袁 前

中鐵二十二局集團第四工程有限公司 貴州遵義 563000

1 概述

聚羧酸減水劑的應(yīng)用推動了混凝土技術(shù)的發(fā)展,給混凝工程帶來了不可估量的技術(shù)經(jīng)濟效益,為高性能混凝土的發(fā)展提供了持續(xù)增長空間,也對其工作性、力學(xué)性及耐久性能提出新的、更高的要求。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,混凝土原材料資源日趨匱乏,隨著水泥的變化,砂、石原材料的劣化質(zhì)量變差,導(dǎo)致聚羧酸減水劑適應(yīng)性急劇下降,混凝土工作性能變差,施工困難甚至出現(xiàn)工程問題。這對于聚羧酸減水劑使用提出了更高的技術(shù)要求,單一聚羧酸減水劑已達不到混凝土的施工使用要求,需要通過對聚羧酸減水劑進行復(fù)配以適應(yīng)新形勢發(fā)展的需要。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同季節(jié)和溫度下的減水劑的復(fù)合應(yīng)用

為改善聚羧酸減水劑的應(yīng)用效果,增強混凝的工作性能,目前施工中都采用不同外加劑復(fù)合使用的方法。聚羧酸減水劑的復(fù)合使用,在不改變摻量時,不但減水增強效果提高了,還能改善減水劑單一摻用時的缺陷。如在聚羧酸減水劑中加入引氣劑,可改善混凝土泌水性,并能節(jié)約應(yīng)用成本。聚羧酸減水劑與緩凝劑、引氣劑同用能有效抑制混凝土經(jīng)時坍落度損失。減水劑復(fù)配的核心,即“提漿是核心,保坍是關(guān)鍵,巧用緩凝,巧用引氣、巧用保坍”。在選用聚羧酸減水母液時,宜用固含量較低(固含量45%及以下)、能適應(yīng)原材料質(zhì)量波動較大的母液。在選用保坍劑時,不能只考慮其保坍時間,更要考慮混凝土工作性;高保保坍效果較好,但摻入過多的高保,混凝土易泌,對減水母液和復(fù)配提出了更高的要求,宜采用中保和高保復(fù)合使用的方案;嚴禁在減水劑中加入過量的增稠,導(dǎo)致混凝土保坍效果差而再摻加大量的高保,致使混凝土效果原地打轉(zhuǎn),成本上升。在選用緩凝劑時,不能只注重其緩凝效果,更好考慮其提漿、改善包裹等綜合性能,嚴禁采用單一緩凝劑復(fù)配,多種緩凝劑復(fù)合使用對改善聚羧酸減水劑適應(yīng)性非常有好處。但聚羧酸減水劑復(fù)配必須以熟悉混凝土原材料性能、精通配合比設(shè)計、全面了解混凝土性能、熟悉混凝土施工工藝和控制等方面的知識。

2.2 緩凝劑的選用及用量

在選擇緩凝劑時,除考慮凝結(jié)時間外,更應(yīng)該考慮其對減水劑的提漿、包裹、光澤等方面的影響,并結(jié)合緩凝劑的其他性能,對其進行優(yōu)化組合,以便發(fā)揮其性能。聚羧酸減水劑緩凝劑的總用量是隨著天氣變化或現(xiàn)場混凝土施工時凝結(jié)時間的要求而定。這就需要精確掌握減水劑的緩凝用量,以習(xí)水的天氣為例,在減水劑摻量1.0%的情況下,各種季節(jié)緩凝劑最高用量為:在最高氣溫不超過10℃的冬季,緩凝劑的總量最大不宜超過20千克;在最高氣溫不超過25℃的春、秋季,緩凝劑的總量最大不宜超過40千克;在最高氣溫不超過35℃的夏季,緩凝劑的總量最大不宜超過60千克。若減水劑摻量超過1.0%,則按相關(guān)比例折算。

