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          外加劑在商品混凝土應用中存在的問題及解決方法
          來源: | 作者:pmo0622dc | 發布時間: 2015-09-21 | 2018 次瀏覽 | 分享到:
          外加劑與水泥的適應性問題是讓所有商品混凝土廠家感到擔心、頭痛的問題,也是讓許多外加劑廠家感到委屈的問題??梢哉f目前在國內,只要出現外加劑與水泥不相適應,從而導致商品混凝土坍落度損失過大或混凝土過于快凝無法滿足施工要求,乃至帶來工程質量問題時,最終總是歸罪于外加劑的問題,這是不公正的。外加劑與水泥不適應而導致商品混凝土坍落度損失過大等問題,既有外加劑的質量、化學成分方面的原因,但也有屬于水泥本身礦物組成、所用石膏的種類、含堿量的高低及水泥摻和物的種類等多種因素造成的原因。因本人是學硅酸鹽專業(重點為水泥)出身的,1977年以來又先后從事過木質素磺酸鹽、β-萘磺酸鹽、三聚氰胺類等各種外加劑的開發、研究、生產,又先后在日本和國內商品混凝土合資公司長期從事于外加劑在商品混凝土中的應用工作,對外加劑在商品混凝土行業、水泥制品行業及陶瓷行業中的應用有著較深的體會,特別是商品混凝土不同于其他行業,它有著時間及距離的限制,對外加劑要求更高,也比其他行業更易發生問題,現就外加劑在商品混凝土應用中存在的問題及解決方法談談體會吧!
                外加劑與水泥的適應性問題是讓所有商品混凝土廠家感到擔心、頭痛的問題,也是讓許多外加劑廠家感到委屈的問題??梢哉f目前在國內,只要出現外加劑與水泥不相適應,從而導致商品混凝土坍落度損失過大或混凝土過于快凝無法滿足施工要求,乃至帶來工程質量問題時,最終總是歸罪于外加劑的問題,這是不公正的。外加劑與水泥不適應而導致商品混凝土坍落度損失過大等問題,既有外加劑的質量、化學成分方面的原因,但也有屬于水泥本身礦物組成、所用石膏的種類、含堿量的高低及水泥摻和物的種類等多種因素造成的原因。因本人是學硅酸鹽專業(重點為水泥)出身的,1977年以來又先后從事過木質素磺酸鹽、β-萘磺酸鹽、三聚氰胺類等各種外加劑的開發、研究、生產,又先后在日本和國內商品混凝土合資公司長期從事于外加劑在商品混凝土中的應用工作,對外加劑在商品混凝土行業、水泥制品行業及陶瓷行業中的應用有著較深的體會,特別是商品混凝土不同于其他行業,它有著時間及距離的限制,對外加劑要求更高,也比其他行業更易發生問題,現就外加劑在商品混凝土應用中存在的問題及解決方法談談體會吧!
