第十签不论平地与山尖:商品混凝土及泵送剂技术要点

　　商品混凝土一般为流态且可泵送的混凝土。混凝土的流变性能一般以工作度来综合评判，工作度是混凝土拌和物的粘性，流动性和稳定性的综合表现。在现场和实验室中常以坍落度和扩展度的大小表示，并考察是否离析或泌水等。本文着重探讨影响混凝土工作度和坍落度经时损失的各种因素及控制方法。
　　1　商品混凝土的配制及常见问题
　　搅拌站作为商品混凝土的生产者，一般要求所生产的混凝土坍落度大，工作性能和泵送性能良好，而且混凝土的坍落度经时损失小，同时具备良好的初期强度和后期强度。以期达到改善混凝土的施工性能和质量、加快施工速度、节省能耗、经济等的使用目的。
　　1.1　商品混凝土的配制技术
　　商品混凝土的配制技术关键是在用水量基本不变的情况下，掺加混凝土外加剂等使新拌混凝土获得大的流动性，以满足施工工艺的要求。
　　1.1.1　原材料的选用
　　根据所配制混凝土的要求选择合适的水泥、砂、石等原材料。其中水泥宜选用SO3和C3A配合合理、含碱量低的水泥。石子的粒径和种类根据配制混凝土的强度等级、泵管尺寸等选用。砂子的选用对商品混凝土的工作性能影响较大，当配制混凝土强度等级较低，石子级配或粒型不理想时宜适当调高砂率，增大砂子用量，防止离析和泌水，改善混凝土的粘聚性，保持良好的泵送性能。适宜的掺合料，在配制高强混凝土和低强混凝土时尤为有效。可大大改善混凝土的工作性能，而且比较经济。
　　1.1.2　配合比设计及调整
　　适宜的配合比是商品混凝土获得良好性能和经济性的重要手段。根据强度和施工要求、原材料情况，选用适当的水泥品种和用量、砂率、用水量以及合适的外加剂和掺合料，经试拌后进行相应的调整，可获得工作性能优良、强度及耐久性良好的混凝土。
　　1.1.3　外加剂的选用原则
　　外加剂作为混凝土的第5种组分，已是商品混凝土中不可缺少的一部分。选用商品混凝土外加剂以其减水率、保水性和保塑性为主要指标。在不增加用水量的前提下，使商品混凝土具有大坍落度、不离析、不泌水，坍落度经时损失小等性能的外加剂是优选产品。
　　1.2　商品混凝土常见问题
　　商品混凝土生产及施工中常遇到的问题主要有：
　　(1)离析、泌水，工作性不好。
　　(2)异常凝结，水泥与外加剂适应性不良。
　　(3)混凝土坍落度损失大，不能满足搅拌站及泵送需要。
　　(4)泵压过高或堵塞泵管。
　　(5)早期强度过低或后期强度不足。
　　这些问题无疑是混凝土工作性能不良和选材问题的综合表现，尤其是坍落度损失问题更为常见。解决这些问题，除了控制好原材料质量、调整好配合比外，外加剂和掺合料是主要原因。
　　2　工作度、坍落度经时变化及其影响因素
　　目前，反映流态混凝土工作性能的具体指标大多以坍落度大小来表示，现实工作中，除了考察坍落度大小外，还应考察混凝土的扩展度，即混凝土的流动性能，这样才能更好、更全面地反映混凝土的流变性能。在生产及实验室测试时，工作度应包含坍落度和扩展度两个主要指标。
　　影响混凝土工作度和坍落度经时变化的主要因素有以下几个方面：
　　(1)原材料,(2)混凝土的配合比,(3)温度(4)外加剂的掺量和掺入时间(5)搅拌工艺制度(6)掺合料等其它方面
　　2.1　不同水泥品种和用量的影响
　　不同水泥品种因其矿物成分含量不同，对混凝土工作度和坍落度经时变化的影响也不同。 C3A含量在10％左右的水泥比C3A含量5％左右的水泥，其坍落度损失率高30％，扩展度损失也大很多。单方混凝土水泥用量不同时，混凝土坍落度的经时变化规律基本一致。但水泥用量越大，坍落度损失越快。
