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影响混凝土坍落度经时损失的主要因素分析

发布时间:2020-08-31 人气: 9

1引言

目前,我国商品混凝土应用的最为广泛,其特点在于集中拌制、商品化供应。这就将混凝土从传统的施工现场分离出来,是工程施工技术的一种革新,同时也是混凝土发展的一种必然趋势。随着现在商品混凝土的大范围应用,这就要求混凝土在经过了较长时间的运输和停放以后仍然能够维持比较高的坍落度。在施工过程中,坍落度的损失很容易造成堵泵和施工困难以及拆模以后混凝土的蜂窝麻面现象,甚至产生工程质量问题。这些都严重地影响到了商品混凝土的泵送距离和泵送高度以及商品混凝土搅拌站的供应半径。

2混凝土坍落度经时损失机理

通常认为,坍落度损失的机理在于几个方面:

(1)因为水泥水化反应的发生,同时还有一部分游离水吸附于水化产物表面,另外一些游离水不断蒸发,造成混凝土拌合物中的游离水逐渐减少,再加上分子作用力和外力等作用促进了水化产物的凝聚。

(2)对于掺高效减水剂的混凝土,随着时间的延长,减水剂的减水作用降低,这也造成混凝土坍落度的损失。因为高效减水剂吸附在水化产物表面,部分减水剂被水化产物包裹,还有部分减水剂随着水化反应的发生而被消耗掉,因此造成水泥颗粒之间的斥力减小,水泥颗粒絮凝,从而使混凝土坍落度变小。

(3)由于水泥的水化作用,水泥在水化过程中会产生大量的Ca(OH)2以及C-S-H等水化产物,这会增加体系的黏度,从而使混凝土的坍落度经时损失增大。实际工程中,减水剂等外加剂的广泛应用会增强水泥的分散作用,使水泥颗粒的反应面积增大,因此,掺混凝土外加剂特别是减水剂的混凝土坍落度经时损失会更大。同时减水剂中大量的极性集团与一些金属离子产生络合物,造成液相中的离子浓度降低,加速了水泥水化初期的速度,使得整体混凝土体系的黏度增加,导致混凝土坍落度的经时损失。

3影响混凝土坍落度经时损失的因素分析

3.1胶凝材料

3.1.1水泥细度

水泥水化的过程是水泥熟料与水的反应过程,在这一过程中,水泥熟料与水不断反应生成水化物,使得液相减少。温汉美的研究表明,在水泥水化过程中,3~30μm的熟料颗粒主要起强度增长作用,而大于60μm的颗粒则对强度不起作用,小于10μm的颗粒主要起早强作用,3μm以下的颗粒只起早强作用。小于10μm的颗粒需水量大。流变性好的水泥10μm以下颗粒应少于10%。颗粒越细,细颗粒越多,需水量越大,早期强度越高,这必将加剧坍损。同时由于水化反应的进行,固相增多,固体颗粒之间相互联结,从而导致混凝土的坍落度损失。因此,混凝土的流动性与水泥的水化过程有着重要的关系:水泥的水化速度越快,混凝土的坍落度损失也就越大。在相同条件下,水泥颗粒越细,用其拌制混凝土需水量就越大,水化反应越剧烈,这必然导致新拌混凝土的坍落度损失。另一方面,水泥颗粒越细水泥颗粒的数量越多,在相同的水灰比条件下,水泥颗粒之间的距离也就越小,在发生水化反应时,生成的水化物能够很容易的相互联结在一起,造成混凝土坍落度的损失。

在水泥熟料磨细过程中设法使熟料颗粒形成合理的、大小不同的颗粒级配,颗粒间相互填充,形成最低孔隙率,从而优化水泥石结构性能。水泥中粗细颗粒级配恰当,则可得到良好的流变性能。用这种水泥配制的混凝土流动性好、需水量低、坍落度损失小。

3.1.2水泥熟料矿物成分

铝酸盐矿物成分对减水剂的吸附能力要大于硅酸盐矿物,并且吸附量越大,适应性越差。随着铝酸三钙(C3A)含量的升高,混凝土坍落度损失明显增大。因为铝酸盐含量较高,特别是C3A含量较高的水泥,C3A会对聚羧酸系减水剂进行吸附,影响硅酸盐矿物硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)对聚羧酸系减水剂的吸附,同时,刘厚奋等人的研究表明,C3A水化热大,水化反应的速率快,容易造成坍落度损失和减水率低。

3.2矿物掺合料

目前,在配置高性能混凝土时,会添加如粉煤灰类的矿物掺合料,其优点在于可以降低成本和改善混凝土的和易性、强度和耐久性。

黄煜镔等人的实验表明,掺粉煤灰和矿渣以后能够有效地控制混凝土的坍落度经时损失的趋势。其原因在于:

