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商品混凝土厂如何自制泵送剂?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-07-27

现代混凝土由六组分构成,混凝土=水泥+掺合料+砂子+石子+化学外加剂+水,混凝土制造商要想搞懂混凝土产品的配制机理及产品性能,仅靠外买泵送剂还是不够的。只有自制泵送剂,不仅读懂了泵送剂的内涵,明白混凝土性能不良时的原因,而且节约了10%~30%的泵送剂成本,提高了企业竞争力,促进了企业的可持续发展。外加剂的作用是掺量小而明显改善混凝土性能的物质。改善混凝土的性能见表1。普通混凝土结构示意图如图1所示,混凝土组成的体积比如图2所示,混凝土拌制工艺流程如图3所示。

一、正确选择外加剂品种(表2、表3)

各种外加剂的性能和作用各不相同,使用时应当从混凝土性能要求出发选择合适的外加剂。在HPC中高效减水剂是最重要的,也是必不可少的外加剂,因此必须慎重选择。引气剂、缓凝剂、早强剂、膨胀剂和防冻剂等其他类型外加剂,也是HPC在某些情况下所需要的。

(1)高效减水剂

吸附高分子链的各种状态如图4所示,减水剂在水泥颗粒表面吸附形式示意图如图5所示,界面活性剂按离子性质的分类和结构见表4。

高效减水剂的掺加量、掺加方式与水泥的适应性等问题制约着所配制HPC的性能。由于聚羧酸盐系高效减水剂在市场上所占的分额较低(2%以下),目前最常使用的高效减水剂主要有密胺系和萘系高效减水剂两类。密胺系高效减水剂主要为钠盐,无色;萘系高效减水剂以钠盐和钙盐为主,呈棕色。

在混凝土中选用高效减水剂时,要同时考虑水泥的品种和其他成分的特性,如掺合料的特性。在不允许引入氯离子或预计有潜在的碱-集料反应危害时,要慎重选择钠盐减水剂。选用时既要考虑经济性,又要注意减水剂的质量稳定性。

应该注意的是,千万不能仅根据产品说明书来选用高效减水剂和确定掺量,一定要通过试验选择适当的类型,确定合适的掺量。当选择两种以上的外加剂进行复合掺加时,更要通过试验确定它们的搭配比例,并避免产生沉淀失效。

密胺系高效减水剂本身无色,与白水泥配合时不会带入浅棕色,但其价格较萘系减水剂高,在HPC配制时极少采用。为控制混凝土坍落度损失,常常需要将萘系减水剂与缓凝剂等组分复合使用。但是,混凝土坍落度损失原因十分复杂,目前还没有找到一种合适的方法解决坍落度损失的问题。尽管氨基磺酸盐和聚羧酸盐系减水剂在控制坍落度损失方面具有较好的效果,但有时也难免会出现意外现象。水泥浆集料界面微观结构模型图如图6所示,水灰比与水泥石结构如图7所示,水泥浆的结构如图8所示,萘系的坍落度损失及氨基磺酸盐等高效减水剂控制坍落度损失机理如图9所示,混凝土化学外加剂综合性能图如图10所示,不同外加剂的用量与减水率关系如图11所示,普通混凝土达到高性能混凝土的技术途径如图12所示。

(2)引气剂

掺入引气剂可使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布的微小气泡,防止离析泌水,更重要的是有效地改善了混凝土的抗冻融性和抗除冰盐性能,是提高混凝土使用寿命的一项有效措施。目前市场上供应的引气剂主要有松香类和烷基磺酸盐类,另外,也有用皂苷加工而成的产品。松香类引气剂制备方法简便,价格比较低,但引入的气泡结构较差;烷基磺酸盐类是典型的表面活性剂,引气效果较好。

混凝土中的引气量不仅与引气剂品种、掺量有关,而且也与水泥品种,水泥用量,掺合料的品种、掺量,水胶比,搅拌的方式、时间,坍落度,停放时间,振捣的方式、时间和气温等多种因素有关,必须通过试验找寻其中的规律,并在实际施工时不要轻易改变施工参数。工程中还经常将引气剂和高效减水剂等外加剂复合使用,必须通过试验确定合适的比例,最大程度地发挥协同作用。

(3)缓凝剂

掺加缓凝剂能够延长混凝土的凝结时间。缓凝剂与减水剂复合掺加还可以延缓混凝土的坍落度损失,降低水化放热速率,使大体积混凝土避免开裂。缓凝剂主要有无机盐和有机物两类。选择缓凝剂时同样要通过试验确定其品种和掺量。必须注意的是,掺缓凝剂混凝土的凝结时间与缓凝剂掺量并非简单的线性关系。对于有些缓凝剂,掺量超过一定数值后,缓凝效果将剧增,易导致严重的工程事故。缓凝剂与其他品种外加剂,如减水剂、防水剂或膨胀剂等复合掺加时,均必须事先进行试验。常用外加剂化学结构式见表5。

