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影響混凝土坍落度經時損失的主要因素分析

發布時間:2020-08-31 人氣: 12

1引言

目前,我國商品混凝土應用的最為廣泛,其特點在于集中拌制、商品化供應。這就將混凝土從傳統的施工現場分離出來,是工程施工技術的一種革新,同時也是混凝土發展的一種必然趨勢。隨著現在商品混凝土的大范圍應用,這就要求混凝土在經過了較長時間的運輸和停放以后仍然能夠維持比較高的坍落度。在施工過程中,坍落度的損失很容易造成堵泵和施工困難以及拆模以后混凝土的蜂窩麻面現象,甚至產生工程質量問題。這些都嚴重地影響到了商品混凝土的泵送距離和泵送高度以及商品混凝土攪拌站的供應半徑。

2混凝土坍落度經時損失機理

通常認為,坍落度損失的機理在于幾個方面:

(1)因為水泥水化反應的發生,同時還有一部分游離水吸附于水化產物表面,另外一些游離水不斷蒸發,造成混凝土拌合物中的游離水逐漸減少,再加上分子作用力和外力等作用促進了水化產物的凝聚。

(2)對于摻高效減水劑的混凝土,隨著時間的延長,減水劑的減水作用降低,這也造成混凝土坍落度的損失。因為高效減水劑吸附在水化產物表面,部分減水劑被水化產物包裹,還有部分減水劑隨著水化反應的發生而被消耗掉,因此造成水泥顆粒之間的斥力減小,水泥顆粒絮凝,從而使混凝土坍落度變小。

(3)由于水泥的水化作用,水泥在水化過程中會產生大量的Ca(OH)2以及C-S-H等水化產物,這會增加體系的黏度,從而使混凝土的坍落度經時損失增大。實際工程中,減水劑等外加劑的廣泛應用會增強水泥的分散作用,使水泥顆粒的反應面積增大,因此,摻混凝土外加劑特別是減水劑的混凝土坍落度經時損失會更大。同時減水劑中大量的極性集團與一些金屬離子產生絡合物,造成液相中的離子濃度降低,加速了水泥水化初期的速度,使得整體混凝土體系的黏度增加,導致混凝土坍落度的經時損失。

3影響混凝土坍落度經時損失的因素分析

3.1膠凝材料

3.1.1水泥細度

水泥水化的過程是水泥熟料與水的反應過程,在這一過程中,水泥熟料與水不斷反應生成水化物,使得液相減少。溫漢美的研究表明,在水泥水化過程中,3~30μm的熟料顆粒主要起強度增長作用,而大于60μm的顆粒則對強度不起作用,小于10μm的顆粒主要起早強作用,3μm以下的顆粒只起早強作用。小于10μm的顆粒需水量大。流變性好的水泥10μm以下顆粒應少于10%。顆粒越細,細顆粒越多,需水量越大,早期強度越高,這必將加劇坍損。同時由于水化反應的進行,固相增多,固體顆粒之間相互聯結,從而導致混凝土的坍落度損失。因此,混凝土的流動性與水泥的水化過程有著重要的關系:水泥的水化速度越快,混凝土的坍落度損失也就越大。在相同條件下,水泥顆粒越細,用其拌制混凝土需水量就越大,水化反應越劇烈,這必然導致新拌混凝土的坍落度損失。另一方面,水泥顆粒越細水泥顆粒的數量越多,在相同的水灰比條件下,水泥顆粒之間的距離也就越小,在發生水化反應時,生成的水化物能夠很容易的相互聯結在一起,造成混凝土坍落度的損失。

在水泥熟料磨細過程中設法使熟料顆粒形成合理的、大小不同的顆粒級配,顆粒間相互填充,形成最低孔隙率,從而優化水泥石結構性能。水泥中粗細顆粒級配恰當,則可得到良好的流變性能。用這種水泥配制的混凝土流動性好、需水量低、坍落度損失小。

3.1.2水泥熟料礦物成分

鋁酸鹽礦物成分對減水劑的吸附能力要大于硅酸鹽礦物,并且吸附量越大,適應性越差。隨著鋁酸三鈣(C3A)含量的升高,混凝土坍落度損失明顯增大。因為鋁酸鹽含量較高,特別是C3A含量較高的水泥,C3A會對聚羧酸系減水劑進行吸附,影響硅酸鹽礦物硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)對聚羧酸系減水劑的吸附,同時,劉厚奮等人的研究表明,C3A水化熱大,水化反應的速率快,容易造成坍落度損失和減水率低。

3.2礦物摻合料

目前,在配置高性能混凝土時,會添加如粉煤灰類的礦物摻合料,其優點在于可以降低成本和改善混凝土的和易性、強度和耐久性。

黃煜鑌等人的實驗表明,摻粉煤灰和礦渣以后能夠有效地控制混凝土的坍落度經時損失的趨勢。其原因在于:

1)由于礦物摻合料其表面光滑致密,在拌合混凝土時,其分散在水泥粒子間,這些致密的顆粒起到了分散劑的作用,并且這種物理的分散效果不會隨著時間的延長而減弱;

2)礦物摻合料的加入減緩了水化反應,使整個體系的反應速率減慢;

3)大摻量礦物摻合料體系中,由于摻合料高效減水劑的飽和吸附量低,故整個體系的高效減水劑飽和吸附量低,混凝土拌合物液相中殘存減水劑的濃度就高;

4)摻合料,特別是粉煤灰,具有的保水作用,減少了水分的外溢;

5)摻合料的加入,大大降低了水泥水化熱,也就降低了拌合物的內部溫升。

3.3環境溫度

張登祥通過實驗得出早期的坍落度損失與混凝土的溫度成正比,溫度較高時,坍落度損失較大。同時,坍落度損失的大小與初始坍落度成正比,初始坍落度越大,坍落度損失也越大,因此不宜使用在設計時提高初始坍落度的方法來抵消預計會產生的坍落度損失,如圖1和圖2所示。

混凝土坍落度

許將也通過實驗得出環境溫度越高,混凝土坍落度的損失越大的結果,如表1所示。究其原因,在于環境溫度越高,水泥的水化速度越快,導致混凝土的坍落度損失越大。與此同時,在較高的溫度下,水分蒸發的較快,這也影響著混凝土坍落度損失。

混凝土坍落度

3.4地材

杜毅、白榮良等人的研究表明,砂和石子中的含泥量對混凝土的坍落度影響較大,具體體現在:隨著砂中的含泥量的增加,混凝土的坍落度值下降,在砂的含泥量為1%時最為明顯;石子中的含泥量每增大1%,混凝土的坍落度減小10mm以上,并且坍落度減小的程度會隨著混凝土強度等級的提高成倍增加。

在實際工程應用中,應盡量選擇含泥量較少的砂石,如受到環境限制,無法獲得較少含泥量的砂石,則應適當提高減水劑的摻量來減小混凝土坍落度損失。

3.5混凝土配合比

3.5.1水灰比

水灰比的大小由混凝土強度來決定,不能隨意進行改變。當水泥漿用量一定時,水灰比越大,水泥漿越稀,混凝土拌合物的黏聚性和保水性越差,產生流漿和離析現象,混凝土的坍落度會有減小的趨勢。究其原因,是因為此時粗細骨料沒有被足夠的水泥漿體包裹,潤滑作用嚴重不足,骨料之間的摩擦力增大,混凝土拌合物流動性降低。水灰比越小,水泥漿越干稠,混凝土拌合物的流動性越差,坍落度也越小。為增加混凝土的流動性可以采用適當摻減水劑或者同時增加水和水泥用量的方法,盡量避免單純提高用水量的方法。因為水灰比過高會使混凝土的黏聚性和保水性變差,生產出來的混凝土容易離析,從而影響泵送。

3.5.2砂率

楊志通過實驗得出,在混凝土不同的砂率中應該有一個合理的砂率值,如表2所示,此時砂率為39%,混凝土的坍落度經時損失相對較小。其原因在于,在水泥漿用量一定的條件下。砂率過大,導致骨料的總表面積增大,此時,包裹在骨料上的水泥漿厚度變薄,潤滑作用減小,混凝土拌合物坍落度降低。當砂率過小時,雖然骨料的總表面積有所減小,但砂漿量也減小,粗骨料沒有足夠的砂漿起包裹潤滑作用,此時的混凝土顯得粗澀,和易性差,混凝土拌合物坍落度小。

混凝土坍落度

4結論及建議

由以上分析可知,控制混凝土坍落度,應考慮以下幾個方面的因素:

1)充分認識到膠凝材料的特性??梢蕴砑泳從齽┭泳?/span>C3A等鋁酸鹽的水化反應或者添加保坍劑,以解決水泥細度對混凝土坍落度經時損失的影響。

2)合理適量添加礦物摻料。適量摻加粉煤灰等摻合料,可以節約水泥同時降低造價,還可以降低混凝土水化熱,提高其后期強度。

3)充分考慮環境溫度的影響。一般情況下,環境溫度越高,混凝土坍落度損失越大。因此,在夏季作業時,可以在早晚溫度較低的情況下拌制混凝土。

4)應盡量選擇含泥量較少的砂石。實際工程中,如受到環境限制,無法獲得較少含泥量的砂石,則應適當提高減水劑的摻量來減小混凝土坍落度損失。

5)合理設計混凝土配合比。在設計混凝土配合比的時候應該充分考慮到環境溫度、運距、外加劑品種等影響混凝土坍落度損失的因素,設計好配合比以后要進行實驗室適配,以確保其滿足強度、和易性、耐久性的要求,發現問題應及時進行調整。

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