浅谈聚羧酸减水剂复配的应用

2023-11-03袁前

科技风 2023年28期

袁前

中铁二十二局集团第四工程有限公司贵州遵义 563000

1 概述

聚羧酸减水剂的应用推动了混凝土技术的发展,给混凝工程带来了不可估量的技术经济效益,为高性能混凝土的发展提供了持续增长空间,也对其工作性、力学性及耐久性能提出新的、更高的要求。随着国民经济的发展,混凝土原材料资源日趋匮乏,随着水泥的变化,砂、石原材料的劣化质量变差,导致聚羧酸减水剂适应性急剧下降,混凝土工作性能变差,施工困难甚至出现工程问题。这对于聚羧酸减水剂使用提出了更高的技术要求,单一聚羧酸减水剂已达不到混凝土的施工使用要求,需要通过对聚羧酸减水剂进行复配以适应新形势发展的需要。

2 结果与讨论

2.1 不同季节和温度下的减水剂的复合应用

为改善聚羧酸减水剂的应用效果,增强混凝的工作性能,目前施工中都采用不同外加剂复合使用的方法。聚羧酸减水剂的复合使用,在不改变掺量时,不但减水增强效果提高了,还能改善减水剂单一掺用时的缺陷。如在聚羧酸减水剂中加入引气剂,可改善混凝土泌水性,并能节约应用成本。聚羧酸减水剂与缓凝剂、引气剂同用能有效抑制混凝土经时坍落度损失。减水剂复配的核心,即“提浆是核心,保坍是关键,巧用缓凝,巧用引气、巧用保坍”。在选用聚羧酸减水母液时,宜用固含量较低(固含量45%及以下)、能适应原材料质量波动较大的母液。在选用保坍剂时,不能只考虑其保坍时间,更要考虑混凝土工作性;高保保坍效果较好,但掺入过多的高保,混凝土易泌,对减水母液和复配提出了更高的要求,宜采用中保和高保复合使用的方案;严禁在减水剂中加入过量的增稠,导致混凝土保坍效果差而再掺加大量的高保,致使混凝土效果原地打转,成本上升。在选用缓凝剂时,不能只注重其缓凝效果,更好考虑其提浆、改善包裹等综合性能,严禁采用单一缓凝剂复配,多种缓凝剂复合使用对改善聚羧酸减水剂适应性非常有好处。但聚羧酸减水剂复配必须以熟悉混凝土原材料性能、精通配合比设计、全面了解混凝土性能、熟悉混凝土施工工艺和控制等方面的知识。

2.2 缓凝剂的选用及用量

在选择缓凝剂时,除考虑凝结时间外,更应该考虑其对减水剂的提浆、包裹、光泽等方面的影响,并结合缓凝剂的其他性能,对其进行优化组合,以便发挥其性能。聚羧酸减水剂缓凝剂的总用量是随着天气变化或现场混凝土施工时凝结时间的要求而定。这就需要精确掌握减水剂的缓凝用量,以习水的天气为例,在减水剂掺量1.0%的情况下,各种季节缓凝剂最高用量为:在最高气温不超过10℃的冬季,缓凝剂的总量最大不宜超过20千克;在最高气温不超过25℃的春、秋季,缓凝剂的总量最大不宜超过40千克;在最高气温不超过35℃的夏季,缓凝剂的总量最大不宜超过60千克。若减水剂掺量超过1.0%,则按相关比例折算。

冬季混凝土减水剂复配时,糖对气温敏感,不能随意掺加;葡萄糖酸钠有一定减水功能,提浆和包裹性能不好,故不能多加,不宜超过15千克;三聚磷酸钠和柠檬酸对混凝土提浆和包裹性能很好,故可以适当掺加,约5千克;而六偏磷酸钠除了提浆效果好外还有一定的保塑作用,混凝土光泽非常好(发亮),作为助剂可适当掺加,其用量一般为葡萄糖酸钠的0.3～0.5倍约3千克。春、秋季混凝土减水剂复配时,因春、季秋气温温和,温差较小,可适当掺加糖,对增加混凝土包裹和黏性、早期保坍有促进作用,可掺加糖约5千克;葡萄糖酸钠有一定减水功能,多掺易泌,提浆和包裹性能不好,不宜超过15千克;三聚磷酸钠对混凝土提浆和包裹性能很好,故可以适量掺加,约20千克;柠檬酸对提浆效果好,但多掺混凝土黏,不宜超过8千克;而六偏磷酸钠除提浆效果好外,混凝土光泽非常好(发亮),可适量掺加,约8千克。

