用取得了進一發展,大中城市的使用率近達100%。近幾年又成功開發了高性能聚羧酸系減水劑,并已在建筑、鐵路等行業很好的推廣使用。

二、外加劑的品種和摻量選擇:

混凝土外加劑是天然或合成的化學物質,可以是單一或復合組分,品種類型很多,按其使用功能來說有減水的、有早強的、有緩凝的、有抗凍的、也有防水的等等。使用外加劑時必須根據工程對混凝土性能要求選擇合適的外加劑,注意外加劑的摻量和使用方法。

   1.混凝土外加劑的性能特點混凝土外加劑是一種工業產品,對其基本性能的要求是:

    1)能改善混凝土一種或某幾種性能,而不產生副作用;

    2)在運輸和貯存中保持良好的勻質性和穩定性;

    3)在早期或后期對混凝土中的鋼筋及其它預埋件沒有有害作用;

    4)使用安全,對環境無污染。

   2.混凝土外加劑的品種選擇

前建筑工程中使用的混凝土外加劑主要的是混凝土減水劑,減水劑的品種類型也很多,主要有普通減水型的質素磺酸鹽系,高效減水型的萘磺酸鹽系、三聚氰胺磺酸鹽系、密胺系、氨基磺酸鹽系、脂肪族系和近幾年開發的高性能減水型的聚羧酸系等,各有特點各有優勢。

減水劑的主要作用是:

    1)在不減少單位用水量的情況下,改善新拌混凝土的工作度,提高流動性;

    2)在保持一定工作度下,減少用水量,提高混凝土的強度;

    3)在保持一定強度情況下,減少單位水泥用量,節約水泥;

    4)改善混凝土拌合物的可泵性以及混凝土的其它物理力學性能。

混凝土外加劑的選擇要根據工程設計對混凝土性能的要求而定,如強度標號、抗滲性、抗凍融性、耐久性、彈性模量等物理力學性能,以及施工工藝、施工季節(冬季或夏季施工)、澆筑的部位和體積等。另外,還要考慮實際工程提供的原材料:水泥品種和標號、砂石質量等。在此基礎上選擇符合使用要求的外加劑品種和牌號。

在選擇外加劑時,必須采用實際工程用的原材料進行混凝土試配試驗,并且摻用不同廠家生產的外加劑,根據試配結果從中確定技術經濟合適的外加劑。試驗評定外加劑的理由是:

  1)檢測外加劑是否符合使用要求;

  2)根據施工現場條件和現場使用的材料來評定外加劑對混土性能的影響;

  3)檢查每批產品的勻質性和穩定性;

  4)生產廠家提供的資料是否符合試配檢驗結果。

選擇外加劑的根本原則:

第一是性能符合工程使用要求;

第二是經濟的合理性。

在某些情況下,決定外加劑在混凝土工程中使用的主要因素是外加劑的成本,這就要求生產廠家根據平時使用外加劑的經濟效果開發和生產新產品。

   3.混凝土外加劑的摻量選擇

外加劑的佳摻量是獲得好的技術效果和經濟效果的重要因

素。外加劑的佳摻量是通過混凝土試配結果確定的,根本的原則是在滿足混凝土性能要求的前提下,采用低摻量。生產廠家的產品說明書中提供的是某種外加劑使用時的摻量范圍,而使用單位必須通過混凝土試配確定外加劑的合理摻量。不同類型的外加劑的摻量是有一定規律的,通常,無機鹽類早強劑摻量為水泥重量的1%~2%,有機緩凝劑摻量為0.02%~0.1%,引氣劑摻量0.002%~0.006%,普通減水劑0.2%~0.3%,高效減水劑0.5%~1.0%。高性能減水劑0.2%~0.5%,同一種外加劑用于不同混凝土時摻量也不盡相同,例如:高效減水劑用于蒸養混凝土時摻量為0.3%~0.5%,用于普通混凝土摻量為0.5%,用于流態混凝土摻量為0.75%,用于高強混凝土摻量為1.0%。硫酸鈉早強劑用于蒸養混凝土時摻量為1.0%,摻量過高(2%),蒸養后的試體脹高、強度降低。硫酸鈉用于普通混凝土時摻量2.0%。復合高效減水劑在相同減水率時比單一高效減水劑摻量減少一半。

此外,水泥的品種、細度和礦物組成,混合材等也影響外加劑的摻量。如對礦渣水泥高效減水劑摻量少于普通硅酸鹽水泥。比表面積高、C3A含量高的水泥高效減水劑摻量應多一些。從以上事實,可以認為決定外加劑摻量的因素如下:

   1)外加劑的品種;

   2)外加劑的應用范圍;

   3)水泥品種、比表面積、礦物組成及混合材等;

   4)混凝土組成材料及其配合比、單位水泥用量、單位用水量等;

   5)外加劑復合方式,(成分與比例);

   6)外加摻入方法(同摻或后摻)。

總之,只要掌握了外加劑和混凝土的性能,以及它們變化的規律,并通過試驗確定外加劑的合理摻量,就可以以少摻量獲得好的技術經濟效果。

三、混凝土外加劑對水泥、混凝土性能的影響

1.混凝土外加劑對水泥凝結時間的影響

一般認為大部分混凝土外加劑(非指緩凝型和早強型)都會或多或少地延緩水泥的凝結時間。這主要是因為,摻加混凝土外加劑的水泥顆粒表面吸附著一層減水劑,加上混凝土外加劑加速水泥水化初期(從水化開始起約40分鐘內)的速度,水化產物增多,水化膜較厚,一定程度上阻礙著水分子進一步滲入水泥顆粒內部進行水化,從而延緩了水泥的凝結硬化時間。但實際上,隨著水化產物逐漸增多,產生的內應力逐漸增大,使界面很快破裂,水化又得以順利進行。因為混凝土外加劑降低表面張力的能力較小,因而克服水泥顆粒表面和水化產物的粘附的能力也較小,界面的破裂比較容易,因此,混凝土外加劑對水泥水化的延緩是有限的。

