| 泵送剂对混凝土性能的影响 | |||||
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关键词：泵送剂；组成；应用。 中图分类号：TU528.042文献标识码：A 0概述 随着我国混凝土工业的发展，商品混凝土的推广和应用，如今预拌商品混凝土大部分是泵送混凝土，泵送混凝土是在泵的推动下沿管道进行运输和浇筑的，因而，对混凝土的要求除了满足设计规定的强度、耐久性等性能外，还要满足管道输送过程中对混凝土拌和物的要求，即要求混凝土拌和物具有较好的可泵性，所以泵送剂的应用越来越广泛[1]。以前人们就是把普通的减水剂或高效减水剂作为泵送剂来使用，遇到了很多的问题，普通减水剂的减水率太低，很难满足泵送的要求，部分高效减水剂的坍落度损失大，给使用者带来很大的不便。增大坍落度只能依靠增加水灰比，但是随之又会出现一系列的问题：离析、泌水、混凝土强度降低等。目前人们对泵送剂的要求是：○1减水率要高。因为泵送混凝土流动性好，坍落度大，必须采用减水率高的减水剂或复合减水剂，减水率高可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土的强度，在达到所需的强度条件下，可以节约水泥，降低成本；○2坍落度损失小。坍落度的经时损失必须满足预拌混凝土与泵送混凝土的要求。最好坍落度损失控制在1～2小时损失不超过20%；○3不泌水、不离析、保水性好。保证混凝土的泵送能够顺利进行，不堵泵；○4有一定的缓凝作用。不仅能够保持坍落度损失小，而且可以降低水泥的初期水化热，推迟放热峰的出现，能够避免温度裂缝的产生；○5减小混凝土内部摩擦。即不能泌水又要易于流动，因此泵送剂必须有一定的引气作用，改善混凝土的综合流动性能[2,3,4,5]。 1泵送剂的组成 泵送剂通常不是一种 (1)减水剂 如木质素磺酸钙与木质素磺酸钠、萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸系减水剂等，这些减水剂具有减水率高，能够配置高强、大坍落度、自流平泵送混凝土，但是这些减水剂如萘系、三聚氰胺减水剂坍落度损失较大，而聚羧酸系减水剂则属于低坍落度损失外加剂，而且减水效果更好，更适用于配制低水灰比的高性能混凝土，目前我国正在推广使用聚羧酸系外加剂，相信在不久的将来聚羧酸系减水剂必是泵送剂的最主要的成分[6]。 (2)缓凝剂 由于萘系等高效减水剂坍落度损失大的原因，在泵送剂剂往往都要复配缓凝剂来解决这个问题。用作缓凝剂的有羟基羧酸类物质、多羟基碳水化合物、木质素磺酸盐和糖类等。目前我国使用较多的缓凝剂就是糖类缓凝剂，主要是葡萄糖酸钠，其缓凝效果好，在掺量适宜的条件下还有增加混凝土的强度的作用[7]。 (3)引气剂 混凝土中具有适当含气量时，微小气泡可以起到滚珠效应改善混凝土的流动性，减小泵送阻力。同时由于气泡的存在可以阻断混凝土中由于泌水形成的毛细管孔，进而降低泌水、离析，又可以提高抗渗、抗冻融性能。不过国内的泵送剂中复合引气剂的还是比较少的，主要原因是由于引气剂的用量很难把握好，掺量过多时，会引起混凝土的强度大幅度的降低。 (4)保水剂 保水组分亦成增稠剂，其作用是增加混凝土聚合物的黏度，主要是纤维素类、聚丙烯酸类、聚乙烯醇类的水溶性高分子化合物。其相对分子量都是比较的高，主要是能够提高粘度。他们掺入水泥浆中，形成保护性胶体，对分散的水泥浆起稳定作用，同时增加了粘聚性。由于泵送混凝土的施工工艺，要求混凝土一般是，离浇筑面有一定的高度，一般都有0.2～0.5m左右，而且浇筑物如果具有一定的高度，则混凝土下落的距离更大，就必须让混凝土具有很高的粘聚性。 2泵送混凝土的特点 混凝土在泵管内呈柱塞状向前流动，靠近管壁处有一层薄浆层，薄浆层的最外面是水膜层，里面是混凝土拌和物芯柱。水膜层和薄浆层形成阻力很小的润滑层，混凝土拌和物芯柱悬浮在润滑层内以平均流速2～6m向前运动。所以，要使混凝土能顺利泵送，必须能形成润滑层及泵送过程中混凝土芯柱始终保持粘聚状。