冬季混凝土減水劑復(fù)配時,糖對氣溫敏感,不能隨意摻加;葡萄糖酸鈉有一定減水功能,提漿和包裹性能不好,故不能多加,不宜超過15千克;三聚磷酸鈉和檸檬酸對混凝土提漿和包裹性能很好,故可以適當(dāng)摻加,約5千克;而六偏磷酸鈉除了提漿效果好外還有一定的保塑作用,混凝土光澤非常好(發(fā)亮),作為助劑可適當(dāng)摻加,其用量一般為葡萄糖酸鈉的0.3～0.5倍約3千克。春、秋季混凝土減水劑復(fù)配時,因春、季秋氣溫溫和,溫差較小,可適當(dāng)摻加糖,對增加混凝土包裹和黏性、早期保坍有促進作用,可摻加糖約5千克;葡萄糖酸鈉有一定減水功能,多摻易泌,提漿和包裹性能不好,不宜超過15千克;三聚磷酸鈉對混凝土提漿和包裹性能很好,故可以適量摻加,約20千克;檸檬酸對提漿效果好,但多摻混凝土黏,不宜超過8千克;而六偏磷酸鈉除提漿效果好外,混凝土光澤非常好(發(fā)亮),可適量摻加,約8千克。

夏季混凝土減水劑復(fù)配時,夏秋天氣炎熱,緩凝劑用量較大,故可適量摻加糖,對增加混凝土包裹和黏性、早期保坍有促進作用,約摻30千克;葡萄糖酸鈉有一定減水功能,但容易泌,提漿和包裹性能不好,不宜超過20千克;三聚磷酸鈉對混凝土提漿和包裹性能很好,故可以適量摻加,約15千克,檸檬酸對混凝土提漿效果好,但多摻混凝土易黏,不宜超過8千克;而六偏磷酸鈉除提漿效果好外,混凝土光澤非常好(發(fā)亮),可適當(dāng)摻加,約10千克。隨著緩凝劑摻量的增大達到飽和摻量時,再增大摻量也不起緩凝作用,還會給拌和物帶來副作用,如過量則造成混凝土不凝結(jié)、強度不達標(biāo)等,給工程質(zhì)量帶來安全隱患。

2.3 引氣劑的選用及摻量

引氣劑是一種低表面張力的表面活性劑,在攪拌過程中能使混凝土產(chǎn)生大量均勻分布、封閉而穩(wěn)定的微小氣泡。研究表明,為使引氣劑有效地發(fā)揮作用,還必須有輔助助劑;穩(wěn)泡劑、消泡劑,對能產(chǎn)生不同直徑的引氣劑進行復(fù)配等。適量引氣劑可提高混凝土流動性,優(yōu)質(zhì)引氣劑有一定減水作用,還能降低新拌和物的坍落度損失。

引氣劑摻量是極低的,一般只有膠凝材料總量的十萬分之幾到萬分之一或萬分之二。在選用引氣劑時,不能只考慮其引氣量的大小,更要考慮其引氣效果,即“相同摻量下含氣量,或起泡高度愈高,含氣量損失愈小,或消泡時間愈長引氣效率愈高:相同含氣量下平均氣泡間距系數(shù)愈小及氣泡愈小,氣泡結(jié)構(gòu)愈好”。黃引引氣效果好,引氣分子呈玻璃體狀,氣泡小,故氣損小,對混凝土強度無不利影響,對混凝土提漿、包裹有非常大的促進作用,極大改善減水劑適應(yīng)性;但根據(jù)各類引氣劑有特點,減水劑復(fù)配時,宜采用黃引和聚醚引氣劑復(fù)合的方案。黃引引氣量小(1千克黃引引氣量相當(dāng)于0.1千克聚醚類引氣劑的引氣量)。黃引雖提漿效果好,一旦使用過量,會導(dǎo)致混凝土發(fā)黏。聚醚類引氣劑與聚羧酸減水劑相容性好,起泡能力強,有效降低表面張力和界面能的表面活性劑,使水溶液在攪拌過程中極易產(chǎn)生許多微小的封閉氣泡,能促進混凝土提漿、流動性的改善。為充分發(fā)揮二者的特點,在復(fù)配時,優(yōu)選黃引和聚醚類引氣劑復(fù)合的方案,二者總量不宜超過2千克(每噸成品減水劑),通常摻加比例為河砂(黃引0.5千克,聚醚類引氣劑1千克)、機制砂(黃引1.0千克,聚醚類引氣劑1.5千克)。添加引氣劑后混凝土含氣量增大,混凝土總體積會變大,因此用絕對體積法計算配合比時應(yīng)當(dāng)考慮氣泡含量3%～5%。引氣劑在攪拌混凝土?xí)r最后加入可以最小摻量得到最大含氣量,而與膠凝材同時加則得到含氣量最小。另外,由于試驗室和拌和站攪拌機功率和轉(zhuǎn)速不同,拌和站減水劑引氣劑必須是試驗室用量80%,否則現(xiàn)場混凝土密度降低,含氣量超標(biāo),每增高含氣量1%,混凝土抗壓強度降低4%,導(dǎo)致強度不足。使用粉劑引氣劑時先溶于水中再摻入效果較好,德固賽及k-12型引氣劑引出的氣泡較大易破,容易在混凝土表面形成大氣泡避免使用,德國科萊恩和日本東邦的引氣劑效果較好可優(yōu)先選用。

