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高性能混凝土中外加剂的掺加方式与适应性
发表日期:2021-10-22 阅读人数:309

高性能混凝土中外加剂的掺加方式与适应性

上海同济大学 孙振平

随着现代混凝土技术的发展,具有良好的施工性能,高体积稳定性(收缩变小、硬化过程中不开裂),满足实际要求的抗压强度(一般≥50MPa),以及优异耐久性的高性能混凝土(HPC)日益成为工程界研究和应用的热点。HPC 和普通混凝土(NC)或高强混凝土(HSC)的本质区别在于“以保证耐久性和良好的工作性能为前提”。配制 HPC 时,采用的措施一般为同时掺加矿物掺合料和以高效减水剂为主的外加剂,达到降低水胶比,改善流动性、强度和耐久性的目的,满足混凝土高性能的要求。

然而,由于混凝土外加剂的多样性,以及混凝土外加剂与水泥/掺合料的适应性问题,HPC的配制并非理论上那样简单。

一、正确选择外加剂

各种外加剂的性能和作用各不相同,使用时应当从混凝土性能要求出发选择合适的外加剂。在 HPC 中高效减水剂是最重要的,也是必不可少的外加剂,因此必须慎重选择。引气剂、缓凝剂、早强剂、膨胀剂和防冻剂等其他类型外加剂,也是 HPC 在某些情况下所需要的。

1.高效减水剂

高效减水剂的掺加量、掺加方式,与水泥的适应性等问题制约着所配制 HPC 的性能。由于聚羧酸盐系高效减水剂在市场上所占的分额较低(2%以下),目前最常使用的高效减水剂主要有密胺系和萘系高效减水剂两类。密胺系高效减水剂主要为钠盐,无色;萘系高效减水剂以钠盐和钙盐为主,呈棕色。

在混凝土中选用高效减水剂时,要同时考虑水泥的品种和其他成分的特性,如掺合料的特性。在不允许引入氯离子或预计有潜在的碱──集料反应危害时,要慎重选择钠盐减水剂。选用时既要考虑经济性,又要注意减水剂的质量稳定性。

应该注意的是,千万不能仅根据产品说明书来选用高效减水剂和确定掺量,一定要通过试验选择适当的类型,确定合适的掺量。当选择两种以上的外加剂进行复合掺加时,更要通过试验确定它们的搭配比例,并避免产生沉淀失效。

密胺系高效减水剂本身无色,与白水泥配合时不会带入浅棕色颜色,但其价格较萘系高效减水剂高,在 HPC 配制时极少采用。

为控制混凝土坍落度损失,常常需要将萘系高效减水剂与缓凝等组分复合使用。但是,混凝土坍落度损失原因十分复杂,目前还没有找到一种合适的方法,用以解决坍落度损失。

尽管氨基磺酸盐和聚羧酸盐系减水剂在控制坍落度损失方面具有较好的效果,但有时也难免会出现意外现象。

2.引气剂

掺入引气剂可使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布的微小气泡,防止离析泌水,更重要的是有效地改善了混凝土的抗冻融性和抗除冰盐性能,是提高混凝土使用寿命的一项有效措施。目前市场上供应的引气剂主要有松香类和烷基磺酸盐类,另外,也有用皂苷加工而成的产品。松香类引气剂制备方法简便,价格比较低,但引入的气泡结构较差;烷基磺酸盐类是典型的表面活性剂,引气效果较好。

混凝土中的引气量不仅与引气剂品种、掺量有关,而且也与水泥品种,水泥用量,掺合料的品种、掺量,水胶比,搅拌的方式、时间,坍落度,停放时间,振捣的方式、时间和气温等多种因素有关,必须通过试验找寻其中的规律,并在实际施工时不要轻易改变施工参数。工程中还经常将引气剂和高效减水剂等外加剂复合使用,必须通过试验确定合适的比例,最大程度地发挥协同作用。

3.缓凝剂

掺加缓凝剂能够延长混凝土的凝结时间。缓凝剂与减水剂复合掺加还可以延缓混凝土的坍落度损失,降低水化放热速率,使大体积混凝土避免开裂。缓凝剂主要有无机盐和有机物两类。选择缓凝剂时同样要通过试验确定其品种和掺量。必须注意的是,掺缓凝剂混凝土的凝结时间与缓凝剂掺量并非简单的线性关系。对于有些缓凝剂,掺量超过一定数值后,缓凝效果将剧增,易导致严重的工程事故。缓凝剂与其他品种外加剂,如减水剂、防水剂或膨胀剂等复合掺加时,均必须事先进行试验。

二、外加剂的掺量

确定外加剂的合适掺量,应该在保证混凝土技术性能要求的前提下,达到最经济的效果。有些外加剂超量掺加时,不仅达不到预期效果,反而会带来严重的负面作用。

以固体掺量表示,以下外加剂的常用掺量为:萘系高效减水剂 0.5%~1.0%(占水泥重量百分比,以下同);密胺系高效减水剂 0.5%~1.0%;氨基磺酸盐系高效减水剂 0.4%~0.8%;聚羧酸盐系高效减水剂 0.1%~0.4%;木质素磺酸钠(钙、镁)0.2%~0.3%;引气剂的掺量一般都很小(千分之一到十万分之一);缓凝剂较为特殊,它的掺量与其种类有很大关系。

三、外加剂的掺加方式

外加剂的掺加方式对其使用效果影响很大,尤其是高效减水剂、引气剂和泵送剂等外加剂。外加剂的掺用方法通常有三种:同掺法、后掺法和分批添加法。它们各有优缺点,但有一点不可否认:采用后掺法和分批添加法可以改善水泥与外加剂的适应性,增强使用效果,甚至可以降低外加剂的用量。但高效减水剂采用后掺法时,容易造成泌水现象。

四、正确对待外加剂与水泥/掺合料的适应性问题

不同的外加剂具有各自不同的功能,能够对混凝土某一方面或某几方面进行改性。按照混凝土外加剂的应用技术规范,将检验符合有关标准的某种外加剂掺加到用按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土中,如能够产生应有的效果,该水泥与这种外加剂就是适应的;相反,如果不能产生应有的效果,则该水泥与这种外加剂之间存在不适应性。

易出现与水泥不适应现象的外加剂有:木质素磺酸盐减水剂、萘系高效减水剂、引气剂、缓凝剂和速凝剂等。

影响 HPC 中外加剂与水泥适应性的因素很多,如:水泥品种、水泥矿物组成、水泥中石膏形态和掺量、水泥碱含量、水泥细度、水泥新鲜程度、掺合料种类及掺量、水胶比等。在配制HPC 之前,必须选择数种水泥和外加剂样品,进行交叉试验,寻求适应性最好的外加剂和水泥品种,这样才能最大程度地提高 HPC 性能,并满足施工要求。

遇到外加剂与水泥不适应的难题后,更换外加剂或水泥品种、采用减水剂后掺法等,均能解决。




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