混凝土的可泵性以坍落度、坍落度保留值、保水性和粘聚性表示。泵送剂提高了混凝土的内聚性和物料间润滑作用，降低了胀流，使混凝土泵送时不过度离析和泌水，因而可泵性更好。[2] 矿物掺和料是泵送混凝土的一个重要组分，主要是粉煤灰和矿渣，不仅可以节约水泥降低成本，而且可以降低水泥的水化热，品质好的粉煤灰矿物掺和料还可以降低混凝土的用水量，由于粉煤灰中玻璃体含量比较高，在混凝土中起到滚珠效应，从而表现混凝土的流动性变好，更加利于泵送。[8] 3对混凝土性能的影响 3.1对新拌混凝土性能的影响 (1)和易性[9] 泵送剂的主要成分是减水剂，能够显著改善混凝土的和易性，尤其是对低水泥用量的贫混凝土，在不提高水泥用量的情况下大大提高拌和物流动性，使其满足泵送要求。坍落度在12～25cm都是适宜泵送要求，坍落度过小吸入困难，无润滑层，摩擦阻力大，容易堵泵，泵送效率底。坍落度过大，在泵送压力下弯头处容易产生离析而堵泵。泵送剂在正确的掺量下能够提高混凝土坍落度8cm以上。根据实际混凝土要求，制定适宜掺量，或根据厂家推荐掺量来用。但是在使用之前一定要做与水泥的适应性试验，确保混凝土的正常泵送。 (2)保水性[10] 混凝土的保水性一般是以泌水来表示，保水性好坏可以在做混凝土坍落度试验时看出来，保水性差的混凝土在坍落度筒提起后，有较多的水泥浆从底部淌出。泌水率关系到泵送混凝土的匀质性和可泵性，泵送混凝土是在一定的泵压下由管道输送到浇筑现场，如果发生泌水，不但影响混凝土的质量而且会堵塞管道，造成堵泵，因此对泵送剂不但有常压泌水率要求，而且有压力作用下泌水率的要求。在常压情况下泵送混凝土在坍落度(18±1)cm时的泌水率称为常压泌水率。 (3)粘聚性 混凝土的粘聚性在试验中尚无衡量指标，一般凭眼睛观察，粘聚性差的混凝土在试验时容易倒坍和离散，坍落度扩展后的混凝土样中心部分不能有骨料堆积，边缘部分不能有明显的浆体和游离水分离出来，粘聚性好的混凝土砂浆对石子的包裹性能也好，不会在混凝土泵送时出现混凝土泵把砂浆泵出去，而在泵车的进料斗中留下大部分的石子，从而产生堵泵的现象。加入好的泵送剂可使混凝土的粘聚性提高。砂率也使影响泵送混凝土粘聚性的主要因素之一，砂率较小容易离散，所以中底强度泵送混凝土的砂率往往在40%以上，高强混凝土的砂率在34%～38%之间。 (4)含气量 混凝土中具有一定量均匀的分布的无害小气泡，对混凝土的流动性具有很大的提高作用，因为微小的气泡能够减小混凝土内部摩擦，降低泵送阻力。而且一定的引气量还可以降低混凝土的离析和泌水，对提高混凝土的耐久性也是有利的。但是过高的含气量会使硬化的混凝土的强度下降很多，所以泵送剂一般的含气量都在2.5%～4%左右，不大于5.5%[11]。 (5)凝结时间 泵送剂有一定的缓凝作用，特别是对初凝时间有一定的延缓。这主要是由于泵送混凝土对坍落度的保留值有一定的要求，在运送到工地的过程中，不能坍落度损失过大，到工地后要能够顺利泵送。在大体积混凝土工程时，泵送剂的加入还可以延缓混凝土的早期水化热，降低混凝土在强度很低时由于内外温差而产生的裂缝。泵送混凝土要特别注意冬夏季凝结时间的改变。在加入缓凝剂的时候一定要注意施工温度的改变。冬季施工时，不少工程希望用泵送剂提高混凝土早期强度，冬季施工时还希望防止冻害，这些在泵送剂中栽掺入特定的组分是完全可以做到的，比如：掺入早强剂，防冻剂等[12,13,14]。 3.2对硬化混凝土的性能的影响 (1)强度 泵送混凝土中掺有泵送剂，因为目前市场上的泵送剂的减水率都是比较的高，其强度一般都有一定的提高[17]。由于泵送混凝土中一般都掺有粉煤灰、矿渣或两者都有，所以其后期的强度都有一定的增长，泵送混凝土的流动性好可以在施工中能够充分的密实，施工容易，其强度一般都有一定的增加。 (2)收缩 收缩值是取决与混凝土的水灰比和水泥用量，目前市场上的泵送剂的减水率都是比较的高，一般都是15%以上，固水泥的干燥收缩值是比较的小，混凝土的收缩，一般都是由水泥的水化引起的体积减小[19]。