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减水剂与水泥的适应性是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-05-16

减水剂是能使混凝土在保持原有坍落度不变的情况下,显著地减少混凝土拌合用水量的外加剂。在目前的混凝土施工中,无论冬季还是夏季,广泛采用减水剂改善混凝土的性能,拌制各种性能的混凝土,以满足设计施工要求。

(一)掺减水剂在水泥浆中的作用

由于水泥浆中加入减水剂,水泥颗粒表面形成吸附膜,影响水泥水化速度,使水泥晶体生长更完善,网络结构更密实,从而提高水泥石强度及密实性,无论是普通减水剂还是高效减水剂在混凝土中有如下作用:

(1)使水泥颗粒分散,改善混凝土的和易性。

(2)在保持坍落度不变的情况下,可使混凝土单位用水量减少8% ~25%。

(3)由于单位用水量的减少,使水灰比减少,可大幅度提高混凝土早期或后期强度,混凝土的密实性得到提高。

(4)若保持水灰比不变的情况下,可增大坍落度100~200mm,从而满足泵送混凝土与自密实混凝土和水下不离析混凝土的施工要求。

(5)由于用水量的减少,泌水、离析现象减少,可提高混凝土的抗压性能,使混凝土的耐久性增强。

(二)减水剂对水泥早期水化影响

水泥加水拌合后,颗粒表面的矿物成分很快与水发生水化和水解作用,产生新的水化物,并放出一定的热量,其水化产物有氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙及水化硫铝酸钙等。从运输到浇筑完毕称为水泥的早期水化,这个时期水化的化学物理过程,将影响混凝土的施工性能。

减水剂多数为表面活性剂,吸附于水泥颗粒表面使颗粒带电。颗粒间由于带相同电荷而相互排斥,使水泥颗粒被分散,从而释放颗粒间多余的游离水,达到减水目的,满足设计与施工要求。

在早期,由于CS和CA的主导作用,对水泥浆的流变性能和凝结性能至关重要,外加剂和水泥反应物的相互作用或外加剂对水泥水化的扩散过程、成核过程和生长过程的干扰将影响混凝土的性能。

(三)减水剂和水泥浆的流动性

在混凝土中,水泥加水后和水泥颗粒表面的化学作用,导致粒子形成聚集结构,束缚一部分水,不能用于润滑水泥粒子,也不能溶于水化。加入减水剂后,由于吸附作用和电荷斥力,使水泥粒子分散,释放束缚水并阻止粒子的表面相互作用,使水泥浆体的流动性增大,减水剂与水和水泥体系接触后即平顺地吸附于水泥粒子表面或者处于游离状态,CS、CA和外加剂在5min即达到最大吸附量,随着吸附量增加、流动度增大,CA在拌合后几秒钟吸附了相当多的外加剂,CS在6~7min才开始吸附外加剂,减水剂的吸附量与吸附速度受到水泥中硅酸盐相比例(CS/CS)和铝酸盐相比例(CA/CAF)的影响很大。对不同CS/CS比例和不同CA/CAF比例的水泥进行试验,结果表明:水泥中CS/CS和CA/CAF比值较高时,水泥吸附较多的减水剂;在CS和CS的数量保持不变,CA比CAF吸附了更多的减水剂,CS比CS吸附更多的减水剂。没有掺加外加剂的水泥,同时随着CS和CS所占比例增加,黏度增加,混凝土流动性较小。减水剂中萘磺酸高缩合物吸附于水泥粒子表面,铝酸盐呈正电荷,易吸附带负电荷的减水剂,硅酸钙带负电荷,稍后与铝酸盐吸附减水剂,水泥中四种矿物成分吸附减水剂均带负电荷,因同电荷相斥水泥粒子分散,随着减水剂的掺量增加,吸附量增加,混凝土的流动性增大,减水率增加到一定数量,到达最大减水率,此后再加减水剂掺量,减水作用不再增加。

