熱門關(guān)鍵詞： 中性膩?zhàn)幽z粉 纖維素纖維 木質(zhì)纖維素 建筑用膠水粉 可再分散性乳膠粉
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熱門關(guān)鍵詞： 中性膩?zhàn)幽z粉 纖維素纖維 木質(zhì)纖維素 建筑用膠水粉 可再分散性乳膠粉
摘要：鐵路工程高性能混凝土性能受水泥的制約越來越大，水泥受國家宏觀政策的影響供不應(yīng)求，部分水泥熟料來源復(fù)雜且組分波動(dòng)太大，水泥與減水劑的適應(yīng)性較差，造成混凝土的性能不能滿足要求。本文就以某鐵路工程混凝土拌合物出現(xiàn)的滯后泌水為切入點(diǎn)， 通過對(duì)水泥的組分化學(xué)分析，找出混凝土滯后泌水的關(guān)鍵原因，及時(shí)在減水劑復(fù)配相應(yīng)的組分或引入功能單體調(diào)整減水劑分子結(jié)構(gòu)，改善混凝土拌合物性能。
引 言
高性能混凝土拌合物性能很大部分取決于水泥、骨料、礦物摻合料及減水劑的質(zhì)量。特別是水泥，以往供應(yīng)不緊張，熟料的來源相對(duì)固定，調(diào)整減水劑與水泥的適應(yīng)性后配方可以保持穩(wěn)定。但目前水泥供不應(yīng)求，部分水泥廠家采用東南亞的進(jìn)口熟料，熟料成分變化，降低了減水劑與水泥的匹配性，導(dǎo)致了部分混凝土拌合物性能無法滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)某鐵路工程混凝土拌合物流動(dòng)性、粘聚性、保水性、色澤及柔和度均良好，但是混凝土拌合物放置幾分鐘后出現(xiàn)滯后泌水。探究其原因中發(fā)現(xiàn)所有原材料的檢測(cè)指標(biāo)均滿足鐵路混凝土驗(yàn)標(biāo)規(guī)定，通過對(duì)水泥與減水劑的適應(yīng)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水泥漿體存在滯后泌水現(xiàn)象，對(duì)比水泥的化學(xué)分析報(bào)告，初步判定為水泥缺硫(SO3 含量偏低)、C3A 偏低及堿含量明顯偏高導(dǎo)致與減水劑不適應(yīng)。
在混凝土所有材料全檢指標(biāo)滿足混凝土驗(yàn)標(biāo)的前提下，除水泥外其它材料、配合比保持不變，選擇四個(gè)不同廠家生產(chǎn)的同品種、同標(biāo)號(hào)的水泥，在試驗(yàn)室拌制混凝土，檢測(cè)其坍落度、含氣量、容重、和易性。本文根據(jù)不同水泥拌制的混凝土和易性的差異并與水泥的全檢報(bào)告、質(zhì)保書中水泥的化學(xué)組分進(jìn)行比對(duì)分析，找出不同水泥化學(xué)組分之間的差距，探索水泥本身的組成成分引起混凝土滯后泌水的原因，采取如下措施：①普通聚羧酸高性能減水劑中復(fù)配其他組分來調(diào)整混凝土性能;②引入功能單體調(diào)整減水劑的分子結(jié)構(gòu)合成抗滯后泌水型減水劑解決混凝土滯 后泌水問題。
1 試 驗(yàn)
1.1 試驗(yàn)原材料
原材料：四種 P.O.42.5 水泥，具體化學(xué)組成見表 1;細(xì)度模數(shù)為 2.7 河砂，Ⅱ區(qū);粗骨料為 5～16mm、16～31.5mm 二級(jí)配;粉煤灰為 F 類Ⅱ級(jí);自來水;普通聚羧酸高性能減水劑成品，摻量1%。甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)，重均分子量 2400，工業(yè)級(jí);2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，工業(yè)級(jí);丙烯酸(AA)，工業(yè)級(jí);巰基丙酸(MPC)，工業(yè)級(jí);雙氧水，分析純;氫氧化鈉，化學(xué)純?cè)噭?硫代硫酸鈉，工業(yè)級(jí);六偏磷酸鈉，工業(yè)級(jí);三聚磷酸鈉，工業(yè)級(jí);檸檬酸鈉，工業(yè)級(jí);硫酸鋁，工業(yè)級(jí)。(HP)，分析純;氫氧化鈉，化學(xué)純?cè)噭?硫代硫酸鈉，工業(yè)級(jí);六偏磷酸鈉，工業(yè)級(jí);三聚磷酸鈉，工業(yè)級(jí);檸檬酸鈉，工業(yè)級(jí);硫酸鋁，工業(yè)級(jí)。