低强度的混凝土虽然水泥用量比较的少，但是一般的水灰比较大，固收缩值也是比较的大，而高强混凝土虽然水灰比比较的低，但是由于水泥的用量较多，其收缩值也是不容忽视的。好的泵送剂具有降低混凝土的收缩的功能，主要是掺入减缩剂来降低混凝土的收缩[15]。 (3)碳化 碳化混凝土的碳化主要与混凝土的水灰比、矿物掺和料、养护条件等由关系，碳化是由于混凝土表面与空气中CO2反应，水泥中的Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO3。大的混凝土的碳化同条件的碳化深度也就大，粉煤灰的掺量一直是人们关心的问题，粉煤灰的掺量有个最佳值，要根据不同的水泥和粉煤灰来确定。泵送剂主要能够降低混凝土的水灰比，并且能够改善混凝土中的孔结构，使混凝土中的孔结构趋于完全封闭的结构，外界的CO2气体和水不能进入混凝土内部，从而降低碳化。泵送剂还可以改善混凝土表面的光洁度，使表面平整，也使降低碳化的一个方面[16]。 (4)耐久性 混凝土的耐久性有四大指标，分别是冻融、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应和CL-渗透[21]，混凝土泵送剂具有较高的减水作用，一般在大坍落度的情况下，有比一般混凝土小的水灰比，还具有提高混凝土的密实度作用，使外界有害物质不能进入混凝土内部，从而提高混凝土的耐久性。混凝土的抗渗和冻融等有一定的提高。泵送混凝土一般都会掺入矿物混合材，由于矿物混合材细度一般都是比较的大，有助于填补混凝土的微小孔隙，也有助于提高混凝土的密实度，故对混凝土的耐久性是有利的。碱骨料反应，是骨料中的活性成份与水泥水化产物的碱反应，破坏混凝土结构的一种作用，泵送混凝土中由于使用泵送剂后，可以大量使用矿物混合材料，矿物掺和料可以抑制碱骨料反应[17]。 1陈建奎.混凝土外加剂原理与应用[M].北京:中国计划出版社.2004.4 2熊大玉,王小虹.混凝土外加剂[M].化工工业出版社.2002.1 3刘红飞.复合外加剂的几个问题探讨[J].混凝土与水泥制品,1990(1) 4黄大能.混凝土外加剂应用指南[M].北京:中国建筑工业出版社,1989 5冯乃谦.控制混凝土坍落度损失的新技术[J].施工技术，1998，(2):30-32. [6]K.Yamada,T.Takahashi,S.Hanehara.M.Matsuhisa.Effectofthechemicalstructureonthepropertiesofpolycarboxylate-typesuperplasticizer[J].CementandConcreteResearch2000,(30),pp:197-207. 7张长清.一种控制混凝土坍落度损失的方法[J].武汉城市建设学院学报，2000(9),pp18-22 8肖文俊.高钙粉煤灰微观形貌及微珠活性[J].粉煤灰综合利用,1999,(04) 9王超,李灿胜等.新拌混凝土和易性控制[J].山东建材,2005(4),pp53-57 10柯昌君,程从密.混凝土泌水的成因及其控制[J].建筑技术开发,2004(4)31,pp39-41 11魏恩良,马景峰.影响混凝土含气量的因素[J].山东建材,2004(6),pp61-62 12马保国,黄学辉.外加剂对水泥净浆水化热的影响[J].武汉理工大学学报,2003,25(1),pp26–29. 13吴建国,王培铭.蔗糖对硅酸盐水泥调凝机理的研究[J].硅酸盐学报,1998,26(4),pp164–170 14钟梅颖.蔗糖对硅酸盐水泥缓凝机理的研究[J].福建建材2003(3),pp10-11. 15冉千平,刘加平,缪昌文,吴石山.沈健.减缩抗裂型混凝土超塑化剂的性能及其作用机理[J].硅酸盐学报,2006,34,(12),pp1537-1541. 16席永慧,蒋正武.徐伟.清水混凝土耐久性能的试验研究[J].粉煤灰综合用2006,(1),pp28-31. 17缪昌文,刘加平.刘建忠.外加剂对混凝土耐久性的影响[A],In:见:全国第二届混凝土结构耐久性科技论坛[C],南京,2006;南京,2006. |