夏季混凝土减水剂复配时,夏秋天气炎热,缓凝剂用量较大,故可适量掺加糖,对增加混凝土包裹和黏性、早期保坍有促进作用,约掺30千克;葡萄糖酸钠有一定减水功能,但容易泌,提浆和包裹性能不好,不宜超过20千克;三聚磷酸钠对混凝土提浆和包裹性能很好,故可以适量掺加,约15千克,柠檬酸对混凝土提浆效果好,但多掺混凝土易黏,不宜超过8千克;而六偏磷酸钠除提浆效果好外,混凝土光泽非常好(发亮),可适当掺加,约10千克。随着缓凝剂掺量的增大达到饱和掺量时,再增大掺量也不起缓凝作用,还会给拌和物带来副作用,如过量则造成混凝土不凝结、强度不达标等,给工程质量带来安全隐患。

2.3 引气剂的选用及掺量

引气剂是一种低表面张力的表面活性剂,在搅拌过程中能使混凝土产生大量均匀分布、封闭而稳定的微小气泡。研究表明,为使引气剂有效地发挥作用,还必须有辅助助剂;稳泡剂、消泡剂,对能产生不同直径的引气剂进行复配等。适量引气剂可提高混凝土流动性,优质引气剂有一定减水作用,还能降低新拌和物的坍落度损失。

引气剂掺量是极低的,一般只有胶凝材料总量的十万分之几到万分之一或万分之二。在选用引气剂时,不能只考虑其引气量的大小,更要考虑其引气效果,即“相同掺量下含气量,或起泡高度愈高,含气量损失愈小,或消泡时间愈长引气效率愈高:相同含气量下平均气泡间距系数愈小及气泡愈小,气泡结构愈好”。黄引引气效果好,引气分子呈玻璃体状,气泡小,故气损小,对混凝土强度无不利影响,对混凝土提浆、包裹有非常大的促进作用,极大改善减水剂适应性;但根据各类引气剂有特点,减水剂复配时,宜采用黄引和聚醚引气剂复合的方案。黄引引气量小(1千克黄引引气量相当于0.1千克聚醚类引气剂的引气量)。黄引虽提浆效果好,一旦使用过量,会导致混凝土发黏。聚醚类引气剂与聚羧酸减水剂相容性好,起泡能力强,有效降低表面张力和界面能的表面活性剂,使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡,能促进混凝土提浆、流动性的改善。为充分发挥二者的特点,在复配时,优选黄引和聚醚类引气剂复合的方案,二者总量不宜超过2千克(每吨成品减水剂),通常掺加比例为河砂(黄引0.5千克,聚醚类引气剂1千克)、机制砂(黄引1.0千克,聚醚类引气剂1.5千克)。添加引气剂后混凝土含气量增大,混凝土总体积会变大,因此用绝对体积法计算配合比时应当考虑气泡含量3%～5%。引气剂在搅拌混凝土时最后加入可以最小掺量得到最大含气量,而与胶凝材同时加则得到含气量最小。另外,由于试验室和拌和站搅拌机功率和转速不同,拌和站减水剂引气剂必须是试验室用量80%,否则现场混凝土密度降低,含气量超标,每增高含气量1%,混凝土抗压强度降低4%,导致强度不足。使用粉剂引气剂时先溶于水中再掺入效果较好,德固赛及k-12型引气剂引出的气泡较大易破,容易在混凝土表面形成大气泡避免使用,德国科莱恩和日本东邦的引气剂效果较好可优先选用。

2.4 消泡剂的使用和掺量

消泡剂既有抑制泡沫产生的作用,又要有消除泡沫的作用。不规则分布在液体表面的消泡剂能形成弹性膜,从而抑制了泡沫的产生。消泡的机理是最初消泡剂微滴吸附在气泡上,然后是微滴在泡的膜面上铺展开,再后则微滴膜向泡膜内渗透并取代原表面活性剂组分,最后由于消泡剂表面张力低于泡膜表面张力而向四周进一步扩展从而使泡破裂。消泡剂主要是消除混凝土中较大的有害气泡保留稳定有益的微小气泡。消泡剂和引气剂实际上是相辅相成的。在引气剂中掺有少量消泡剂,其效果是引气剂的掺量与含气量的正比增长有优良的稳定性。

消泡剂多数水溶性差,为油状液或固体粉剂,但在水中分散性好,有分层情况可搅匀或摇匀后使用,将消泡剂按掺量加入减水剂样品中摇匀后静置1天,观察分层或混浊程度,可简便有效地掌握此消泡剂与母液的相容性。消泡剂专用性较强,往往有选择性作用,掺量微小即可见效。德国科莱恩消泡剂水溶性较好,在复配时先消除母液中的有害的大泡后再引入有益的小气泡,不同消泡剂的效果各异,所需加入以消泡为目的的减水剂溶液中添加消泡剂的引气剂时,一般的用量为0.3kg/t(每吨成品减水剂)以下,最佳掺量应经试验确定。

