商品混凝土生产中外加剂适应性问题

【摘　要】　商品混凝土(以下简称商混) 生产中经常遇到外加剂适应性问题,处理不好会造成堵泵、堵管使混凝土难以泵送,甚至造成混凝土质量下降,不能满足设计要求。本文探讨了商混生产中外加剂适应性问题形成原因并提出一些可操作性的解决方法。

【关键词】　外加剂适应性;商品混凝土

【中图分类号】　TU528.31 【文献标识码】　B 【文章编号】　1001 - 6864(2003) 06 - 0020 - 02

　　外加剂适应性问题(不包含使用不满足相关国家标准的外加剂、水泥所引起的问题) 通常是指在混凝土生产过程中水泥与外加剂出现不良反应,造成拌合后的混凝土工作性和其他性能出现问题的现象。这个问题从外加剂开始在混凝土生产中应用就出现了,多年以来世界各国学者、专业技术人员进行了许多研究工作,但由于其原因过于复杂,始终未形成统一认识,至今仍处于一事一议的状态。外加剂适应性问题在商混生产中也是经常困扰工程技术人员的问题,因为商混中使用外加剂的量相对较大,对混凝土的工作性要求较高,尤其是为满足某些性能需求而需要同时复合使用多种外加剂和掺合料,这就使商混生产中的外加剂适应性问题更加复杂。商混中外加剂适应性不良表现为以下几个方面:初始混凝土的和易性、流动性差,不能满足泵送要求,混凝土坍落度经时损失大,运输到施工现场后难以泵送;混凝土出现假凝或过度缓凝。这些问题造成混凝土不能顺利泵送施工,混凝土不能从罐车中正常排放、堵泵、堵管,混凝土在罐车假凝造成报废,浇注后假凝、过度缓凝使混凝土出现质量问题,甚至要将已浇注的混凝土拆除重新施工给商混企业带来巨大经济损失,并因工期延误带来其它方面损失。本文对商混生产中外加剂适应性问题出现的原因做了一些初步探讨,提出了一些解决方案供广大工程技术人员在商混生产中参考。

1 　水泥与外加剂适应性问题

　　在商混中出现外加剂适应性问题首先要从水泥与外加剂的适应性方面考虑,通常不同品种水泥对同一种外加剂的适应性是有较大差异的,这就决定了用同一种泵送剂有时无法使不同品种水泥配制的商混顺利泵送,商混生产中水泥与外加剂的适应性主要是水泥与泵送剂中的高效减水剂成分的相容性如何,水泥的各种熟料成分对高效减水剂有不同的吸附能力,C₃A 或C₃S 具有较高的吸附能力,所以混凝土要得到相同的和易性,C₃A 或C₃ S 含量高的水泥需要掺加更多的高效减水剂^{[1 ]} 。这就是为什么在商混生产中使用早强水泥容易出现外加剂不适应问题的原因,因为一般早强水泥的C₃A含量较高。现在泵送剂一般采用萘系高效减水剂作为减水组分,萘系高效减水剂存在坍落度损失大的缺陷,这是由于水泥颗粒被减水剂分散之后,一定程度上加快了C₃A 水化,在水泥颗粒表面形成一层水化物,将高效减水剂分子包裹,使静电斥力减弱,已被分散的水泥颗粒又重新聚集的原因^{[2 ]} 。

　　所以一般建议商混先拌合1～2min 后再加入泵送剂,使C₃A先反应掉一部分,然后减水剂开始起分散作用,这样减水效果较好,坍落度损失也较小。萘系减水剂与水泥相易性的另一问题是在用于含碱量较高的水泥时会使减水效果下降^{[1 ]} 。

　　商混中出现水泥与外加剂适应性不良时,根本的解决方法是更换水泥品种或更换泵送剂品种,但在工程实际中由于经济等各种原因,通常是无法这样做的。这时可以采用在原来泵送剂基础上掺加适量高效减水剂的方法,这样能使混凝土初始坍落度提高,满足泵送需求,并且初始坍落度高,一般坍落度经时损失相对也较小,如果坍落度损失依然过快,可以经试验复合采用多种缓凝,保塑组份达到保持坍落度的目的,对频繁更换水泥品种或使用早强水泥的商混企业特别要注意水泥与外加剂适应性问题,每次更换水泥都要预先做试验,以免贸然使用出现质量问题。