水泥成分中主要四种矿物成分含量不同时,对减水剂的吸附量是不同的,得到的分散效果不同;同理可得,相同的和易性,就需要用不同的减水剂的掺量来达到,若水泥中CA或CS含量大时要用较多减水剂。

(四)掺减水剂对水泥凝结和混凝土坍落度损失的影响

水泥各成分和水反应的活性依次为:CA>CS>CS>CAF,掺外加剂对硫酸盐控制水化速度的影响必然会影响水泥的水化过程,部分水泥厂采用硬石膏做调凝剂,虽然在普通混凝土工程中应用这种水泥性能正常。但现在外加剂广泛应用,这种水泥会产生与外加剂不适应的问题,这在混凝土施工中产生混凝土假凝、闪凝等一系列的物理化学反应。水泥粒子同外加剂的分散作用,粒子间接触更为紧密,如粒子间斥力降低,将会使粒子间移动变得较为困难,静电斥力降低,粒子间的摩擦阻力增加,导致流动性降低,这就是坍落度损失。

高性能混凝土由于水胶比小,高效减水剂掺量多,掺加大量的混合材料使水泥与减水剂的不适应性问题更为突出,主要表现在减水率低,坍落度损失快的问题较多,影响混凝土与减水剂相容性的因素很多,如水泥的成分、细度、CA的含量、石膏的种类等。

(五)其他因素影响

在混凝土中应用的其他问题是:若应用不当或拌合方式不同也会引起混凝土流变性的变化。

(1)减水剂掺量较多时,水泥浆的流动度大,浆体稀薄,不足以与集料粘聚,往往会引起混凝土离析,可以适量增加用砂量,增加胶凝材料或适量减少减水剂掺量。

(2)试验数据小,往往不能反映试样的真实情况。对于同样的混凝土配合比,试验室内拌合的比拌合楼搅拌机少用0.1% ~0.2%普通减水剂,若是高效减水剂还要在此基础上增加1.0%左右。

(3)温度、集料贮存的场地及混凝土运距对减水剂效应也产生不利的影响。

混凝土温度高时,坍落度损失较快。集料贮存有凉棚遮阳挡雨,集料对混凝土坍落度变化小;反之,则混凝土的坍落度变化异常。运距超过40km以上,坍落度损失较多,在出机混凝土坍落度必须注意这一点,在外加剂的掺量上来调节这样的损失。

总而言之,无论是哪种减水剂都有一个最佳掺量问题,因为各种减水剂有其主要功能,也有一定的适用范围,使用时应发挥其特点,才能充分显示它的作用。

①使用水剂要根据具体条件要求选用。如一般混凝土主要采用普通减水剂;气温高时,掺用引气型减水剂或缓凝型减水剂;气温低时,多用复合早强减水剂。

②使用外加剂之前要进行试验,目前虽然已有外加剂国家标准和外加剂应用规范,但由于生产管理及其他一些原因,可能使某些产品质量不稳定,加上外加剂对水泥有一个适应性问题,为确保工程质量,除按现有规定对要用的外加剂性能进行检测外,还要进行混凝土试配。检测掺外加剂混凝土的实际性能。

③使用减水剂要优化混凝土的配合比设计,为确保工程质量,应对配合比做适当调整,由于掺入减水剂后,混凝土拌合物的和易性能获得较大改善,因此砂率可适当降低。

④使用减水剂要严格控制掺量,各减水剂都有各自的适宜掺量范围,即使同一种外加剂,不同的用途也有不同的适宜掺量,而且掺量与变动范围都很小,因此必须严格控制,掺少了达不到应有效果,超过掺量则可能产生不良后果,严重时,甚至可能造成质量事故。

⑤使用掺减水剂的混凝土要注意搅拌,运输和成型等操作的全过程,掺减水剂的混凝土,为了搅拌均匀,应适当延长搅拌时间,运输过程应注意保持混凝土拌合物的均匀性,避免离析分层;有缓凝型外加剂的混凝土拌合物,要注意拆模时间应适当延长;掺高减水剂的水泥混凝土要注意坍落度损失快的特性。

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