外摻聚羧酸與水泥溫度適應(yīng)性關(guān)系分析

(遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110003)

1 概 述

水工混凝土的拌制質(zhì)量影響著水利工程建設(shè)質(zhì)量。在水工混凝土拌制時常常外摻聚羧酸減水劑，若聚羧酸和水泥沒有較好的相容性，會造成混凝土拌和物離析、泌水、坍落度損失過大、凝結(jié)時長縮短等問題，影響混凝土質(zhì)量。水泥溫度為影響減水劑與水泥相容性的主要因素，研究外摻聚羧酸與各溫度水泥適應(yīng)性的關(guān)系可指導(dǎo)工程實踐，提升混凝土拌制質(zhì)量。

為了探究外摻聚羧酸減水劑與不同溫度水泥的適應(yīng)性關(guān)系，設(shè)計對比試驗并分析試驗數(shù)據(jù)。本文分別從水泥溫度與混凝土拌和物性能、水泥溫度與混凝土凝結(jié)時間、水泥溫度與混凝土坍落度和氣體含量損失百分比、水泥溫度與混凝土抗壓強度4個方面進(jìn)行研究。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)工程實踐，選取合適的水泥溫度，保證外摻聚羧酸的混凝土拌和質(zhì)量。

2 試驗材料和試驗方法介紹

選擇遼寧省某廠生產(chǎn)的32.5型低熱硅酸鹽水泥，粉煤灰為能順I(yè)I級，減水劑選用遼寧某廠生產(chǎn)的高性能聚羧酸類減水劑，引氣劑選擇長安育才GK-8A類，粗細(xì)骨料均選用玄武巖。設(shè)定試驗組的混凝土混合比與原材料保持一致，將上述原材料進(jìn)行混合后分析外摻聚羧酸時與各溫度水泥適應(yīng)性關(guān)系。設(shè)定各試驗組水泥溫度為變量，依次為20℃、40℃、60℃、80℃、100℃(試驗所用水泥的各性能指標(biāo)實測數(shù)據(jù)見表1,外摻高性能聚羧酸減水劑混凝土各性能指標(biāo)實測數(shù)值見表2)。經(jīng)過實測檢驗試驗所用材料各性能指標(biāo)全部達(dá)到相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)值。利用干燥烘箱把水泥加熱到各自設(shè)定的溫度來模擬水泥變化的倉儲溫度值(試驗中混凝土混合比設(shè)置情況見表3)。參考相應(yīng)的試驗規(guī)程操作指導(dǎo)完成混凝土和易性、氣體含量比例、坍落度、坍落度損失、氣體損失與混凝土相關(guān)力學(xué)性能的試驗，并記錄好各試驗數(shù)據(jù)，便于分析。

表1 試驗所用低熱硅酸鹽水泥的各性能指標(biāo)實測數(shù)值

表2 外摻聚羧酸的混凝土性能指標(biāo)實測數(shù)值

表3 試驗所用混凝土的混合比情況

3 試驗數(shù)據(jù)與關(guān)系探討

3.1 水泥溫度與混凝土拌和物性能關(guān)系分析

對混凝土拌和物各性能指標(biāo)進(jìn)行實測，各數(shù)據(jù)記錄在表4內(nèi)。由表4各數(shù)據(jù)可知：在水泥溫度超過60℃時，混凝土拌和物會有輕微的泌水現(xiàn)象。當(dāng)水泥溫度達(dá)到100℃時會發(fā)生骨料和漿體分離，混凝土拌和物的黏聚性下降。分析其原因主要是水泥溫度升高，混凝土拌和物溫度大幅上升且用時較短，這樣有利于聚羧酸高性能減水劑的減水作用效果。水泥溫度處于高值時在減水劑作用下會釋放出自由水，并分布在拌和物顆粒的間隙內(nèi)，這樣出機口處混凝土?xí)休^少的泌水存在。

表4 水泥儲藏溫度與混凝土和易性的關(guān)系分析

3.2 水泥溫度與混凝土凝結(jié)時間的關(guān)系分析

對各溫度試驗組的混凝土的凝結(jié)時間進(jìn)行記錄并繪制曲線(見圖1)。分析圖1內(nèi)曲線變化能夠得到混凝土的凝結(jié)時長與水泥溫度呈負(fù)相關(guān)，即水泥溫度越低，混凝土凝結(jié)時長越大。通過各試驗組的初凝時長與終凝時長對比發(fā)現(xiàn)，上述變化規(guī)律在初凝時長方面表現(xiàn)更為顯著。

圖1 水泥溫度與試驗混凝土凝結(jié)時長變化關(guān)系曲線

水泥溫度高會減小低熱混凝土凝結(jié)時長原因總結(jié)如下：?水泥溫度高導(dǎo)致混凝土拌和物溫度快速且大幅度上升，進(jìn)而加劇了水泥顆粒的水化過程；?水泥溫度高導(dǎo)致聚羧酸高性能減水劑的減水作用增強，從而使與水泥顆粒進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的自由水被大量釋放，并迅速構(gòu)成化學(xué)與物理性質(zhì)相對穩(wěn)定的膠凝結(jié)構(gòu)。

