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减水剂针对6种“问题”水泥如何调整?

发表时间:2024-06-04 访问量:4150

01什么是减水剂

      减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下,能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂。

      加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用,能改善其工作性,减少单位用水量,改善混凝土拌合物的流动性;或减少单位水泥用量,节约水泥。


02减水剂有哪些种类

  • 按外观形态分


      分为水剂和粉剂。水剂含固量一般有10%,20%,40%(又称母液),50 %,粉剂含固量一般为98%。


  • 按减水及增强能力分


      分为普通减水剂(又称塑化剂,减水率不小于8%,以木质素磺酸盐类为代表)、高效减水剂(又称超塑化剂,减水率不小于14%,包括萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等)和高性能减水剂(减水率不小于25%,以聚羧酸系减水剂为代表),并又分别分为早强型、标准型和缓凝型。


  • 按组成材料分


      木质素磺酸盐类、多环芳香族盐类、水溶性树脂磺酸盐类、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂等。


  • 按化学成分组成分


      木质素磺酸盐类减水剂类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类。


03减水剂的作用有哪些

  • 在不改变各种原材料配比(除水泥)及混凝土强度的情况下,可以减少水泥的用量。


  • 在不改变各种原材料配比(除水)及混凝土的坍落度的情况下,减少水的用量,可以大大提高混凝土的强度。


  • 在不改变各种原材料配比的情况下,可以大幅度提高混凝土的流变性及可塑性,使得混凝土施工可以采用自流、泵送、无需振动等方式进行施工,提高施工速度、降低施工能耗。


  • 掺加混凝土高效减水剂,可以提高混凝土的寿命一倍以上,即使建筑物的正常使用寿命延长一倍以上。


  • 减少混凝土凝固的收缩率,防止混凝土构件产生裂纹;提高抗冻性,有利于冬季施工。


04减水剂的作用机理是什么

  • 分散作用

  • 润滑作用

  • 空间位阻作用

  • 接枝共聚支链的缓释作用


05减水剂对几种“问题”水泥的解决方案

— 高碱水泥 —

      水泥中的可溶性碱通常以Na₂O当量表示,它主要来源于生产水泥的粘土及混合材中,适量的可溶性碱有利于促进水泥水化,更有利于混凝土早期强度发展。试验证明,水泥混凝土流动性随着碱含量的增加而提高。但是到达一定量,水泥会急剧水化,水泥浆流动性大幅度下降。掺入减水剂后塑化效果也明显降低。减水剂用于商品混凝土及泵送混凝土施工坍落度经时损失率增大。产生上述现象的原因一般认为,水泥中的碱对铝酸三钙(C3A)的溶出产生了促进作用,此时水泥在调凝剂CaSO4参与下很快形成了一定的AFt晶体,并包裹在C3A表面,抑制了C3A直接水化形成铝酸钙,改善了水泥浆的流动性。但是如果水泥中碱含量过高,由于初始就有大量AFt晶体形成,反而使流动度下降,减水剂用于上述水泥适应性必然会降低。主要表现在减水率不够,塑化效果差,坍落度经时损失率高。在使用高碱水泥时,如釆用低硫酸盐含量的减水剂,使用效果差。而如果采用硫酸盐含量较高的减水剂(硫酸钠含量20%以上)使用效果却会明显改善。这主要是,低浓减水剂所含CaSO4是在合成中和时产生,水溶性极好,在水泥中石膏尚未溶解时就大量溶于水中,当较高的碱加快C3A溶出时,因水中已有大量SO3存在,与C3A反应,形成AFt,从而阻止了因形成铝酸钙而导致的流动性下降,并减小了坍落度损失。不难看出,硫酸钠含量高的减水剂更能适应高碱水泥。许多聚羧酸减水剂PH值较低,如与柠檬酸等酸性缓凝剂合用对高碱水泥难以适应。主要是酸性外加剂掺入高碱水泥后,会迅速产生酸碱中和放热反应,温度急剧上升,不但促使水泥迅速水化,大量水化热放更会产生恶性循环,所配制的混凝土不但流动性差,坍落度很可能在极短的时间内消失。但如果采用其它碱性缓凝剂则可避免上述现象的产生。

— 低碱缺硫水泥 —

      水泥中可溶性碱更佳含量一般认为应该是0.4%-0.6%。通常将碱含量低于0.4%的水泥称为低碱水泥。而水溶性碱多以碱的硫酸盐存在,所以也将低碱水泥称为缺硫或欠硫水泥。缺硫水泥掺入减水剂通常流动性较差,而增大减水剂用量虽然有一定效果,但更会增大混凝土泌水,所配制的混凝土匀质性差,坍落度损失快,因此常用减水剂很难适应,即使将缓凝剂用量成倍增加也毫无作用。不难看出,缺硫水泥产生上述不适应现象的根本原因是由于水泥中SO3不够,降低了抑制水泥中C3A的水化效果,C3A对外加剂的迅速大量吸附也降低了减水剂塑化功能。因此只有补充可溶性碱(硫酸盐)对解决低碱缺硫水泥适应性问题有效。而常用的增大缓凝剂用量的方法效果并不明显。