2.5 工程实施案例

聚羧酸减水剂综合复配技术应用成功解决了工程实际问题实例(混凝土工作性分析,混凝土坍落度损失快,减水剂复配技术调整)举例如下:

在贵州遵义习水201酒厂厂房扩建施工中,该工程使用C30泵送混凝土,混凝土配合比为水泥∶粉煤灰∶机制砂∶小石∶大石∶减水剂∶水=302∶118∶814∶297∶693∶172∶5.88。原材料如下:习水赛德42.5级普通硅酸盐水泥;明川Ⅱ级粉煤灰;天瑞机制砂,细度模数3.2,5～25mm连续级配碎石;采用石家庄市长安育才建材有限公司的聚羧酸高效减水剂GK-3000。其固含量为20%,其减水成分为70%、保坍成分为30%、缓凝剂用葡萄糖酸钠30kg/t、引气剂K12为2kg/t、纤维素0.5kg/t,在35℃气温下混凝土出机初始坍落度为220mm,扩展度为440mm,1小时后坍落度为130mm,扩展度为300mm,坍落度损失较快,混凝土黏稠无流动性,根本无法满足运输和泵送要求。把缓凝剂葡萄糖酸钠每吨提高到50kg也无明显改善。

2.6 原因分析及解决措施

经分析,产生以上问题的原因为:(1)混凝土坍落度和扩展不匹配,坍落度220mm,扩展度430mm,扩展度和坍落度是不匹配的,正常情况,C30混凝土,不考虑流速,坍落度220mm,扩展度应该在500mm以上才正常,因为减水剂中加了纤维素增稠收浆,影响了混凝土流动性(如同烧菜汤多了勾荧一样)浆体不柔,大石上无包裹,浆发白,发灰,糟的,表面气也不破。混凝土稠加再多的保坍缓凝剂也被纤维素吸附了自然保不住坍了。

(2)混凝土表面发亮,这是缓凝剂用葡萄糖酸钠较多所致,导致混凝土抓底、板结,混凝土工作性差,施工困难,加增稠收浆,浆像酱糊包在石子上,混凝土颜色开始发白,发灰,流动性变差了,所以出现有坍落度而扩展度小的情况。

(3)C30混凝土黏稠,且减水剂适应性不好,厂家加了增稠收浆增包裹,导致坍落度损失较大,不易振捣,气也不易排出,大碎石表面无浆,流动性差混凝土坍落度再大点就会有碳颗粒析出。

(4)施工所用机制砂比表面积大、表面粗糙,摩擦角大且棱角多大,需要包裹骨料的浆则更多,加之减水剂不提浆,只能用大砂率去增包裹,导致浆糟的,铲混凝土时能听到砂子与地面的摩擦声(砂率大且减水剂不提浆所致)。

因此对减水剂进行了一系列复配试验进行对比,调整如下:

(1)增加固含量到22%,调整减水成分为60%、保坍成分为40%,加25千克白糖(最高气温35℃),适当增加包裹,适当增黏,也有利于混凝土早期保坍。

(2)加葡萄糖酸钠15kg,其有一定减水率,可节约一定成本。

(3)加六偏磷酸钠10kg其除了缓凝外,还有一定分散提浆效果,混凝土有光泽。

(4)加消泡剂0.2kg,黄引0.5kg,聚醚引气剂1kg提浆增包裹,稳泡促流动。

(5)加10kg硫代硫酸钠,提浆,增加水泥适用性,这点硫代硫酸钠几乎不考虑早强性能,主要是提浆、增加包裹。

(6)将胶凝材料总量从420千克降低至400千克,砂率从48%减到45%。

通过减水剂复配使用后混凝土出机测坍落度230mm,扩展度550mm;1小时后坍落度为210mm,扩展度为500mm;虽然胶材减了、砂率降低了但混凝土的出机的状态更好了。减水剂中有提浆的成分使得浆体丰富包裹性好,流动性提高了更便于施工,靠的是水泥浆的流动而不是原来大的砂率来流,坍落度增加的同时扩展度也变大。几种小料共同作用下交替助力缓凝使得保坍效果提高了;黏聚性也有了混凝土坍落度大一些也不会出现泌水、离析,还增强了水泥和骨料的黏合性提高了混凝土强度。