1)由于矿物掺合料其表面光滑致密,在拌合混凝土时,其分散在水泥粒子间,这些致密的颗粒起到了分散剂的作用,并且这种物理的分散效果不会随着时间的延长而减弱;

2)矿物掺合料的加入减缓了水化反应,使整个体系的反应速率减慢;

3)大掺量矿物掺合料体系中,由于掺合料高效减水剂的饱和吸附量低,故整个体系的高效减水剂饱和吸附量低,混凝土拌合物液相中残存减水剂的浓度就高;

4)掺合料,特别是粉煤灰,具有的保水作用,减少了水分的外溢;

5)掺合料的加入,大大降低了水泥水化热,也就降低了拌合物的内部温升。

3.3环境温度

张登祥通过实验得出早期的坍落度损失与混凝土的温度成正比,温度较高时,坍落度损失较大。同时,坍落度损失的大小与初始坍落度成正比,初始坍落度越大,坍落度损失也越大,因此不宜使用在设计时提高初始坍落度的方法来抵消预计会产生的坍落度损失,如图1和图2所示。

混凝土坍落度

许将也通过实验得出环境温度越高,混凝土坍落度的损失越大的结果,如表1所示。究其原因,在于环境温度越高,水泥的水化速度越快,导致混凝土的坍落度损失越大。与此同时,在较高的温度下,水分蒸发的较快,这也影响着混凝土坍落度损失。

混凝土坍落度

3.4地材

杜毅、白荣良等人的研究表明,砂和石子中的含泥量对混凝土的坍落度影响较大,具体体现在:随着砂中的含泥量的增加,混凝土的坍落度值下降,在砂的含泥量为1%时最为明显;石子中的含泥量每增大1%,混凝土的坍落度减小10mm以上,并且坍落度减小的程度会随着混凝土强度等级的提高成倍增加。

在实际工程应用中,应尽量选择含泥量较少的砂石,如受到环境限制,无法获得较少含泥量的砂石,则应适当提高减水剂的掺量来减小混凝土坍落度损失。

3.5混凝土配合比

3.5.1水灰比

水灰比的大小由混凝土强度来决定,不能随意进行改变。当水泥浆用量一定时,水灰比越大,水泥浆越稀,混凝土拌合物的黏聚性和保水性越差,产生流浆和离析现象,混凝土的坍落度会有减小的趋势。究其原因,是因为此时粗细骨料没有被足够的水泥浆体包裹,润滑作用严重不足,骨料之间的摩擦力增大,混凝土拌合物流动性降低。水灰比越小,水泥浆越干稠,混凝土拌合物的流动性越差,坍落度也越小。为增加混凝土的流动性可以采用适当掺减水剂或者同时增加水和水泥用量的方法,尽量避免单纯提高用水量的方法。因为水灰比过高会使混凝土的黏聚性和保水性变差,生产出来的混凝土容易离析,从而影响泵送。

3.5.2砂率

杨志通过实验得出,在混凝土不同的砂率中应该有一个合理的砂率值,如表2所示,此时砂率为39%,混凝土的坍落度经时损失相对较小。其原因在于,在水泥浆用量一定的条件下。砂率过大,导致骨料的总表面积增大,此时,包裹在骨料上的水泥浆厚度变薄,润滑作用减小,混凝土拌合物坍落度降低。当砂率过小时,虽然骨料的总表面积有所减小,但砂浆量也减小,粗骨料没有足够的砂浆起包裹润滑作用,此时的混凝土显得粗涩,和易性差,混凝土拌合物坍落度小。

混凝土坍落度

4结论及建议

由以上分析可知,控制混凝土坍落度,应考虑以下几个方面的因素:

1)充分认识到胶凝材料的特性。可以添加缓凝剂延缓C3A等铝酸盐的水化反应或者添加保坍剂,以解决水泥细度对混凝土坍落度经时损失的影响。

2)合理适量添加矿物掺料。适量掺加粉煤灰等掺合料,可以节约水泥同时降低造价,还可以降低混凝土水化热,提高其后期强度。

3)充分考虑环境温度的影响。一般情况下,环境温度越高,混凝土坍落度损失越大。因此,在夏季作业时,可以在早晚温度较低的情况下拌制混凝土。

4)应尽量选择含泥量较少的砂石。实际工程中,如受到环境限制,无法获得较少含泥量的砂石,则应适当提高减水剂的掺量来减小混凝土坍落度损失。

5)合理设计混凝土配合比。在设计混凝土配合比的时候应该充分考虑到环境温度、运距、外加剂品种等影响混凝土坍落度损失的因素,设计好配合比以后要进行实验室适配,以确保其满足强度、和易性、耐久性的要求,发现问题应及时进行调整。

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