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摘要:
混凝土的應用相互促進了外加劑的飛躍發展,取得了十分可觀的技術經濟及社會效益。高層建筑重點工程都離不開混凝土外加劑,外加劑已成為混凝土施工中不可缺少的第五種主要組分。據不完全統計,目前商品混凝土中外加劑的年用量已到數百萬噸。每年節約水泥達數千萬噸。社會效益更是不可低估。由于一些施工技術人員對外加劑的理解應用技術掌握不夠,并非都能取得較好的使用效果,在混凝土施工中,因混凝土調試應用不當造成首先對外加劑的懷疑。本文就混凝土施工中對外加劑應用存在的一些認識誤區以及應對方案作一簡單分析。
關鍵詞:氣泡;緩凝劑;強度
一、復配引氣劑會降低混凝土強度?
許多混凝土施工企業的技術人員都認為外加劑復配引氣劑會降低混凝土強度和混凝土內部有氣泡是外加劑引起的,新拌混凝土表觀有大氣泡認為是引氣劑造成的,這是對引氣劑認識的一個誤區。“混凝土中含氣量增加百分之一會使強度降低百分之三到五”是他們的理論依據。不錯,混凝土含氣量增加強度會降低但這也是有前提的,應該確切的說混凝土中的含氣量在達到飽滿值時在增加含氣量才會造成強度下降。引氣劑的特性能起到增加包裹性、改善和易性和輔助減水的效果,能降低混凝土用水量,改變水膠比使混凝土強度得以提高。試驗表明,用水量減少1%也會使混凝土強度提高2%~4%,這是完全可以彌補因含氣量增加對強度的影響。試驗表明,含氣量對強度的影響還與氣泡結構有關。較細密均勻的氣泡對強度影響小,甚至沒有影響,而較大的氣泡才對混凝土強度產生影響。引氣劑對強度的影響還與混凝土設計強度及用水量有關。在正常情況下,低強度水膠比較高的混凝土含氣量即便增加5%影響到強度的幅度很小,而高強低水膠比的混凝土含氣量的波動就會影響到強度的幅度很大。也有人認為商品混凝土摻用引氣劑會增加施工成本,事實證明,混凝土施工中摻用引氣劑技術經濟效益都十分明顯。
1、混凝土氣泡:分為物理氣泡和化學氣泡。①物理氣泡是由新拌混凝土在攪拌過程中包裹的空氣。②化學氣泡是由引氣劑發生化學反應產生的大量微小氣泡。
氣泡的處理:新拌混凝土表面有氣泡者大多數是物理氣泡造成的,特別是高標號剛出攪拌機的混凝土表面會出現很多氣泡,這種情況是因高標號混凝土水膠比低,混凝土狀態釋放緩慢,攪拌時間需延長(普通混凝土生產攪拌時間一般控制在30-60秒,高標號混凝土生產攪拌時間一般控制在90-180秒)漿體稠度大在攪拌過程中把空氣包裹進混凝土里的,混凝土靜止后本身自密實性把氣泡擠出,上涌出現在混凝土的表面。這時工地人會認為是你外加劑的引氣劑造成的氣泡,這對混凝土上部結構的外觀要求有影響,用合理的解釋說服對方。
消除方法:高標號混凝土出機靜止幾分鐘再成型混凝土試模,成型過程中采用分層振搗有利于氣泡的排出使混凝土更加密實,成型后進行二次收面使混凝土表面美觀實用,也可以采用適量的加入消泡劑來降低氣泡的表面張力使泡沫更容易破滅。以實際容重、測壓強度來說服對方。
案例1:關于混凝土表觀氣泡是因外加劑引起
地點:安徽安慶望東長江公路大橋北岸連接項目
背景:望東長江公路大橋北岸連接項目部的2、3、4工區準備打C50箱梁混凝土,梁對工程來說相對是一件大事,對各種材料的選著都要求格外的嚴格,外加劑進場前需要在進行一次試配,驗證通過后才能進場使用。
混凝土要求:坍落度控制140±20mm,考慮到生產實際坍落度控制在180±20mm。
實驗材料:海螺P.O 42.5水泥、太湖砂:細度模數2.6、江西5-10、10-25石子、河水、蘇州弗克高性能減水劑。
C50配合比:W:145,C:483, S:690, G1176(3:7),J:6.76;