　　2.1.2　外加剂掺入时间和掺量的影响
　　掺高效减水剂可以使基准混凝土的坍落度从6～8cm，提高到18～24cm，但损失较快。减水剂掺入量大时，坍落度损失相对较小。无论减水剂先掺或后掺，坍落度经时损失都较快，必须在浇灌混凝土前掺入减水剂才能体现出后掺法的效果。实际上，这种方法是避开了经时损失。
　　2.1.3　温度的影响
　　拌合物的温度越高，混凝土的坍落度经时损失越快。在低温时(例如5℃)混凝土坍落度损失很小。
　　2.1.4　掺合料的影响
　　混凝土的坍落度经时损失与掺合料有关，掺入一定量的掺合料可大大降低坍落度的经时损失。试验表明，在相同条件下，用Ⅱ级粉煤灰取代10％～15％的水泥，混凝土坍落度经时损失可减少30％～50％。
　　2.1.5　运输过程中的动态影响
　　动态运输过程对混凝土的坍落度经时损失有利，经与实验室静态混凝土坍落度经时损失试验数据对比，动态状况下，坍落度经时损失约小10％～15％。
　　3　混凝土坍落度损失机理及控制方法
　　3.1　坍落度损失机理
　　对于混凝土坍落度损失机理，目前尚无明确的统一解释。日本的服部健一等做过大量研究，认为主要是水泥颗粒物理凝聚的原因。另外一些学者则认为减水剂对水泥水化反应的影响是坍落度损失的主要原因。由于减水剂使得水泥颗粒分散程度增加，加速了水泥颗粒的水化，使部分自由水变为结合水。吸附在水泥颗粒或早期水化产物上的减水剂，或是被水化产物包裹，或是与水化产物反应，消耗大量减水剂，使减水剂含量降低，导致Zeta电位下降，降低了减水剂的分散能力，造成水泥颗粒凝聚。宏观上使得混凝土流动性下降。掺减水剂后，破坏了可溶性硫酸盐与C3A之间的平衡，或水泥中可溶性硫酸盐的形态不合适、C3A和碱含量高，都有可能引起不同程度的异常凝结或流动性降低，使坍落度损失增大。C3A和用于水泥调凝的石膏对水泥初期水化和结构形成的作用特别重要，钙矾石沉积在水泥颗粒表面阻碍了水化过程。由于减水剂的掺入，使可溶性硫酸盐减少，导致钙矾石生成不足，使水化加快，坍落度损失就加快。由于混凝土在运输过程中，混凝土中的气泡会溢出，也可使坍落度损失加快。
　　3.2　控制坍落度损失的方法
　　(1)采用后掺法，在混凝土出罐前加入外加剂。此法在采用时有一定难度，一般不采用。
　　(2)采用减水剂造粒技术。此法为清华大学发明，但由于生产造粒困难等不利因素，未能推广应用。
　　(3)采用C3A和碱含量低的水泥，坍落度损失相对较小，且不易发生异常凝结。
　　(4)适当增加减水剂用量。
　　(5)减少混凝土失水及低温拌和运输。
　　(6)采用高效减水剂与缓凝剂符合技术。此法为大多数人采用，且效果令人满意。
　　(7)采用新型合成减水剂。在合成过程中引入相应的官能团，使混凝土工作度经时变化在2～3h内波动小。且和易性良好。此法为目前最理想的办法，也是现在最新的控制办法。
　　4　泵送剂的配制原理及应用
　　4.1　混凝土泵送剂的配制原理
　　混凝土泵送剂不同于高效减水剂，除了应具备比较高的减水率之外，还应具有良好的可泵性。基于此原理，按照高效减水剂复合保塑剂、保水剂、引气剂，并引入适当的缓凝成分，来配制适合于搅拌站和工地现场使用的泵送剂，这样配制的目的是为了控制C3A的早期水化速度，使水泥浆体的动电电位保持在一定水平。缓凝成分的引入，并非单纯为了缓凝，而是为了控制混凝土坍落度的损失，其掺量也不同于常规意义上的掺量。
