混凝土坍落度損失的控制與應(yīng)用

孫炳元

(北京中港路通工程管理有限公司， 北京 通州 101100)

0 前言

水泥混凝土施工已普遍應(yīng)用于各類建筑工程中。混凝土的塑性、流動(dòng)性隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸變稠、硬化，逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度，混凝土坍落度損失是目前混凝土攪拌站以及公路工程建設(shè)中普遍遇到的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

水泥混凝土塌落度損失現(xiàn)象

坍落度指新拌水泥混凝土拌和物在自重下的下沉量，是衡量混凝土的和易性、保證施工正常進(jìn)行的重要參數(shù)。包括混凝土的棍度、含砂情況、流動(dòng)性、粘聚性和保水性。混凝土“坍落度損失”是指集中攪拌站拌制水泥混凝土?xí)r的坍落度與運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土坍落度之差值。坍落度損失過(guò)大有時(shí)會(huì)嚴(yán)重干擾施工的正常運(yùn)行，因此，控制坍落度損失是工程施工的重要任務(wù)。

1 影響水泥混凝土坍落度的因素主要有

膠凝材料因素、骨料因素、外加劑原因、單位體積用水量、水化熱原因和溫度等幾個(gè)方面影響，且這些因素相互關(guān)聯(lián)。

1.1 膠凝材料

1.1.1 水泥

水泥的主要礦物成分鋁酸三鈣C3A、鐵鋁酸四鈣C4AF、硅酸三鈣C3S、硅酸二鈣C2S中，對(duì)減水劑吸附性大小依次排序分別為C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。水泥中鋁酸三鈣C3A、鐵鋁酸四鈣C4AF含量較大，則大量減水劑成份被其吸附，而占水泥成分較多的C3S、C2S吸附量不足，導(dǎo)致混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失，所以，水泥中C3A、C4AF含量較高的水泥混凝土坍落度損失較大，反之則較小。這是造成摻減水劑混凝土坍損的主要原因。

不同礦物成分對(duì)減水劑的吸附作用不同。減水劑主要吸附在水泥礦物的表面，P·O42.5及以上強(qiáng)度等級(jí)水泥中，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量基本取決于熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。熟料中C3A活性高時(shí)與水接觸后會(huì)迅速發(fā)生水化反應(yīng)。C3A含量高則熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大，如圖1所示：建議C3A含量控制在在7.0%～7.5%之間時(shí)能有效降低熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

適當(dāng)增加水泥中磨細(xì)半水石膏的含量，也能夠有效降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

1.1.2 礦物摻和料

適量摻入需水量小的優(yōu)質(zhì)粉煤灰或礦渣粉對(duì)于提高混凝土的工作性有利，優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以減少外加劑的用量。粉煤灰較粗、粉煤灰燒失量過(guò)大則會(huì)引起混凝土泌水、坍落度損失過(guò)大，甚至影響與水泥的適應(yīng)性，還可能造成高效減水劑失效。因此，混凝土配合比試驗(yàn)時(shí)，優(yōu)選一、二級(jí)粉煤灰，拌制的混凝土和易性會(huì)更好，燒失量小的粉煤灰可以有效降低坍落度損失率，礦物摻和料可以明顯的改善混凝土的工作、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性及耐久性。

1.2 集料

集料的粒徑大小、級(jí)配好壞、集料含泥量、砂率會(huì)影響拌合物的工作性能，集料級(jí)配良好可有效地減少坍損，從而配制出流動(dòng)性好、坍落度損失小的混凝土。尤其是聚羧酸減水劑對(duì)材料質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格。

1.3 水化熱原因

混凝土拌合物中水泥的水化產(chǎn)生的水化產(chǎn)物起到了膠粘作用，阻礙了顆粒間的滑動(dòng)。而拌和物溫度升度促使水泥水化加快，和水分的減少或揮發(fā)會(huì)直接減少單位混凝土中游離水的含量，而風(fēng)速和濕度也會(huì)影響拌合物水分的蒸發(fā)速率，降低水膜的潤(rùn)滑作用，從進(jìn)而引起坍落度損失。因此摻加適量緩凝劑會(huì)對(duì)坍落度損失速度有較大影響。

1.4 溫度影響

天氣干燥時(shí)，拌和物表面的水分容易蒸發(fā)而引起坍落度損失。混凝土拌和物溫度越高，水泥水化加快時(shí)游離水變?yōu)榻Y(jié)合水的比例就越大，塌落度損失越快；拌和物溫度越低，拌和物塌落度損失越慢。通常來(lái)說(shuō)，溫度每上升10℃，坍落度經(jīng)時(shí)損失會(huì)增大10%～40%左右。大體積混凝土更應(yīng)注意摻加減水劑減少單位體積用水量，從而減少水化熱。筆者曾在某個(gè)公路項(xiàng)目上有過(guò)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：拌和站拌制的混凝土坍落度為220-225mm，混凝土罐車20分鐘后運(yùn)至工地，在澆筑時(shí)坍損增大導(dǎo)管堵管而中斷澆筑。查明原因后再拌混凝土?xí)r摻減水率較大的減水劑和適量白糖而讓施工正常進(jìn)行。拌制混凝土前，降低砂、石料、水泥、外加劑及拌合水的溫度可有效降低混凝土拌和物的溫度，因而抑制坍落度損失；大體積混凝土施工時(shí)，內(nèi)部的冷卻水管通水也能降低混凝土的溫度。另外，將混凝土攪拌運(yùn)輸車外表面噴水降溫、包裹蓬布，避免直曬；混凝土澆筑過(guò)程中防曬、防風(fēng)、且收漿后覆蓋保溫養(yǎng)生等措施都能抑制塌落度損失。