實驗數據:水膠比0.3、砂率37%、外加劑摻量1.4%、設計容重2500kg
出機狀態:初始坍落度200mm擴展度530mm,一小時坍落度200mm無損失,包裹性好,無泌水扒底現象。
出現的問題:混凝土出機后表面有大氣泡,實驗室人就此問題提出質疑。
解決方案:給其講解表面出現氣泡的原因,在以實際測試混凝土2475kg的容重數據來說服對方。
案例2:上部結構混凝土立柱表觀有氣孔
地點:兆河大橋中鐵十局項目部
背景:合肥中鐵十局承建兆河大橋項目,混凝土使用的外加劑都是公司提供的。
出現的問題:在打立柱時拆模后發現表面有氣孔,認為是外加劑引氣劑造成的。
解決方案:詢問近期外加劑使用情況,氣孔出現的時間和發貨時間是否相同,氣孔是出現在一根立柱上有還是所有的立柱都有,其他部位有無氣孔,砂子細度模數是否有變化級配是否合理,當時坍落度控制的大小,施工時使用的工藝振搗方式,模板使用的脫模劑等問題這些都和混凝土表面產生氣孔有關聯。通過了解得知,沒有新外加劑進場這就排除外加劑不同批次的波動問題,氣孔是打立柱才出現的其它上部混凝土結構沒有出現氣孔,砂子細度模數波動不大級配正常,坍落度控制在要求范圍內,排除后剩下施工工藝和脫模劑的問題。施工工藝的振搗和這有很大的關系,振搗時間、振搗工藝再加上脫模劑的問題都是造成氣孔存在的原因。脫模劑是根據工地情況不同而有很多品種可選,好一點工地買正規的脫模劑,有一些使用地溝油,但大多數工地為了節約成本使用柴油與機油三七混合使用既方便有省錢,柴油和機油混成的脫模劑,雖然它能起到正常的脫模作用,但因它本身比脫模劑的粘度大不利于混凝土氣泡的排出,造成了混凝土與模板之間的氣泡因粘度過大排除不出去,存在混凝土豎面,存在立柱豎面的氣泡待混凝土凝結后形成混凝土表面氣孔。把這些事情和項目技術負責人溝通好按這個方向去改進,幾天后進行電話服務時氣孔的問題解決了。
2、復配引氣劑會降低混凝土強度?
我們來了解引氣劑:引氣劑屬于化學物品之一,引氣是大量微小如球狀滾珠的獨立氣泡,氣泡結構好,氣泡半徑小?;炷林袚饺脒m量的引氣劑可以有效地改善混凝土的和易性、流動性、可泵性、保水性,混凝土中摻入引氣劑可以有效地提高混凝土抗凍、抗滲等耐久性能,混凝土中摻用引氣劑還可以防止混凝土中水泥粒子的二次吸附,減小坍落度損失。
引氣劑的種類:皂角類、十二烷基類、松香熱聚物等。
引氣劑重要指標:引氣量、氣泡形態、穩泡效果。
引氣劑的篩選:篩選最合適的引氣劑效果要注意幾點。⑴首先考慮的是引氣劑的引氣量的大小,這直接關乎經濟效益,舉個例子挑選了一種引氣劑,如果它單價高、引氣量又小,那我們在使用時要達到混凝土需求的含氣量這就需要增加引氣劑摻量才能滿足要求,造成了成本的提高。⑵氣泡形態:引氣劑種類不同其效果不一,有的氣泡較大容易破碎,有的氣泡細膩,大多數是肉眼觀察不到的微小獨立滾珠氣泡,這種氣泡相對其它不易破碎穩定性好,能很好的起到填充、潤滑的作用,對混凝土和易性、強度都有大的貢獻。
引氣劑的使用:在低標號混凝土中微小氣泡能很好的填充在混凝土內部的空隙,讓混凝土和易性得到很好的改善,使混凝土更加密實,這也是為什么摻引氣劑能有效防止混凝土離析、泌水的原因。高標號混凝土中使用引氣劑就要注意,含氣量的波動對強度影響是很大的(特殊情況例外)因高標號膠凝材料使用量高,用水量較少,水膠比低,混凝土自身已經很密實,但含氣量提高就會造成混凝土體積增大,由于容重下降而使強度降低,高標號混凝土使用時要注意把握摻量,適量的含氣量對混凝土和易性、流動性、強度都是有益的。
二、解決商品混凝土坍落度損失的唯一途徑是增加緩凝劑的用量?