由于時間的增長，高溫水泥所儲藏的熱量逐漸釋放到周圍顆?；蛲ㄟ^空氣進(jìn)入外界環(huán)境，混凝土拌和物的溫度不斷下降直至與外界環(huán)境溫度一致。各溫度水泥拌和的混凝土溫度差值隨時間推移不斷降低，因此體現(xiàn)在混凝土終凝時間上差值幅度會相對下降。

3.3 水泥溫度與混凝土坍落度和氣體含量損失的關(guān)系分析

對各溫度試驗組的混凝土坍落度損失百分比進(jìn)行記錄并繪制曲線(見圖2)。分析圖2中曲線變化能夠得到：在相同時間下，水泥溫度與混凝土坍落度損失百分比呈正相關(guān)關(guān)系，即水泥溫度高，混凝土坍落度損失百分比大。各水泥溫度情形時混凝土坍落度損失百分比差距會隨時間推移呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢。在相同坍落度損失百分比時，水泥溫度與達(dá)到該坍落度損失百分比的用時呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，即水泥溫度高比水泥溫度低達(dá)到相同坍落度損失百分比用時要短，可推斷水泥溫度低時減水劑的保坍性能強。在工程實踐中若水泥溫度較高，為了降低混凝土的坍落度損失，必須采用保坍性能較好的減水劑才能夠獲得較好的施工質(zhì)量。

圖2 各水泥溫度時試驗混凝土坍落度損失百分比與時長變化關(guān)系曲線

圖3 水泥溫度與試驗混凝土含氣量損失百分比變化關(guān)系曲線

對各溫度試驗組的混凝土氣體損失百分比進(jìn)行記錄并繪制曲線(見圖3)。出機口處氣體含量所占百分比維持在4.5%～5.5%范圍內(nèi)時，混凝土拌和物含氣量保留值與水泥溫度緊密相關(guān)，且試驗混凝土含氣量保留值與水泥溫度大致呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即水泥溫度低，混凝土含氣量保留值高，試驗所用水泥混凝土含氣量損失百分比與水泥溫度呈正相關(guān)關(guān)系。

3.4 水泥溫度與混凝土抗壓強度的關(guān)系分析

對各溫度試驗組的混凝土的抗壓強度進(jìn)行記錄并繪制曲線(見圖4)。分析圖4內(nèi)曲線變化能夠得到：試驗所用低熱水泥混凝土早期抗壓強度與水泥溫度呈正相關(guān)關(guān)系(水泥溫度低，混凝土拌和物早期抗壓強度小)，僅有35d齡期的混凝土拌和物早期抗壓強度與水泥溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系(水泥溫度低，混凝土拌和物早期抗壓強度大)。當(dāng)水泥溫度達(dá)到100℃時，混凝土拌和物7d齡期的抗壓強度比溫度20℃時增長41.8%，然而35d齡期的抗壓強度比溫度20℃時減小約11%。

圖4 水泥溫度與試驗混凝土抗壓強度變化關(guān)系曲線

7d齡期之前的水泥溫度改變對混凝土拌和物的抗壓強度的改變十分顯著，15d齡期之后水泥溫度改變對于混凝土拌和物抗壓強度的改變程度逐步降低。

水泥溫度會對聚羧酸減水劑和水泥相容性造成一定影響的根本原因是由于水泥溫度的上升，造成混凝土拌和物系統(tǒng)總體溫度短時間內(nèi)增長，破壞可絮凝系統(tǒng)，進(jìn)而大量的自由水被釋放分散在顆粒之間，與水泥接觸面增大，水化反應(yīng)加快，形成大量的水化產(chǎn)物，再一次加劇水泥水化作用，最后反映在混凝土拌和物的強度快速增長。

4 結(jié) 語

為了探究外摻聚羧酸減水劑與不同溫度水泥的適應(yīng)性關(guān)系，設(shè)計對比試驗并分析試驗數(shù)據(jù)。本文分別從水泥溫度與混凝土拌和物性能、水泥溫度與混凝土凝結(jié)時間、水泥溫度與混凝土坍落度和氣體含量損失百分比、水泥溫度與混凝土抗壓強度4個方面展開研究，得到如下結(jié)論：混凝土混合比一致時，水泥溫度越高，外摻減水劑和水泥的適應(yīng)性越低，混凝土和易性減小，會出現(xiàn)離析或泌水現(xiàn)象；水泥溫度上升，混凝土坍落度與含氣量的損失百分比增大，混凝土凝結(jié)時間下降；水泥溫度顯著改變著混凝土抗壓強度，水泥溫度不斷增長，低熱水泥混凝土在15d齡期前抗壓強度上升，35d齡期后抗壓強度表現(xiàn)為下降趨勢。

綜上所述，在實際工程施工中拌和外摻減水劑的混凝土應(yīng)控制水泥溫度在60℃以內(nèi)，防止因水泥溫度過高影響混凝土質(zhì)量。入倉后做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作，防止早期水化溫度短時間釋放出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。