二、正确确定外加剂的掺量

确定外加剂的合适掺量,应该在保证混凝土技术性能要求的前提下,达到最经济的效果。有些外加剂超量掺加时,不仅达不到预期效果,反而会带来严重的负面作用。常用减水剂掺量范围见表6。

以固体掺量表示,以下外加剂的常用掺量为:萘系减水剂0.5%~1.0% (占水泥质量百分比,以下同);密胺系高效减水剂0.5%~1.0%;氨基磺酸盐系高效减水剂0.4%~0.8%;聚羧酸盐系高效减水剂0.1%~0.4%;木质素磺酸钠(钙、镁)0.2%~0.3%;引气剂的掺量一般都很小(千分之一到十万分之一);缓凝剂较为特殊,它的掺量与其种类有很大关系。

三、正确对待外加剂与水泥/掺合料的适应性问题

回转窑生产硅酸盐水泥流程如图13所示,硅酸盐水泥原料的化学组成见表7,硅酸盐水泥主要矿物组成与特性见表8,用稠度仪测定凝结时间示意图如图14所示,雷氏夹示意图如图15所示,影响外加剂与水泥之间适应性的因素见表9。

不同的外加剂具有各自不同的功能,能够对混凝土某一方面或某几方面进行改性。按照混凝土外加剂的应用技术规范,将检验符合有关标准的某种外加剂掺加到用按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土中,如能够产生应有的效果,该水泥与这种外加剂就是适应的;相反,如果不能产生应有的效果,则该水泥与这种外加剂之间存在不适应性。纯CS, β-CS,CA和CAF净浆抗压强度的发展如图16所示。

易出现与水泥不适应现象的外加剂有:木质素磺酸盐减水剂、萘系高效减水剂、引气剂、缓凝剂和速凝剂等。

影响HPC中外加剂与水泥适应性的因素很多,如:水泥品种、水泥矿物组成、水泥中石膏形态和掺量、水泥碱含量、水泥细度、水泥新鲜程度、掺合料种类及掺量、水胶比等。在配制HPC之前,必须选择数种水泥和外加剂样品,进行交叉试验,寻求适应性最好的外加剂和水泥品种,这样才能最大程度地提高HPC性能,并满足施工要求。外加剂与水泥不相适应的常见现象及采取的措施见表10。

四、萘系减水剂的多元复合改性

目前使用的大量萘系减水剂存在着坍落度损失大、与水泥的适应性差、易泌水等缺陷,运用物理多元复合技术对萘系减水剂进行了改性。改性后的萘系减水剂减水率增加,与水泥的相容性好,可有效控制坍落度损失,混凝土的泌水少、干缩小,其抗冻、抗渗等耐久性能提高。

(1)萘系减水剂

由于萘系减水剂是大量应用的一种高效减水剂,选用萘系减水剂,主要成分为β-萘磺酸盐甲醛缩合物,最佳掺量C×(0.7%~0.8%),减水率15%~20%。

(2)缓凝组分

高效减水剂复合缓凝组分可以有效降低坍落度损失。常用的缓凝剂有木质素磺酸盐、糖蜜、羟基羧酸、多无醇、磷酸盐等。有资料显示,木钙虽有引气、缓凝,但其复合后的流动度经时损失依然较大;糖钙虽使流动度经时损失小,但其缓凝性能强,会影响混凝土的早期强度,且使混凝土收缩大,影响耐久性;柠檬酸虽然也有较小的流动度经时损失,但过掺将使混凝土严重缓凝,且价格较高,易吸潮结块,影响均匀分散。磷酸盐使流动度经时损失小,缓凝时间适中、可调,属无机盐,无毒、不燃、易溶于水。同时在水泥水化过程中可形成钙盐,有利于混凝土强度的提高。故此选择磷酸盐为缓凝组分。

(3)引气组分

萘系减水剂复合引气组分后,可以引入大量封闭的微小气泡,更好地改善混凝土拌合物的和易性,减少泌水和降低黏性,提高硬化混凝土性能。

最常用的引气剂有松香类和合成阴离子表面活性剂。这里选择洗涤行业广泛使用且价格低廉、气泡性能稳定的烷基苯磺酸钠为引气组分,掺量为0.005%~0.02%时,引气量2%~7%。这里不需要大量引气,含气量大时,强度会降低,控制含气量2%~3%为宜。

(4)配方

萘系减水剂C×0.75%,磷酸盐C×0.1%,烷基苯磺酸钠C×0.007%。

五、具体试验方案

混凝土分布情况统计表见表11,C30混凝土试验配合比见表12,水泥颗粒的絮凝状结构如图17所示,极性气泡所起的润滑作用如图18所示,减水剂作用机理如图19所示,混凝土减水剂作用机理如图20所示,减水剂静电斥力分散机理示意图如图21所示,投料顺序如图22所示,减水剂空间位阻碍斥力分散机理示意图如图23所示,坍落度维持与损失模型如图24所示,空白水泥浆和减水剂水泥浆见表13。

六、混凝土制造过程中易出现的问题(图25~图29)

七、中国泵送混凝土分布汇总与商品混凝土价格(表14、表15)

表14 中国泵送混凝土分布汇总表

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