2 抑制混凝土坍落度損失的措施

水泥混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失過(guò)大由多種因素造成的，主要采用以下方法控制。

2.1 減水劑后摻法

砂、石、水泥、水先行拌合之后再摻加減水劑，因?yàn)樗嗨瘯r(shí)，在有石膏的環(huán)境中C3A、C4AF能迅速生成鈣礬石。而C3A、C4AF明顯減少后，再加入減水劑，此時(shí)摻加的減水劑能充分地被C2S、C3S吸附，礦物顆粒間的動(dòng)電電位明顯提高，并能在一定時(shí)間范圍內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，從而拌和物產(chǎn)生較明顯的和易性好、坍損小。

2.2 摻緩凝劑法

緩凝劑能延遲水泥水化反應(yīng)，延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間，合理使用緩凝劑可使混凝土拌和物能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)坍損較小。

2.2.1 有機(jī)緩凝劑

常見的檸檬酸、葡萄糖酸、水楊酸等及其鹽、多元醇及其衍生物，這類緩凝劑受溫度影響較小。糖類如葡萄糖、蔗糖、糖蜜等及其衍生物，原料廣泛、價(jià)格低廉、緩凝作用較穩(wěn)定而廣泛采用。經(jīng)有關(guān)試驗(yàn)表明，市場(chǎng)上廠家過(guò)期或報(bào)廢的果汁，經(jīng)有效過(guò)濾后適量摻入對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)效果要優(yōu)于葡萄糖酸鈉。

2.2.2 無(wú)機(jī)緩凝劑。

目前應(yīng)用較廣泛的是磷酸鹽、偏磷酸鹽。無(wú)機(jī)緩凝劑往往在水泥表面形成一層難溶的薄膜，對(duì)水泥顆粒的水化起屏障作用，導(dǎo)致水泥水化減緩，延長(zhǎng)水泥的凝結(jié)時(shí)間，坍損速率減小。

2.3 優(yōu)選與水泥的適應(yīng)的外加劑

適應(yīng)性調(diào)整過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)摻入外加劑的混凝土拌合物在攪拌后出現(xiàn)泌漿、抓地（稀漿泌至表面，砂石下沉且緊貼地面，很難鏟動(dòng)）時(shí)，說(shuō)明外加劑與水泥適應(yīng)性不好。應(yīng)重新調(diào)整試驗(yàn)。若使用攪拌機(jī)攪拌，試拌數(shù)量不宜少于15L，并且在試拌前應(yīng)用相同配比的砂漿潤(rùn)濕攪拌機(jī)內(nèi)壁和鐵盤，防止試拌量小而失準(zhǔn)。

2.4 多做模擬實(shí)際環(huán)境的坍落度損失試驗(yàn)

做混凝土坍落度損失試驗(yàn)時(shí)，筆者認(rèn)為大多數(shù)試驗(yàn)人員只在試驗(yàn)室常溫下進(jìn)行，而施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫、風(fēng)速、光照、濕度與室內(nèi)不同，還應(yīng)針對(duì)性在室外或室內(nèi)模仿高溫、低溫、有風(fēng)、光照等環(huán)境下的坍損試驗(yàn)，才能真正做到實(shí)用化、真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，有針對(duì)性的指導(dǎo)施工。

有些外加劑廠家為追求最大利潤(rùn)，進(jìn)場(chǎng)的每批外加劑質(zhì)量參差不齊，每批使用前都應(yīng)取樣試拌，符合要求才能收貨。

3 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)針對(duì)性地對(duì)影響混凝土坍落度損失的膠凝材料、骨料、外加劑、單位體積用水量、水化熱原因和溫度等質(zhì)量方面多加控制，才能較好地減少坍落度損失。以上各種因素的質(zhì)量波動(dòng)是多種原因造成的，從各種因素的源頭上分析產(chǎn)生波動(dòng)的原因并加以控制，以減少材料到場(chǎng)后因波動(dòng)而被迫多做各種試驗(yàn)來(lái)減小混凝土坍損才是重中之重。

[1]丘衛(wèi)昌 商品混凝土經(jīng)時(shí)損失及控制[J]，《福建建材》，2008年04期

[2]張登祥 楊偉軍，預(yù)拌混凝土坍落度損失機(jī)理及控制技術(shù)研究[J]，《中外公路》，2009年01期

[3]梁永富 孫瑜 張俊，混凝土坍落度損失分析與控制措施[J]，《西部交通科技》，2012年06期