1.2 混凝土配合比
試驗(yàn)采用C35 承臺(tái)配合比，具體配合比見表 2。
1.3試驗(yàn)方法
（1） 水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試
根據(jù)《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》(GB/T8077-2012)中規(guī)定的方法測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度，水灰比為 0.29，減水劑摻量均按折固摻量計(jì)。
（2） 混凝土坍落度/流動(dòng)度測(cè)試
根據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080-2016)中的規(guī)定進(jìn)行混凝土坍落度/流動(dòng)度測(cè)試。
（3） 混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試
根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)中的 規(guī)定進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
（4） 混凝土電通量測(cè)定
根據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082- 2009)中的規(guī)定進(jìn)行混凝土電通量測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2.1 四種不同水泥拌合混凝土性能
根據(jù)表 2 配合比拌制混凝土，使用施工工地實(shí)際使用的普通聚羧酸減水劑，為充分發(fā)揮減水劑的作用排除攪拌時(shí)間不足的影響，將攪拌時(shí)間均設(shè)置為 180s，混凝土拌合物性能見表 3。
對(duì)混凝土拌合物性能的比較發(fā)現(xiàn)：不同廠家的水泥對(duì)混凝土拌合物的影響較大，在坍落度、含氣量基本變化不大的情況下，SN1 容重明顯偏低，出現(xiàn)了滯后泌水、保水性差的現(xiàn)象。
根據(jù)表 1 對(duì)四個(gè)廠家的水泥化學(xué)組分分析可知：SN1 的 SO3 含量明顯偏低，C3A 含量偏低，堿含量偏高，混合材摻量較高;SN2、SN4 數(shù)據(jù)基本一致;SN3 介于SN1 和SN2、SN4 之間。SN2、SN4 拌制的混凝土拌合物性能良好，SN3 次之，使用 SN1 拌制的混凝土出現(xiàn)了滯后泌水、保水性差。
由此初步得出水泥缺硫(SO3 含量偏低)、C3A 偏低及堿含量明顯偏高造成水泥與減水劑不適應(yīng)是導(dǎo)致混凝土拌合物性能滯后泌水、保水性差的主要原因。
2.2 減水劑組分調(diào)整及其混凝土性能
2.2.1 減水劑組分調(diào)整
聚羧酸減水劑常規(guī)添加劑主要有緩凝組分、保水組分、引氣組分、激活組分。通常是由母液添加各種其它組分復(fù)配而成，母液基本采用幾個(gè)大的品種，在母液固定的前提下，混凝土性能的調(diào)整基本是根據(jù)材料的 品質(zhì)而調(diào)整其它組分。
常用的幾種組分作用為：硫代硫酸鈉主要起早強(qiáng)的作用，并能補(bǔ)充 水泥中因缺硫引起的拌合物性能及強(qiáng)度的不足。六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉主要起潤(rùn)滑作用，作為緩凝劑使用，在保持流動(dòng)度不變的情況下可以 顯著降低其拌和用水量。檸檬酸鈉主要起緩凝作用、保持坍落度，對(duì)堿含量較高的水泥有一定作用。硫酸鋁可以補(bǔ)充水泥中較低的C3A 含量， 提高強(qiáng)度，縮短凝結(jié)時(shí)間，常用于水泥中的激發(fā)劑。可溶性淀粉主要用于改善混凝土的保水性能，可以解決滯后泌水、扒底;其它的常用的添加劑有保坍劑、減水劑、消泡劑、分散劑等。