2 　掺合料与外加剂适应性问题

　　商混生产中经常要掺加一些掺合料,如粉煤灰、矿渣、沸石粉、硅灰等矿物掺合料,这些掺合料有时会出现外加剂适应性问题,原因是掺合料的化学成份复杂,活性不同,与外加剂中的化学成分可能出现复杂反应,从而出现与外加剂适应性不良,表现为初始坍落度低或坍落度经时损失大。比如粉煤灰含碳量高时,会由于碳吸附较多减水剂使坍落度下降;粉煤灰、沸石粉需水量过高时也造成坍落度下降;掺硅灰的混凝土变粘流动性差,矿渣相对外加剂适应性稍好。掺合料与外加剂的适应性问题有时也出现在水泥中所掺加的掺合料上,如水泥中掺加石膏用于调凝,但石膏与外加剂之间有时会出现不良反应,掺加硬石膏的水泥与外加剂作用后甚至会出现速凝。

　　出现掺合料与外加剂适应性不好时,通常是在试验基础上改掺更合适的掺合料,但也可在泵送剂基础上再掺加一定量高效减水剂,一般也能解决这个问题。但如果是水泥中掺合料与外加剂出现问题,则要考虑更换外加剂品种或对泵送剂中的某些成分进行调整。

3 　多种外加剂复合使用

　　商混生产中有时根据混凝土性能要求要同时复合使用除泵送剂以外的其它类型外加剂,如为提高早期强度加早强剂,为提高抗渗性能加膨胀剂,为防冻害加防冻剂等,这种情况下经常会出现外加剂适应性问题。因为在多种外加剂复合使用时混凝土拌合物中存在多种化学组分,这些化学成分之间以及它们与水泥水化反应之间可能出现的相互反应变得非常复杂,甚至难以控制,出现适应性不良的可能性增大。后果是混凝土出现假凝、速凝,或者过度缓凝甚至长时间不凝。

　　解决的方法是尽量采用同一外加剂厂家的产品,防止各种不同外加剂的相互干扰和外加剂中某些成分的不合理的重复叠加,从而起到相反作用,使混凝土工作性难以满足泵送需求,更加危险的是如不当复合使用多种外加剂可能造成混凝土耐久性下降、强度下降等其他质量问题。如果不是采用同一外加剂厂家的产品,需要预先进行外加剂匹配试验,同时请专家针对这些外加剂复合后对混凝土耐久性的影响进行判断,确有疑问时应该弄清每种外加剂的组成成份,经过专家研究,不会造成不良影响时方可使用。

4 　商混浇注后出现外加剂适应性问题

　　有时由于运输距离较近,商混搅拌后坍落度还未明显损失时混凝土已经浇注完毕,浇注一段时间后出现外加剂适应性问题,表现为混凝土假凝或过度缓凝,假凝和过度缓凝都是有可能造成较大危害的。假凝可能造成混凝土开裂,出现硬壳难以接茬;过度缓凝可能造成混凝土强度下降。出现这种问题时首先请专业技术人员针对水泥品种、各种外加剂组成成份、各种掺合料进行综合分析,以确定混凝土的各项耐久性能是否受到影响,如果确定耐久性能受到较大不良影响,则这些混凝土就要拆除重新浇注;如认为对耐久性能没有不良影响,则应通过快速养护试件确定混凝土强度等级是否达到设计要求,如强度满足要求,可以正常使用,如果强度不能满足设计要求,则要拆除重新施工。