　　4.2　混凝土泵送剂的应用实例
　　按照以上配制原理，北京市建筑工程研究院配制生产了AN10－2泵送剂，该产品广泛适用于搅拌站及工地现场混凝土的生产和施工。1998年用于搅拌站或工地现场的数量已超过4000t，效果良好。使用AN10－2泵送剂配制的混凝土配合比及其坍落度经时变化和强度结果见下表1和表2。
　　表1　混凝土配合比 序号 设计强度 混凝土配合比 水泥牌号 外加剂型号 C S G W/C 拌合料 1 C55 478 671 1096 0.32 53 大同525 高强 2 C40 372 809 995 0.38 92 大同525 普通 3 C30 337 827 1043 0.54 — 长城525 普通 4 C60 486 646 1004 0.32 108＊ 长城525 高强
　　注：带＊掺合料由硅粉27kg＋粉煤灰81kg组合。其余为Ⅱ级粉煤灰。
　　表2　混凝土坍落度变化及强度
　　序号 坍落度经时变化(cm) 强度(MPa) 初始 60min 120min 3d 7d 28d 1 21.5 21.0 19.5 49.5 62.9 77.0 2 22.0 21.0 19.0 28.8 43.5 59.9 3 23.0 22.0 20.5 15.4 30.4 40.8 4 22.0 21.0 19.0 45.6 69.0 84.9
　　由此结果可见，AN10－2泵送剂实际使用效果良好，可控制2h坍落度经时保持率在90％左右。
　　5　新型高效减水剂的研究与应用
　　北京市建筑工程研究院还开发了一种带有保持混凝土流动性官能团的新型合成高效减水剂AN3000。此产品的原理是在合成减水剂的过程中引入官能团，使得水泥初期水化延缓，从而达到控制坍落度经时损失，提高减水率，保持良好工作性的目的。
　　该产品性能检测结果见表3，工程应用表明本产品具有减水率高，坍落度经时变化小，与水泥适应性良好，并且具有不离析、不泌水的特点。可泵送性能优越，而且使用AN3000的混凝土，其28d强度较萘系高效减水剂有较大的提高。工程应用结果见表4。
　　表3　用标准水泥检测AN3000的结果 检测项目 标准指标 检测结果 一等品 合格品 减水率(％) ≥12 ≥10 25.0 含气量(％) ≤3.0 ≤4.0 1.7 泌水率比(％) ≤90 ≤95 8.3 凝结时间(min) 初凝 －90～＋120 ＋40 终凝 ＋45 坍落度增加值(cm) ≥10 ≥8 13.2 坍落度保留值(cm) 30min ≥12 ≥10 18.5 60min ≥10 ≥8 17.5 抗压强度比(％) 1d ≥140 ≥130 150 3d ≥130 ≥120 164 7d 125 115 132 28d 120 110 125
　　表4　AN3000工程应用结果 设计强度 坍落度变化(cm) 抗压强度(MPa) 初始 60 120 3d 7d 28d C35 22.0 21.0 — 27.6 40.4 48.4 C50 20.0 21.5 20.5 33.5 49.8 68.7 C60 21.0 22.0 20.5 31.5＊ 69.1 81.3
　　＊为1d强度。
　　6　结语
　　商品混凝土发展迅速，外加剂和掺合料作为混凝土的第五和第六组分，已越来越广泛地应用。商品混凝土的高要求促进了外加剂的发展及坍落度经时损失控制技术的进步。随着混凝土向着高强度、高性能、低能耗的方向发展，势必会出现更多的新型混凝土外加剂。