為驗(yàn)證上述四個(gè)廠家的水泥因化學(xué)成分差距對(duì)混凝土拌合物性能 的影響，對(duì)相應(yīng)水泥中缺少或偏高的組分通過調(diào)整減水劑相應(yīng)組分來實(shí)現(xiàn)，采取措施見表 4。
按表 4 對(duì)減水劑組分調(diào)整后，繼續(xù)采用表 2 的試驗(yàn)配合比拌制混凝土，攪拌時(shí)間設(shè)置為 180s 不變，調(diào)整后的混凝土拌合物性能見表 5。
通過表 5 發(fā)現(xiàn)，用調(diào)整減水劑組分來解決水泥中缺少或偏高的組分是有效的，經(jīng)過調(diào)整后的混凝土拌合物的容重、流動(dòng)度、色澤、粘聚性、保水性明顯好轉(zhuǎn)。
2.2.2 調(diào)整減水劑組分后的混凝土性能
按表 4 調(diào)整減水劑組分后，分別成型 SN1、SN2、SN3、SN4 水泥的硬化混凝土力學(xué)試件及耐久性試件，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 6。
通過表 6 可知，調(diào)整減水劑組分后，其硬化混凝土的強(qiáng)度、電通量都滿足要求，56d 齡期的力學(xué)及耐久性能均滿足設(shè)計(jì)要求，證明減水劑的調(diào)整是有效的。
2.3 減水劑分子結(jié)構(gòu)調(diào)整及其混凝土性能
2.3.1 減水劑分子結(jié)構(gòu)調(diào)整
稱取一定質(zhì)量的 HPEG、HP 分別倒入裝有溫度計(jì)和攪拌裝置的500mL 四口燒瓶中，加入一定量的水，攪拌升溫至 30℃后，分別滴加不同比例的AA、AMPS 混合溶液和MPC 溶液，分別滴加 3h 和 3.5h，然后保溫反應(yīng) 1h，用 32%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH 為 6~7，即得抗滯后泌水型聚羧酸系減水劑。選擇引發(fā)劑雙氧水在適合的反應(yīng)溫度，考察不同 AA：AMPS：HPEG 對(duì)減水劑性能及凈漿流動(dòng)度的影響。
通過表 7 和圖 1 中可以看出，以 AA：AMPS：HPEG 為 1：1.5：4 時(shí)制備的減水劑 B 對(duì)水泥漿的分散性及分散保持性更好，這與 GPC 的結(jié)果相對(duì)應(yīng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)化率相對(duì)更高，且丙烯酸自聚少，產(chǎn)品中的有效成分更高;以AA：AMPS：HPEG 為 1：1：4 或 1：2：4 時(shí)制備的減水劑流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失大，對(duì)水泥漿的分散性及分散保持性一般。
2.3.2 調(diào)整減水劑分子結(jié)構(gòu)后混凝土拌合物性能
按表 7 對(duì)得到的減水劑 A，B，C 繼續(xù)采用表 2 的試驗(yàn)配合比采用SN1，SN2，SN3，SN4 拌制混凝土，攪拌時(shí)間設(shè)置為 180s 不變，調(diào)整后的混凝土拌合物性能見表 8。
通過表 8 發(fā)現(xiàn)，用于減水劑調(diào)整分子結(jié)構(gòu)的 AA：AMPS：HPEG 的比例對(duì)混凝土性能有較大影響。三種減水劑含氣量及容重?cái)?shù)據(jù)均相近，但混凝土拌合物和易性相差較大。減水劑 A：SN1、SN3 流動(dòng)性好，粘聚性、保水性差，無滯后泌水;減水劑 C：SN1、SN3 流動(dòng)性差，粘聚性、保水性好，無滯后泌水;減水劑 B 解決水泥中缺少或偏高的組分是有效的，經(jīng)過調(diào)整后的混凝土拌合物的容重、流動(dòng)度、粘聚性、保水性明顯好轉(zhuǎn)，無滯后泌水。
上面合成的三種減水劑與水泥的適應(yīng)性問題，都與合成減水劑的分子結(jié)構(gòu)和分子量相對(duì)應(yīng)。調(diào)整的減水劑分子結(jié)構(gòu)中引入 AMPS，而 AMPS中含有一定量的S 和N 元素，可以有效解決水泥 SN1 和SN3 中缺硫(SO3 含量偏低)、C3A 偏低及堿含量明顯偏高問題。