商品混凝土加水攪拌后,隨著時間的延長,坍落度也會慢慢減小,這是商品混凝土施工中的正?,F象,但是對于在短期內坍落度迅速損失則會使混凝土無法澆注施工。為解決商品混凝土坍損,通常在外加劑配制過程中都會適量加入緩凝劑,這就給施工人員一個錯覺,誤認為增加緩凝劑用量是解決商品混凝土坍落度損失的唯一途徑。
混凝土坍落度損失是多種因素造成的,最大的影響因素當然是水泥水化加速,但也不可忽視水泥二次吸附的影響。水泥水化加速除因水泥細度外,水泥中調凝劑用量、水泥中鋁酸三鈣的含量、施工溫度都會影響水泥的水化速度。摻用緩凝劑當然可以抑制水泥水化,但由于水泥品種不同,水泥中礦化成份差別較大,并非只要是緩凝劑都能抑制這些礦化成份的水化。如一些缺硫缺堿水泥,緩凝劑的加入卻會加速水泥水化,加大坍落度損失。摻入硫酸鹽早強劑補充水泥中三氧化硫不足卻能抑制水化速度,減小坍落度損失。糖類緩凝劑用于C3A含量高的水泥沒有緩凝保坍效果,用于高堿水泥還會加速水泥水化甚至使混凝土產生速凝。
水泥混凝土摻入減水劑后,由于減水劑的吸附分散作用,水泥粒子是分散的,大量游離水的存在使混凝土流動性改善,混凝土具有較大的坍落度。由于水泥活性及其它影響因素,一定時間后水泥粒子又會重新吸附在一塊并包裹了大量游離水,促使混凝土坍落度損失加大。解決上述現象增加緩凝劑用量根本無效。而同摻少量引氣劑,細密的氣泡能有效地隔離水泥粒子,使之無法相互吸附,可以減小坍落度損失。即便采用了適用的緩凝劑,用量也不宜無限增大。緩凝劑的大量摻用,不但增加了施工成本,更會影響混凝土早期強度并影響施工進度。過量摻入緩凝劑,混凝土長時間處于塑性狀態,骨料下沉塑性收縮增大,混凝土水分大量蒸發,在水泥水化前失水太多還會使混凝土出現粉化現象,強度下降。不難看出,解決商品混凝土坍落度損失問題,應找出造成坍落度損失的主要影響因素。采取適當的保坍措施,而并非任意加大緩凝劑的摻用量就能解決。
三、商品混凝土冬季施工摻入降低冰點的防凍劑就可以防止混凝土凍害?