— 高混合材用量水泥 —

      根据我国水泥标准,水泥中可以大量掺入混合材。目前使用较多的为粉煤灰、火山灰、矿渣及磨细石灰石等。这些混合材其活性、需水性、矿化成份及对外加剂的吸附性能区别较大,影响了外加剂对水泥的适应性。优质的粉煤灰应该是活性强(即活性SiO2及AL2O3含量高)、烧失量小、细度低、需水量小。其中烧失量对外加剂相溶性影响更大。烧失量即粉煤灰中未燃尽的碳的含量。烧失量越大,未燃尽碳含量越高,与外加剂相溶性越差。较高的碳含量更会劣化混凝土性能。未燃尽碳多为多孔颗粒,易吸水,在混凝土中需水量高,溢出后更会增大混凝土泌水,并会增大混凝土收缩变形,还会影响水泥浆与集料界面的粘结性能。碳遇水后,还可能在颗粒表面形成一层憎水膜,阻碍了水份进一步渗透,影响了粉煤灰的活性。研究也发现,粉煤灰中的碳有较强的吸附能力,减水剂掺入后它会与水泥争相吸附,影响了水泥浆的流动性。解决高烧失量粉煤灰,火山灰水泥与外加剂相溶性目前常用的办法,主要是增加外加剂的掺用量,并同掺一定数量的优质引气剂。矿渣由于含铝酸盐较多,因此需更多的石膏调凝剂,而按普通硅酸盐水泥工艺生产的矿渣水泥更容易出现缺硫现象。因此采用高硫酸盐含量的减水剂较为适应,同掺优质引气剂,微小细密的气泡也有一定减小铝酸盐对减水剂的吸附作用,但需增大掺用量。

— C3A含量高的水泥 —

      水泥的主要成份为C3S、C2S、C3A及C4AF,这些矿化成份其吸附活性顺序通常认为应该是C3A>C4AF>C3S> C2S ,其中C3A对减水剂的吸附量更大,因此在减水剂掺量一定时,混凝土流动性随着C3A含量增大而降低。坍落度经时损失率也随之增大。这主要是由于掺入减水剂大都会被C3A吸附,而占主要的矿化成份C3S却没有足够的减水剂去吸附分散,而使水泥浆流动性降低。多次试验看出,水泥中C3A含量超过8%,即会对混凝土流动性产生不利影响。试验证明,补充水泥浆中SO3即采用硫酸盐含量高的减水剂有一定效果。同掺一定数量的羟基羧酸盐缓凝剂,也能抑制C3A的吸附水化,而采用多元醇等缓凝剂效果不明显。还可以采用价格低廉的减水剂并适当增大掺用量,满足C3A吸附并有较多剩余减水剂去改善C3S等矿化成份的流动性。由于此类减水剂价格低廉,不会增大使用成本。

— 掺水溶性较差石膏水泥 —

      石膏是作为水泥的调凝剂使用的,它的掺用量基本与水泥中C3A含量相匹配。加水后石膏在水泥中形成一定数量的钙矾石,吸附在C3A中控制C3A的水化,起到调节水泥凝结时间的作用。常用石膏以二水石膏(CaSO4.H2O)水溶性更好,因此水泥生产多采用二水石膏。但石膏在水泥生产中多与水泥熟料同磨,在研磨时温度过高会使大量二水石膏转变成半水石膏(CaSO4. 1/2 H2O)或无水石膏(CaSO4)即硬石膏。也有些水泥厂也会直接采用无水石膏或使用一些工业废石膏如氟石膏、脱硫石膏、磷石膏等。硬石膏及上述废石膏水溶性较差,在水中溶解较慢,在外加剂中通常会加入性价比较高的木钙或糖钙等缓凝减水剂,而这些减水剂的掺入更会影响石膏的溶解性。由于石膏不能迅速溶解,水泥中C3A会迅速水化,产生大量铝酸钙晶体,造成混凝土假凝(即少量水泥已凝结而大量水泥颗粒尚未水化凝结,水泥浆失去流动性)。为防止掺硬石膏水泥或掺其它水溶性较差的石膏的水泥产生假凝,更好不使用木钙、木钠、糖钙等影响石膏溶解的减水剂。试验证明,控制上述减水剂的用量有一定效果。还可以同掺大量能补充水泥中SO3的外加剂也能控制假凝。

— 新鲜水泥及比表面积较大的水泥 —

      水泥出窑贮放时间及比表面积也会影响外加剂的适应性。通常我们将制成后贮放时间较短的水泥称为“新鲜水泥”由于上述水泥贮放时间短,水泥温度较高,水泥水化速度极快,加之由于水泥在研磨过程中产生电荷,颗粒之间相互吸附影响了减水剂的分散作用,增大了混凝土坍落度损失率。延长水泥贮放时间,待温度降至50℃以下,有利于改善与外加剂的相溶性,如无法延长水泥贮放时间,则可增加缓凝剂的掺用量也有一定效果。水泥的比表面积对外加剂的适应性有一定影响。比表面积较大的水泥需水量较大,达到一定流动性所需掺入外加剂较多,较大比表面积水泥早期强度发展较快,但对混凝土后期强度及保坍性能会产生不利影响。使用比表面积较大的水泥时应增大外加剂掺用量,考虑到不增加使用成本,可采用价格低廉的减水剂并适当增加减水剂及缓凝剂的掺用量。仍可达到较好的技术经济效益。由于水泥熟料及混合材的矿化成份与形态复杂,对减水剂的相溶性影响因素太多,很难用一种简易的办法解决所有减水剂对水泥适应性的问题,研究表明,目前正大力推广应用的聚羧酸盐高性能减水剂虽然对水泥适应性相对好于常用的各种高效减水剂,但仍存在一定适应问题。国内外常用的改变减水剂掺入时间及掺加方法有利于改善适应性,但用于一些特殊水泥相溶问题仍会出现,对于减水剂与水泥适应性的研究是一项较为复杂的问题,目前仍需进行深入细致的研究。

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