          一、外加劑與水泥適應性的問題
          1.水泥礦物組成對外加劑的影響
                水泥礦物的組成為鋁酸三鈣(C3A)、硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)和鐵鋁酸四鈣(C4AF),水泥水化速度以C3A為最快,C3S其次,再次C2S、C4AF。根據一般回轉窯生產的水泥熟料來看,水泥礦物的組成一般為C3S:45~65%,C2S:15~32%,C3A:4~11%,C4AF:10~18%。但從實際上與外加劑匹配的角度來看,C3A水化最快,吸附外加劑最快,C3S水化其次,吸附外加劑也其次,這兩項是影響外加劑與水泥適應性的主要因素。從多年經驗和教訓來看,水泥礦物組成中的C3A、C3S如滿足以下二條件:a) C3A≤8%,b) C3A +C3S≤65%即只要C3A≤8% ,C3S在50~55%之間,并用二水石膏配制的水泥與各種外加劑適應性都較好,用這種水泥與一般木質素類減水劑、萘系高效復合減水劑、泵送劑等配制的商品混凝土的坍落度損失較小,一般都能滿足施工要求。但當C3A>8%或C3A +C3S>65%情況下,就出現外加劑與水泥不相適應情況,商品混凝土損失大,無法滿足施工要求。
                這僅是本人多年來的經驗數據,我很希望有哪個研究單位對此比較感興趣的話,能進一步論證,這樣對今后外加劑的應用起到作用。
          下面舉例說明水泥礦物組成對外加劑的影響。
                合肥某研究院下屬外加劑公司配合某工程采用山東某水泥廠回轉窯生產的42.5#普通硅酸鹽水泥和合肥當地生產的42.5#普通硅酸鹽水泥,使用上海建工麥斯特高科技建材公司用進口原料進口配方生產的聚羧酸高效引氣減水劑,該減水劑在上海重點工程中使用已獲得很好效果,可以說是當前國內最好的外加劑。但是該公司在配制混凝土時,卻發現用同樣的外加劑,同樣的摻量,采用山東生產的水泥配制的混凝土30分鐘坍落度損失比當地水泥配制的混凝土坍落度損失大50%之多,而且根本無法使用,使用萘系減水劑坍損更大。該公司訴來電與我聯系,憑多年經驗,我馬上判斷出不是外加劑的問題,而是水泥礦物組成的問題。我立即要求對方調查兩家水泥礦物組成,結果不出所料,經調查發現山東產水泥礦物組成如下:C3A10.96%,C3S64.36%,C2S10.23%,C4AF11.55%,而當地水泥的C3A僅6%,最后該工程放棄了山東產水泥。
                水泥礦物組成中C3A對外加劑的影響最為顯著,近幾年來,水泥廠為了提高水泥早期強度,一般采用提高C3A含量的辦法,這給外加劑的應用帶來了諸多麻煩。本人在南京合資混凝土公司工作期間,有一次元旦剛過,便發現幾輛混凝土攪拌車中的混凝土無法卸料,幾位攪拌車駕駛員在開車時也感到混凝土罐有異?,F象。當時中方外方立即確認了混凝土配合比沒有變、使用的同一罐萘系外加劑沒有變、全電腦計量操作無異常,只是剛從當地某水泥廠進了一批水泥(本廠是該水泥廠老客戶,過去從未發生過此現象),于是我們馬上懷疑是水泥問題,馬上赴該水泥廠調查,發現該水泥廠正邀請德國一位水泥專家在進行回轉窯技術改造,元旦前后將C3A的含量由以往的7~8%調到了9.5%。為此我們要求該廠恢復原有的C3A含量,將C3A控制在8%以內。同時將已入庫的水泥采取增加外加劑摻量及在水灰比不變的情況下,增加用水量和單位水泥用量,從而增加了混凝土出廠坍落度,以保證施工要求,但這樣的措施無疑增加了商品混凝土的成本,由此可見,C3A過高,無論是對普通減水劑還是萘系高效減水劑乃至當今最好的聚羧酸系高效減水劑都會帶來水泥與外加劑不適應的情況,所以配制商品混凝土時,要特別注意水泥中C3A、C3S的含量問題。