2.4 消泡劑的使用和摻量

消泡劑既有抑制泡沫產(chǎn)生的作用,又要有消除泡沫的作用。不規(guī)則分布在液體表面的消泡劑能形成彈性膜,從而抑制了泡沫的產(chǎn)生。消泡的機理是最初消泡劑微滴吸附在氣泡上,然后是微滴在泡的膜面上鋪展開,再后則微滴膜向泡膜內(nèi)滲透并取代原表面活性劑組分,最后由于消泡劑表面張力低于泡膜表面張力而向四周進一步擴展從而使泡破裂。消泡劑主要是消除混凝土中較大的有害氣泡保留穩(wěn)定有益的微小氣泡。消泡劑和引氣劑實際上是相輔相成的。在引氣劑中摻有少量消泡劑,其效果是引氣劑的摻量與含氣量的正比增長有優(yōu)良的穩(wěn)定性。

消泡劑多數(shù)水溶性差,為油狀液或固體粉劑,但在水中分散性好,有分層情況可攪勻或搖勻后使用,將消泡劑按摻量加入減水劑樣品中搖勻后靜置1天,觀察分層或混濁程度,可簡便有效地掌握此消泡劑與母液的相容性。消泡劑專用性較強,往往有選擇性作用,摻量微小即可見效。德國科萊恩消泡劑水溶性較好,在復(fù)配時先消除母液中的有害的大泡后再引入有益的小氣泡,不同消泡劑的效果各異,所需加入以消泡為目的的減水劑溶液中添加消泡劑的引氣劑時,一般的用量為0.3kg/t(每噸成品減水劑)以下,最佳摻量應(yīng)經(jīng)試驗確定。

2.5 工程實施案例

聚羧酸減水劑綜合復(fù)配技術(shù)應(yīng)用成功解決了工程實際問題實例(混凝土工作性分析,混凝土坍落度損失快,減水劑復(fù)配技術(shù)調(diào)整)舉例如下:

在貴州遵義習(xí)水201酒廠廠房擴建施工中,該工程使用C30泵送混凝土,混凝土配合比為水泥∶粉煤灰∶機制砂∶小石∶大石∶減水劑∶水=302∶118∶814∶297∶693∶172∶5.88。原材料如下:習(xí)水賽德42.5級普通硅酸鹽水泥;明川Ⅱ級粉煤灰;天瑞機制砂,細度模數(shù)3.2,5～25mm連續(xù)級配碎石;采用石家莊市長安育才建材有限公司的聚羧酸高效減水劑GK-3000。其固含量為20%,其減水成分為70%、保坍成分為30%、緩凝劑用葡萄糖酸鈉30kg/t、引氣劑K12為2kg/t、纖維素0.5kg/t,在35℃氣溫下混凝土出機初始坍落度為220mm,擴展度為440mm,1小時后坍落度為130mm,擴展度為300mm,坍落度損失較快,混凝土黏稠無流動性,根本無法滿足運輸和泵送要求。把緩凝劑葡萄糖酸鈉每噸提高到50kg也無明顯改善。