5 　泵送剂生产与外加剂适应性问题

　　商混中使用的外加剂主要是泵送剂,泵送剂厂家在生产时也要充分重视外加剂适应性问题。比如泵送剂的主要成份高效减水剂多为萘系高效减水剂,在低浓型萘系高效减水剂中含有20 %左右的Na₂ SO₄ ,而硫酸盐经常是造成外加剂适应性问题的一个重要因素。关于混凝土中硫酸盐或SO₃ 对外加剂适应性影响问题各种学术观点很多,尚未形成统一认识,有时对坍落度没有影响,有时有利于增大坍落度,有时又会使坍落度损失加快。因为混凝土中硫酸盐来源复杂,比如水泥中的石膏、外加剂中的Na₂ SO₄ 等等,硫酸盐的存在形式也不同,所起作用也因为在不同水泥品种不同条件下有所不同,所以也难以用一种方式描述。比如Nava 等人试验了硫酸盐量对水泥浆粘度的影响,掺硫酸盐时,C₃A 与C₄AF 吸附高效减水剂减少,增加了硅酸盐的吸附量,硅酸盐相的分散性增加,降低了水泥的粘度,水泥浆流动性增加,但硫酸盐过量,会压缩双电层,降低Zeta 电位,使水泥浆粘度增加。Fuji 测定了Na₂ SO₄ 掺量对萘系高效减水剂水泥砂浆流动性的变化形式是当水溶性碱含量(eq·Na2O) 约为0.5 %时,掺萘系高效减水剂的水泥砂浆流动性最大,增加或减少碱含量都将降低水泥砂浆的流动性〔1〕。综合以上两种试验,笔者比较赞同以下观点,掺入过量硫酸钠时,初期由于有较多游离碱(Na2O)而形成的大量AFt 晶体,对水泥矿物包裹作用变差,包裹层容易破裂,浆体中CaSO₄ 浓度显得不足,水泥颗粒水化硬化加快〔3〕,这样就可能造成坍落度经时损失大或出现假凝。但是也经常遇到Na₂ SO₄ 量不太大时出现问题,比如有时用低浓型高效减水剂配制泵送剂出现商混坍落度低,坍落度损失快,在配合比不变的情况下,只将泵送剂中的减水剂由低浓型换成高浓型,问题就得到解决。作者认为这并不是由于高浓型与低浓型减水剂有效成分的差异引起的,而是高效减水剂中的Na₂ SO₄ 的作用引起的,但至于Na₂SO₄ 为什么有时会引起外加剂适应性问题,现在还无法给出一个令人信服的解释,是一个还需要深入研究的问题。作者考虑是不是Na₂ SO₄在某种条件下对减水剂有一种吸附作用,使减水剂的分散作用被削弱,这种推测供大家探讨。

　　泵送剂的保塑缓凝成分通常是用两种或多种化学成分复合搭配,这些成分的合理搭配也非常重要,有时两种缓凝成份复合后会加强缓凝作用,但另外两种缓凝成分复合就可能出现促凝,即使是两种原来复合后加强缓凝作用的缓凝成分由于量的不同也可能出现相反作用。还有不同的缓凝成分对不同的水泥作用也不同,因此泵送剂厂家也需要特别注意外加剂适应性问题,一个是注意原料匹配问题,一个是尽可能多地做与不同水泥的适应性试验,以确保外加剂推向市场时尽可能降低出现适应性问题的几率。

　　经验表明商混企业要注意保持水泥品种和外加剂品牌的相对稳定,不要频繁更换以免出现外加剂适应性问题,在使用早强水泥时尤其要注意外加剂适应性问题,早强水泥一般因为含有较多的C₃A 或C₃S ,相对容易产生外加剂适应性问题,在需要多种外加剂复合使用时,一定要预先做外加剂适应性试验。要避免使用质量不稳定的小水泥厂的水泥,要使用产品质量好、信誉程度高的外加剂厂家的外加剂,防止因水泥或外加剂质量不稳定而出现适应性问题。商混生产中无论怎样避免都可能遇到外加剂适应性问题,出现问题时从上面阐述的几个方面着手一般都可得到解决,使损失降到最低限度。归纳起来就是外加剂适应性问题要从水泥品种、掺合料成分、外加剂组成成分以及配合比几个方面着手,采取合理的措施,确保商混生产顺利进行,避免因外加剂适应性问题给商混企业带来不必要损失。