10圖3-1高效減水劑的摻量與坍落度的關系

從圖中可以看出,減水劑的摻量為水泥重量的0.5%時,混凝土的坍落度有一個明顯的轉折點:摻量超過

0.5%,坍落度增加不明顯,而且由于強烈的分散作用,水泥漿極稀,容易分層離析。所以在配制大流動性混凝土時減水劑的一般摻量為水泥重量的0.2%~0.5%就可以了。

3.混凝土外加劑的減水率和對混凝土強度的影響由于混凝土外加劑(高效減水劑)對水泥的強烈分散作用,摻入混凝土后,在保持流動性不變(坍落度基本不變)的情況下,可以大幅度減少混凝土單位用水量。減水率隨著減水劑摻量的增加而增加。當減水劑的摻量達水泥重量的0.5%以后,減水率增加的幅度就小了。除了減水劑的品種和質量外,影響混凝土減水率的因素是很多11的。如砂的細度、砂率、粗集料的種類和級配、水泥品種、水泥用量等等。盡管水泥品種、用量都不同,但摻高效減水劑后混凝土的減水率、單位用水量的變化規律大致是相同的。按照水泥石的強度理論,水泥石的強度與膠孔比成正比。高效減水劑分散力強、減水效果好,毛細孔的體積就減小,自然可以大幅度提高混凝土的強度。又因為一般高效減水劑的引氣性小,所以增強效果更為顯著。在相同坍落度、相同水泥用量(400kg/m3)的情況下,高效減水劑對混凝土有顯著的早強、增強效應。這有利于配制致密的高強混凝土。

4.混凝土外加劑對水泥流動度的影響流動度是一種反映水泥工作性能的物理指標,但是我們主要是利用這個指標來觀察和反映混凝土外加劑(高效減水劑)對水泥的擴散性能。一般來說流動度值大,減水劑的擴散力強;減水率、強度增長率都高。高效減水劑占水泥重量的摻量為1%時,其流動度值一般都大于240mm。不同品種的減水劑的流動度值見表3-3。表3-3不同品種減水劑與流動度關系減水劑未摻NNO武漢花王FDN湛江FDN天津摻量(%)流動度(mm)0701170127512501250圖3-2為高效減水劑、NNO和MF的摻量與對應的水泥流動度的關系曲線。從圖中可以看出高效能減水劑占水泥重量的摻量為0.5時水泥流動度值比摻1%的其他減水劑的水泥流動度值還要大。摻量(%)

圖3—2 減水劑的摻量與流動度的關系

四、混凝土外加劑使用方法

使用外加劑時要仔細看產品說明書,其中包括使用方法。

1)配制和計量

成功地應用外加劑,取決于適宜的配制方法,忽視這個方面,就可能顯著地影響混凝土的性能與作用。外加劑產品有兩種形式,即液體和固體粉末。液體產品以體積計量,有時生產廠提供可溶性固體產品,使用前配制成一定濃度的水溶液。固體產品中一般有載體,如粉煤灰、火山灰、礦粉等,其目的是使外加劑計量準確、分散均勻和防止受潮結塊。固體外加劑通常是以重量計量。使用外加劑時可采用人工、半自動和自動計量,根本要求是計量準確。外加劑摻量確定后,根據攪拌機一次攪拌混凝土體積和單位水泥用量折算外加劑的用量。超劑量地使用,不但造成浪費,影13響混凝土的性能,而且還會造成工程事故。特別是摻緩凝劑、緩凝減水劑和引氣劑時一定要劑量準確,一旦超劑使用就使澆筑的混凝土不凝結硬化或嚴重降低強度,造成工程事故。另外,在同時使用兩種外加劑時應注意它們之間的相容性,特別是引氣劑應分別摻用。

2)混凝土的配合比任何混凝土工程都要根據要求設計好混凝土配合比,因為摻用外加劑只能使質量好的混凝土變得更好,而不能使品質差的混凝土性能得到改善。所以要掌握摻外加劑的各種混凝土的配合比設計方法,使用符合標準的原材料進行試配和配合比調整,后確定合適的配合比。

3)混凝土的養護摻外加劑的混凝土,同普通混凝土一樣,要求正常的養護,現澆混凝土硬化早期要澆水養護。使用膨脹劑配制補償收縮、防摻抗裂混凝土更要重視早期的養護,否則達不到應有的效果。冬季施工使用防凍劑應當注意覆蓋保溫,使混凝土盡快達到臨界強度、防止凍害。外加劑用于蒸養混凝土構件或制品生產時,除采用合理的蒸養制度之外,蒸養后堆放時也應澆水養護,這樣可進一步提高強度和改善性能。

只有正確使用外加劑才能達到預期的效果,這就必須掌握外加劑性能、明確使用目的和正確使用方法。

五、結論

1.混凝土減水劑是常用的混凝土外加劑之一,混凝土減水劑的品種類型很多,在使用時要根據具體情況進行選擇;14

2.混凝土減水劑對水泥的流動度、凝結時間以及對混凝土的和易性、混凝土強度、耐久性等都有影響;

3.使用混凝土減水劑可以節約水泥、降低成本、加快工程進度;

4.混凝土高效減水劑的應用促進了混凝土工藝和性能的發展,

其用途之一是配制高強混凝土和高性能混凝土。




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