                因為本人是學水泥的,又是搞外加劑的,現在又在使用外加劑,所以遇到水泥與外加劑不相適應時,我采用的辦法是:
                (1)用同一種外加劑與幾種不同種類、不同品牌(不同廠家)的水泥進行砂漿流動度試驗,以判斷該外加劑對各種水泥的適應情況
                (2)用常用的、已知其適應性較好的一種水泥與幾種不同種類、不同廠家的外加劑進行砂漿流動度試驗,以判斷各種外加劑的質量情況。
                這樣一對比,便可發現不適應問題是外加劑造成的還是水泥造成的。如是水泥造成的,應進一步分析水泥礦物組成、石膏種類、含堿量高低及摻合料種類對外加劑的影響。如是因外加劑造成的,應立即與生產廠家聯系:調查外加劑的配方是否變動?母體(多數為β-萘磺酸鈉及木鈣)的質量是否有波動?近幾年來,木質素類外加劑的原料發生變化,針葉樹原料緊缺,優質木鈣又出口,結果造成許多復配木質素類的外加劑廠家質量不穩定,減水率下降,含氣量過高,商品混凝土表面出現大氣泡、混凝土強度下降等現象,而萘系減水劑目前國內除少數幾家大廠是采用全自動控制、質量穩定外,許多生產合成萘磺酸鈉的廠家還是人工操作,以致磺化、縮合等幾個關鍵生產過程不穩定,從而導致母體聚合度不高,減水率不穩定,用這樣的母體復合各種萘系減水劑,自然產品的質量不穩定。這種情況,我們商品混凝土公司常遇到。與外加劑廠家交涉,廠家認為配方沒變,質量不會變化,卻忽視了產品母體質量的變化。對于合資公司,對原材料進料質量嚴格控制,一旦發現是外加劑的問題,立即退貨,二次退貨即停止使用,尋找更穩定的外加劑。作為外加劑用戶,需要的是穩定優質產品,目前國內大多數外加劑廠家是搞復配的,更應注意母體質量穩定的問題。
                2水泥熟料中添加的石膏種類對外加劑的影響
                主要是硬石膏的影響,以硬石膏作緩凝劑的水泥,不僅與木鈣、糖蜜類外加劑不相適應,還產生假凝現象,而且硬石膏對萘系減水劑的減水率影響也很大。早在80年代,當首次在江蘇南京發現當地某中型知名水泥廠的水泥與木鈣、糖蜜產生假凝,給施工單位帶來諸多麻煩后,本人曾將硬石膏及二水石膏以不同比例配制的水泥進行萘系減水劑適應性試驗。結果表明,100%硬石膏配置的水泥,對萘系減水劑的影響同樣很大,凈漿流動度僅為105~110,而100%二水石膏配制的水泥,同樣摻量同種萘系減水劑凈漿流動度為240~245。但硬石膏:二水石膏=1:1時,木鈣、糖蜜類仍不適應,萘系減水劑基本適應,凈漿流動動度為200~210,硬石膏:二水石膏=2:8時,對萘系減水劑沒多大影響,凈漿流動度為230左右,對木鈣、糖蜜類減水劑有影響,但不致出現假凝現象。
                在實際商品混凝土生產中,我也曾遇到過此類情況。南京某合資混凝土公司剛投產不久,用的水泥品種較多,有次訂購了2000噸當地某水泥廠生產的水泥,為慎重起見,取樣進行適應性試驗,結果無論是木質素類還是萘系高效減水劑,都分別出現假凝和速凝現象。外方人員立即與我聯系,因當時南京硬石膏帶來的問題我很了解,馬上派人調查該水泥廠所用石膏,果然該水泥廠全部使用硬石膏,之后,混凝土公司將預購的2000噸水泥作了退貨處理。
                所以在使用外加劑時,也需要事先對水泥中的石膏種類及其含量做一調查,以防出現不適應的情況。
                3水泥堿含量對外加劑應用效果的影響
                在外加劑學會發表的一些論文中已談到過水泥堿含量越大,適應性就越差,但在實際應用中,一般商品混凝土公司不太注意此問題。相比之下,水泥礦物組成及石膏種類對外加劑的影響比堿含量的影響更為明顯,但是使用低堿水泥配制的商品混凝土不僅可減少因適應性而帶來的坍落度損失問題,也能避免混凝土發生堿骨料反應。作為合資混凝土公司,為了保證混凝土質量,我們選用優質、高強、低堿水泥。