2.6 原因分析及解決措施

經(jīng)分析,產(chǎn)生以上問題的原因為:(1)混凝土坍落度和擴展不匹配,坍落度220mm,擴展度430mm,擴展度和坍落度是不匹配的,正常情況,C30混凝土,不考慮流速,坍落度220mm,擴展度應(yīng)該在500mm以上才正常,因為減水劑中加了纖維素增稠收漿,影響了混凝土流動性(如同燒菜湯多了勾熒一樣)漿體不柔,大石上無包裹,漿發(fā)白,發(fā)灰,糟的,表面氣也不破?；炷脸砑釉俣嗟谋Ｌ從齽┮脖焕w維素吸附了自然保不住坍了。

(2)混凝土表面發(fā)亮,這是緩凝劑用葡萄糖酸鈉較多所致,導(dǎo)致混凝土抓底、板結(jié),混凝土工作性差,施工困難,加增稠收漿,漿像醬糊包在石子上,混凝土顏色開始發(fā)白,發(fā)灰,流動性變差了,所以出現(xiàn)有坍落度而擴展度小的情況。

(3)C30混凝土黏稠,且減水劑適應(yīng)性不好,廠家加了增稠收漿增包裹,導(dǎo)致坍落度損失較大,不易振搗,氣也不易排出,大碎石表面無漿,流動性差混凝土坍落度再大點就會有碳顆粒析出。

(4)施工所用機制砂比表面積大、表面粗糙,摩擦角大且棱角多大,需要包裹骨料的漿則更多,加之減水劑不提漿,只能用大砂率去增包裹,導(dǎo)致漿糟的,鏟混凝土?xí)r能聽到砂子與地面的摩擦聲(砂率大且減水劑不提漿所致)。

因此對減水劑進行了一系列復(fù)配試驗進行對比,調(diào)整如下:

(1)增加固含量到22%,調(diào)整減水成分為60%、保坍成分為40%,加25千克白糖(最高氣溫35℃),適當(dāng)增加包裹,適當(dāng)增黏,也有利于混凝土早期保坍。

(2)加葡萄糖酸鈉15kg,其有一定減水率,可節(jié)約一定成本。

(3)加六偏磷酸鈉10kg其除了緩凝外,還有一定分散提漿效果,混凝土有光澤。

(4)加消泡劑0.2kg,黃引0.5kg,聚醚引氣劑1kg提漿增包裹,穩(wěn)泡促流動。

(5)加10kg硫代硫酸鈉,提漿,增加水泥適用性,這點硫代硫酸鈉幾乎不考慮早強性能,主要是提漿、增加包裹。

(6)將膠凝材料總量從420千克降低至400千克,砂率從48%減到45%。

通過減水劑復(fù)配使用后混凝土出機測坍落度230mm,擴展度550mm;1小時后坍落度為210mm,擴展度為500mm;雖然膠材減了、砂率降低了但混凝土的出機的狀態(tài)更好了。減水劑中有提漿的成分使得漿體豐富包裹性好,流動性提高了更便于施工,靠的是水泥漿的流動而不是原來大的砂率來流,坍落度增加的同時擴展度也變大。幾種小料共同作用下交替助力緩凝使得保坍效果提高了;黏聚性也有了混凝土坍落度大一些也不會出現(xiàn)泌水、離析,還增強了水泥和骨料的黏合性提高了混凝土強度。

結(jié)語

隨著國家鐵路、公路及市政的工程建設(shè),混凝土的大量使用將極大地促進減水劑在混凝土中的應(yīng)用。因此,減水劑的適應(yīng)性問題也將越加會顯得“突出”。通過采取以上的綜合復(fù)配措施,在聚羧酸減水劑中采取摻入相容性好適量的外加劑小料,通過實驗科學(xué)合理加以復(fù)配,對解決混凝土工作性差的問題行之有效。