淺談聚羧酸減水劑復(fù)配的應(yīng)用

袁 前

中鐵二十二局集團(tuán)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(dòng)了混凝土技術(shù)的發(fā)展,給混凝工程帶來(lái)了不可估量的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,為高性能混凝土的發(fā)展提供了持續(xù)增長(zhǎng)空間,也對(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(wèn)題。這對(duì)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(dá)不到混凝土的施工使用要求,需要通過(guò)對(duì)聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配以適應(yīng)新形勢(shì)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(qiáng)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(shí),不但減水增強(qiáng)效果提高了,還能改善減水劑單一摻用時(shí)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(shí)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(shí),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(dòng)較大的母液。在選用保坍劑時(shí),不能只考慮其保坍時(shí)間,更要考慮混凝土工作性;高保保坍效果較好,但摻入過(guò)多的高保,混凝土易泌,對(duì)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(yán)禁在減水劑中加入過(guò)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(shí),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(yán)禁采用單一緩凝劑復(fù)配,多種緩凝劑復(fù)合使用對(duì)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(jì)、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(shí)。

2.2 緩凝劑的選用及用量

在選擇緩凝劑時(shí),除考慮凝結(jié)時(shí)間外,更應(yīng)該考慮其對(duì)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(duì)其進(jìn)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(chǎng)混凝土施工時(shí)凝結(jié)時(shí)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(guò)10℃的冬季,緩凝劑的總量最大不宜超過(guò)20千克;在最高氣溫不超過(guò)25℃的春、秋季,緩凝劑的總量最大不宜超過(guò)40千克;在最高氣溫不超過(guò)35℃的夏季,緩凝劑的總量最大不宜超過(guò)60千克。若減水劑摻量超過(guò)1.0%,則按相關(guān)比例折算。

冬季混凝土減水劑復(fù)配時(shí),糖對(duì)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(guò)15千克;三聚磷酸鈉和檸檬酸對(duì)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(shí),因春、季秋氣溫溫和,溫差較小,可適當(dāng)摻加糖,對(duì)增加混凝土包裹和黏性、早期保坍有促進(jìn)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(guò)15千克;三聚磷酸鈉對(duì)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(duì)提漿效果好,但多摻混凝土黏,不宜超過(guò)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(shí),夏秋天氣炎熱,緩凝劑用量較大,故可適量摻加糖,對(duì)增加混凝土包裹和黏性、早期保坍有促進(jìn)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(guò)20千克;三聚磷酸鈉對(duì)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(duì)混凝土提漿效果好,但多摻混凝土易黏,不宜超過(guò)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(dá)到飽和摻量時(shí),再增大摻量也不起緩凝作用,還會(huì)給拌和物帶來(lái)副作用,如過(guò)量則造成混凝土不凝結(jié)、強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等,給工程質(zhì)量帶來(lái)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(guò)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(duì)能產(chǎn)生不同直徑的引氣劑進(jìn)行復(fù)配等。適量引氣劑可提高混凝土流動(dòng)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(wàn)分之幾到萬(wàn)分之一或萬(wàn)分之二。在選用引氣劑時(shí),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(shí)間愈長(zhǎng)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(duì)混凝土強(qiáng)度無(wú)不利影響,對(duì)混凝土提漿、包裹有非常大的促進(jìn)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(diǎn),減水劑復(fù)配時(shí),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(guò)量,會(huì)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(qiáng),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(guò)程中極易產(chǎn)生許多微小的封閉氣泡,能促進(jìn)混凝土提漿、流動(dòng)性的改善。為充分發(fā)揮二者的特點(diǎn),在復(fù)配時(shí),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(guò)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(jī)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(huì)變大,因此用絕對(duì)體積法計(jì)算配合比時(shí)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(shí)加則得到含氣量最小。另外,由于試驗(yàn)室和拌和站攪拌機(jī)功率和轉(zhuǎn)速不同,拌和站減水劑引氣劑必須是試驗(yàn)室用量80%,否則現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)度降低4%,導(dǎo)致強(qiáng)度不足。使用粉劑引氣劑時(shí)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(guó)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(jī)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(kāi),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(jìn)一步擴(kuò)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(shí)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(zhǎng)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(jiǎn)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(qiáng),往往有選擇性作用,摻量微小即可見(jiàn)效。德國(guó)科萊恩消泡劑水溶性較好,在復(fù)配時(shí)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(shí),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(yàn)確定。

2.5 工程實(shí)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(shí)際問(wèn)題實(shí)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(kuò)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(jī)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(jí)普通硅酸鹽水泥;明川Ⅱ級(jí)粉煤灰;天瑞機(jī)制砂,細(xì)度模數(shù)3.2,5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石;采用石家莊市長(zhǎng)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(jī)初始坍落度為220mm,擴(kuò)展度為440mm,1小時(shí)后坍落度為130mm,擴(kuò)展度為300mm,坍落度損失較快,混凝土黏稠無(wú)流動(dòng)性,根本無(wú)法滿足運(yùn)輸和泵送要求。把緩凝劑葡萄糖酸鈉每噸提高到50kg也無(wú)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(wèn)題的原因?yàn)?(1)混凝土坍落度和擴(kuò)展不匹配,坍落度220mm,擴(kuò)展度430mm,擴(kuò)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(kuò)展度應(yīng)該在500mm以上才正常,因?yàn)闇p水劑中加了纖維素增稠收漿,影響了混凝土流動(dòng)性(如同燒菜湯多了勾熒一樣)漿體不柔,大石上無(wú)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(kāi)始發(fā)白,發(fā)灰,流動(dòng)性變差了,所以出現(xiàn)有坍落度而擴(kuò)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(wú)漿,流動(dòng)性差混凝土坍落度再大點(diǎn)就會(huì)有碳顆粒析出。

(4)施工所用機(jī)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(tīng)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(duì)減水劑進(jìn)行了一系列復(fù)配試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)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(dòng)。

(5)加10kg硫代硫酸鈉,提漿,增加水泥適用性,這點(diǎn)硫代硫酸鈉幾乎不考慮早強(qiáng)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(guò)減水劑復(fù)配使用后混凝土出機(jī)測(cè)坍落度230mm,擴(kuò)展度550mm;1小時(shí)后坍落度為210mm,擴(kuò)展度為500mm;雖然膠材減了、砂率降低了但混凝土的出機(jī)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(dòng)性提高了更便于施工,靠的是水泥漿的流動(dòng)而不是原來(lái)大的砂率來(lái)流,坍落度增加的同時(shí)擴(kuò)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(huì)出現(xiàn)泌水、離析,還增強(qiáng)了水泥和骨料的黏合性提高了混凝土強(qiáng)度。

結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)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(jìn)減水劑在混凝土中的應(yīng)用。因此,減水劑的適應(yīng)性問(wèn)題也將越加會(huì)顯得“突出”。通過(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)科學(xué)合理加以復(fù)配,對(duì)解決混凝土工作性差的問(wèn)題行之有效。