                4水泥礦物摻合料對外加劑適應性的影響
                一般地說,使用純礦渣作為摻合料配制的礦渣水泥,與外加劑適應性較好。有的商品混凝土公司自行外摻礦渣微粉,對外加劑適應性有利,而且還能改善混凝土的和易性、泵送性、減低水化熱、提高后期強度,適于在大體積混凝土中使用。只是目前市場上礦渣微粉的價格也不低,故一般商品混凝土公司均采用使用粉煤灰和外加劑的“雙摻”辦法。
                無論是在水泥廠還是在商品品混凝土公司,使用粉煤灰作為摻合料時,必須嚴格控制粉煤灰的質量,特別是粉煤灰中的含碳量,因碳素對外加劑的吸附作用大。含碳量過大,吸附外加劑過多,影響外加劑的使用效果。所以水泥與外加劑的適應性與粉煤灰質量即含碳量有關。一級粉煤灰含碳量最低,對適應性沒有影響,二級粉煤灰一般對適應性影響不大,但二級粉煤灰中顏色較深,含碳量較高,接近三級粉煤灰的指標時,將對外加劑的使用帶來不利影響。三級粉煤灰在商品混凝土中一般不能使用。所以在實際應用中,商品混凝土公司從粉煤灰的顏色就能判斷其對外加劑的影響,顏色越淺,對外加劑的使用影響越小,反之,就越大。
                其他摻用工業廢渣、煤矸石等的水泥,因成分復雜、不穩定,與外加劑適應性較差。
                由于外加劑與水泥的不適應給商品混凝土廠家帶來了的最大問題是坍落度損失過大,有時到了現場,混凝土無法從攪拌車中卸出。對于這種情況,我們的辦法是采用二次添加方法,即試驗室人員帶著高效減水劑立即趕往施工現場,再次按一定比例將高效減水劑均勻加入攪拌車的拌罐中,并高速攪拌一分鐘后立即卸料,由泵車壓送澆筑。此種情況絕對不能任意加水,若任意加水,水灰比增大,不僅影響強度,還造成干燥收縮裂縫,給工程質量帶來后患。
                其實關于外加劑與水泥適應性的問題,早在20世紀60~70年代,在日本也常有發生。由于日本水泥生產公司只有十幾家大型公司,全屬于日本水泥協會成員。外加劑公司也只有十幾家,也全屬于日本外加劑協會成員。一旦發生外加劑與水泥適應性不相適應而影響混凝土質量時,兩個協會就聯合邀請大學教授、專家來進行原因分析并仲裁,誰的原因,誰負責徹底改進,所以80年代以來就不再出現外加劑與水泥不相適應的情況了。同樣,商品混凝土的二次添加法在日本70年也曾流行過。他們的做法是:先使用木質素系減水劑將商品混凝土配制成坍落度8公分左右的混凝土,用攪拌車送往工地現場,在現場再添加萘系高效減水劑(麥地150),攪拌車上的攪拌罐高速攪拌后即卸料澆筑,但因現場再次添加需要人工,日本人工費較高,另外高速攪拌帶來噪音形成環境污染問題。于是80年代開始研究以聚羧酸鹽為代表的高效引氣減水劑,85年正式成為商品,開始使用,從而解決了商品混凝土中的重要一環—坍落度損失問題。
                由于國情不同,我國水泥廠光回轉窯就上萬家,外加劑廠家大大小小也好幾百家,不可能像日本一樣,由協會出面解決外加劑與水泥適應性問題,這就給用戶—商品混凝土廠家帶來了最擔心也是最頭痛的問題:外加劑與水泥不適應,影響商品混凝土質量,甚至造成工程事故。
                作為合資商品混凝土公司,采用優質穩定的原材料,以科學合理的配合比、全自動控制系統的生產設備及嚴格的層層把關,向現場提供優質的商品混凝土是我們的宗旨。為此我們的做法是:
                (1)盡可能選定優質穩定的大型外加劑廠家、大型優質的水泥廠家、優質的砂石廠家作為我們固定的原料基地。
                (2)對各種原料按國家標準進行嚴格的入廠復檢。