冬季混凝土施工時,為保證施工質量,防止凍害,一般都須摻入一定量的防凍劑。而防凍劑的主要組分少不了能降低冰點的成份。為此,許多施工者誤認為冬季施工時只需摻入有一定降低冰點功能成份的化合物即可防止凍害,這是對防凍機理的誤解。
雖然混凝土中水的凍點降低,凍害會減少,但是在負溫下混凝土中水泥水化停止,水化水雖未結冰,但混凝土也會長期無法形成一定的強度。不但無法進行混凝土連續施工,一段時期后仍會給混凝土形成凍害。試驗表明,提高混凝土臨界強度,大幅度減少容易產生結冰凍害的用水量,并增加能緩解混凝土冰凍膨脹應力的組分,即同摻減水劑、早強促凝劑及引氣劑,結合降低冰點是最好的防凍措施。而單一依靠降低冰點無法保證混凝土的凍害防止。
目前國產防凍劑采用的降低冰點的主要成份多為亞硝酸鈉及一些鈉鹽、鉀鹽。這些產品在-15℃施工時,摻用量一般為水泥用量的10%以上,當混凝土集料中活性集料較多時,它們所帶入的堿金屬離子易與集料中活性成分反應,產生體積膨脹,更由于堿含量的增加使混凝土干縮變形增大,產生微裂縫風險,影響了混凝土的耐久性。而采用上述復配組分的防凍劑,降低冰點的材料用量可減少40%--50%即可達到防凍目的。給混凝土帶來的堿含量也會大幅度減少,各種負作用減少。
四、混凝土是否可以摻用膨脹劑?
膨脹劑是一種摻入混凝土中能在限制條件下產生體積膨脹從而補償混凝土各種收縮,改善混凝土密實性,提高混凝土抗裂、抗滲性能的外加劑。長期以來筆者所見應用于該產品的成功實例不少。但近期以來,應用該產品后出現工程事故也越來越多,使許多工程人員對膨脹劑的應用效果產生懷疑,甚至產生了“混凝土不用膨脹劑不開裂,越用越開裂”的看法。上述觀念還出現在一些專家學者的論述中。是否在商品混凝土中不能摻用膨脹劑,筆者通過事故分析認為,商品混凝土中可無條件使用或完全不能摻用的說法都較為片面。
首先是膨脹劑的應用范圍,通過該產品的作用機理分析,在高強度及其它水膠比較低的混凝土中筆者認為不宜摻用。這是因為混凝土較低的用水量不能保證有足夠的水使其有效地產生體積膨脹。即使加強澆水養護,由于低水膠比混凝土較為密實,抗滲性高,只能有少量水滲入到混凝土中,仍無法滿足膨脹對水的需求。其次,由于膨脹劑的較高吸水作用,使混凝土內的水泥粒子因缺水不能充分水化,影響了混凝土強度。我國膨脹劑品種較多,這些產品的吸水膨脹期差別較大,摻入混凝土中如水泥凝結時間較晚,而所采用的膨脹劑吸水膨脹時間卻過快,使膨脹劑形成無效膨脹,這些膨脹劑對混凝土只起到摻合料的作用。膨脹劑的水化吸水膨脹需要補充大量的水,加強澆水養護是膨脹劑能充分發揮膨脹的首要條件。根據有關規范,摻膨脹劑的混凝土澆水養護期需要14天以上,而實際施工中80%以上的混凝土施工都不能保證這么長時間澆水養護,影響了使用效果。
必須指出的是摻膨脹劑的混凝土與普通混凝土一樣,在干燥的條件下都會產生自身體積的收縮。如果恢復到潮濕環境下,膨脹劑仍會重新恢復膨脹。而這些收縮也能使混凝土產生部分裂紋,恢復膨脹裂紋也會重新閉合。這就是該產品的自愈作用。因此,對于摻入膨脹劑后進入干燥期產生少量裂紋完全與產品質量無關,也不會影響混凝土性能。在商品混凝土中,C40或C40以下普通混凝土、防水混凝土、水工大體積混凝土中完全適用膨脹劑,而C40以上混凝土筆者認為不宜摻用膨脹劑。在商品混凝土中摻用膨脹劑必須充分了解產品性能,采用適當摻量,更要加強澆水養護,完全可以達到一定的技術效果。
參考文獻
1、田倩. 低水膠比大摻量礦物摻合料水泥基材料的收縮及機理研究[ D ]. 南京: 東南大學材料科學與工程學院, 2006.
2、袁杰.含泥量對高性能混凝土耐久性影響[J].混凝土,2003,8(166):31-33
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