2.3.3 調(diào)整減水劑分子結(jié)構(gòu)后的混凝土性能
按表 7 調(diào)整減水劑分子結(jié)構(gòu)后，分別成型 SN1、SN2、SN3、SN4 水泥的硬化混凝土力學(xué)試件及耐久性試件，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 9。
通過表 9 可知，調(diào)整減水劑分子結(jié)構(gòu)后，其硬化混凝土的強(qiáng)度、電通量都滿足要求，56d 齡期的力學(xué)及耐久性能均滿足設(shè)計(jì)要求，證明可以通過引入功能單體AMPS 調(diào)整減水劑的分子結(jié)構(gòu)解決此類問題。
3 結(jié) 論
一般情況下，在混凝土拌合物出現(xiàn)和易性差時(shí)，在其它材料滿足要求的前提下，可以對(duì)水泥的組分進(jìn)行化學(xué)分析，確定其化學(xué)組成，針對(duì)性地在減水劑中復(fù)配相應(yīng)組分或引入功能單體調(diào)整減水劑結(jié)構(gòu)，以滿足水泥與減水劑的適應(yīng)性。目前施工單位使用的減水劑一般是廠家提供的成品，在減水劑出廠前通過引入功能單體調(diào)整減水劑可以從根本上解決減水劑與水泥的不適應(yīng)問題，而通過減水劑組分調(diào)整只能作為臨時(shí)應(yīng)急的手段。具體可按下述原則調(diào)整：
(1) 水泥中 SO3 含量并不是越低越好，而是要控制在一個(gè)合理范圍，鐵路混凝土驗(yàn)標(biāo)中規(guī)定小于 3.5%，一般情況下控制在 2.0%左右是合理的。水泥缺硫即 SO3 含量明顯偏低，可以通過在減水劑中摻加硫代硫酸鈉或分子結(jié)構(gòu)中引入含有S 元素的功能單體AMPS 來解決。
(2) 水泥 C3A 含量至關(guān)重要，C3A 含量應(yīng)處在一個(gè)合理范圍，混凝土性能和易性較好的水泥，C3A 一般在 4%～6%，C3A 含量低于 4%時(shí)可以在減水劑中摻加硫酸鋁或引入含有 N 元素的功能單體 AMPS，以平衡水泥中C3A 并提高強(qiáng)度或縮短凝結(jié)時(shí)間。
(3) 水泥堿含量較高，即使符合驗(yàn)標(biāo)規(guī)定的小于 0.80%，也會(huì)導(dǎo)致水泥與減水劑的適應(yīng)性差。水泥堿含量大于 0.60%時(shí)，一般需要在減水劑中復(fù)配檸檬酸鈉或引入含有磺酸根的功能單體 AMPS 予以平衡堿含量， 也有利于混凝土的耐久性能。也可使用低堿水泥以改善混凝土性能。
(4) 水泥中石膏的種類對(duì)混凝土的影響也較為關(guān)鍵，不同種類的石膏對(duì)水泥的緩凝作用也不同，目前水泥生產(chǎn)的石膏主要有二水石膏和脫硫石膏。部分水泥廠商對(duì)石膏的質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，摻入硬石膏，硬石膏遇水反應(yīng)生成二水石膏，消耗了部分水，使混凝土流動(dòng)度損失快。石膏的添加種類化學(xué)分析較為困難，可以通過廠家提供的質(zhì)保書注明的石膏為依據(jù)，也可讓廠家單獨(dú)用小磨磨細(xì)熟料并按照配方添加混合材及二水石膏，拌和混凝土予以驗(yàn)證。
(5) 水泥中混合材摻量多、品質(zhì)差對(duì)減水劑的適應(yīng)性也有較大影響 。國標(biāo)規(guī)定普通硅酸鹽水泥混合材的摻量在 5%～20%之間，部分粉磨站生產(chǎn)的掛牌水泥，混合材摻量高達(dá) 30%，嚴(yán)重影響混凝土的性能，特別是使用鋼渣作為水泥混合材，鋼渣中三氧化二鋁和混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土冒氣泡且容重不符合要求。選用水泥時(shí)盡量選擇不添加助磨劑、鋼渣且混合材摻量較少的水泥?；旌喜?、助磨劑的種類及摻量可以通過廠家提供的質(zhì)保書為依據(jù)。
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