                (3)以砂漿流動度來判斷水泥與外加劑的適應性問題,如不適應,判斷是水泥問題還是外加劑的問題,并立即與發生問題一方聯系,立即要求解決或退貨。
                我們之所以用砂漿流動度來判斷,而未采用凈漿流動度來判斷水泥與外加劑適應性問題,是因為我們曾多次遇到過采用凈漿流動度來判斷,對于某些改性的高分子外加劑不適宜,包括對于某些聚羧酸鹽類外加劑。分子量大、粘度大,用凈漿流動度方法不能真實反映其擴展性能,凈漿流動度并不大,但砂漿流動度卻大,混凝土中使用效果也好。此情況下,單用凈漿流動度易被誤判為不適應。使用砂漿流動度來判斷,一是更接近于混凝土,二是由于砂子的加入,充分發揮了其分散性,克服了其粘稠性的一面,這也與混凝土試驗吻合。所以建議國標中,外加劑與水泥適應性的判斷方法改為測定砂漿流動度的方法。
                (4)如遇到坍落度損失過大(特別是夏季)難以卸料時,采用二次添加方法解決,絕對禁止隨意加水。
                (5)要配制優質混凝土,特別是高強混凝土,除外加劑外,砂、石級配、石子的堅硬度(壓碎值)、形狀、是否含泥等也必須嚴格控制。特別是夏季,砂石在露天暴曬,溫度高,將引起坍落度損失增大,所以夏季要注意對石子不斷灑水、降溫,這也很重要,可避免坍損增大。 
                (6)不同種類的外加劑必須嚴格區分、明顯標識。在外加劑加入儲罐時,必須有生產商和混凝土廠家雙方確認后才能入罐,絕對不能搞錯,特別是高效減水劑與普通減水劑,一旦搞錯,把普通減水劑當作高效減水劑使用,使用量增加3~4倍,以致造成現場混凝土幾天不凝,造成嚴重工程事故。
                幾年前,本人在上海工作期間,就聽說某地發生了這樣的事故。各種外加劑都有著各種不同的應用范圍、摻量范圍,超出此范圍,必將發生工程質量事故,必須特別謹慎。
                在商品混凝土中,當遇到外加劑與水泥不適應時,坍落度損失大,不能滿足施工要求時,怎么辦?
                一般地說,商品混凝土公司購入水泥時,一次性購入量大,而且一般都是直接打入水泥儲倉中,所以一般都是外加劑去適應水泥,只有明顯的因水泥礦物組成或石膏原因,產生很不適應時,才會考慮更換水泥廠家,因此一般出現不適應時,可采取以下措施:
                (1)適當增加外加劑摻量。
                (2)更換外加劑,一般說,外加劑與水泥適應性以聚羧酸鹽類為最好,其次是氨基磺酸鹽(氨基磺酸鹽單獨使用,泌水嚴重,需與萘系復合使用),再次為萘系及其復合減水劑、木質素磺酸鹽、糖蜜類等。但國內目前使用的外加劑絕大多數是普通、高效、緩凝等多種復合而成,復合的配方不同,各單體質量不同,效果均不同,所以當遇到不適應情況時,可取當地多種產品進行砂漿適應性試驗,從中選擇較適應的外加劑,也就是說,改變外加劑去適應水泥。
                (3)如上述方法仍不能解決問題,坍落度損失還是較大,無法滿足施工需求時,則可采用二次添加方法,在現場卸料前加入萘系高效減水劑,攪拌罐高速回轉1~2分鐘即卸入泵車中進行澆筑。
                (4)采用增加水泥漿的辦法,增大出廠坍落度,增大至20~22cm,即保持水灰比不變的前提下,同時增加單位水泥用量和單位用水量。當坍落度在12cm以下時,坍落度每增加1cm,單位用水量增加1.2%,當坍落度在15cm以上時,坍落度每增加1cm,單位用水量增加1.5~2.5%。注意:必須同時增加單位水泥量和單位用水量,以保持水灰比不變,混凝土強度不變,但這樣做,無疑將增加商品混凝土的成本,一般商品混凝土廠家萬不得已下,才會采用此方法。
           
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