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外加劑復配技術匯總

更新時間:2017-04-26 14:48:45 點擊數:3145

泵送劑

混凝土的泵送技術目前使用已十分普遍,尤其是商品泵送混凝土。因為商品混凝土的質量控制比施工現場攪拌混凝土的質量控制要好得多。目前國內的泵送水平也較高,垂直泵送已可達到一泵高度130m(上海東方明珠電視塔)。

泵送混凝土與普通混凝土是不一樣的,它屬于流態化混凝土。流態化混凝土首先是德國提出來的,是為了改善混凝土的施工性能而提出的。1974年原聯邦德國制定了流態化混凝土施工指南,接著美國、英國、日本等均提出有關的報告書,有的稱為超塑性混凝土。
 
流態混凝土特點為:

對坍落度較小的基準混凝土(3.5—9厘米坍落度),在澆筑以前加入流化劑(高效減水劑的復合劑),拌制成坍落度達到20cm以上流動度的混凝土。即在不改變原配合比和用水量的情況下,用加外加劑的辦法來調整混凝土的工作度,使其流動性更好。這種混凝土粘性好、容易流動、不離析、不泌水。

泵送混凝土是流態化混凝土的一種,由于它有泵送的要求,它所摻的外加劑還必須滿足泵送的特殊要求。泵送混凝土占流態混凝土和商品混凝土中很大的一部分,泵送劑也就成為了外加劑中重要的品種之一。

泵送劑的組成及機理

泵送劑常常不是一種外加劑就能滿足性能要求,而是根據泵送劑的特點由不同作用的外加劑復合而成。

具體的復配比例應根據不同的使用目的、不同的使用溫度、不同的混凝土標號、不同的泵送工藝來確定。

主要由以下幾種組分組合而成:

1、減水組分2、緩凝組分3、引氣組分4、保水組分5、礦物超細摻合料6、膨脹組分
 
1、減水組分:
(1)普通減水劑

有減水作用,可在保持泵送混凝土所需要的流動度條件下,降低水灰比,以提高后期強度。

木質磺酸鈣與木質磺酸鈉是最常用的減水劑。除了減水作用外,還有些緩凝和引氣性。有些標號較低,坍落度要求又不太高的泵送混凝土甚至只加木質磺酸鹽類減水劑就能滿足要求。
普通減水劑中的糖鈣類減水劑,則常常作為緩凝組分引入泵送劑中
(2)高效減水劑
在混凝土設計強度高、坍落度值要求高的泵送混凝土中,如高性能混凝土用的泵送劑中必須使用高效減水劑,如萘系減水劑、三聚氰胺減水劑、脂肪酸系減水劑。

這些減水劑減水率高,適于配制高標號、大坍落度、自流平泵送混凝土。這些減水劑坍落度損失較大,需要復合緩凝劑。氨基磺酸鹽減水劑、聚羧酸鹽減水劑屬低坍落 度損失減水劑,而且更適用于配制低水灰比的高性能混凝土。在水灰比0。3時,氨基磺酸鹽的減水率可高達30%,而在水灰比較大時使用,它們就很容易產生泌 水。
在泵送劑中往往使用兩種以上的減水劑來復合,常見的復合方式有:

萘系+木質素磺酸鹽系;
三聚氰胺+木質素磺酸鹽系;
萘系+氨基磺酸鹽系等。
復合使用往往比單獨使用摻量低、效果好。
 
2、緩凝組分:
泵送混凝土多采用商品混凝土。要求坍落度損失小。尤其是對大體積混凝土或夏季高溫施工混凝土,必須添加緩凝組分。
在普通減水劑不能滿足緩凝要求時,要選擇加入化學緩凝劑,如羥基羧酸鹽、糖類、多元醇等。使坍落度損失減小,也可以控制混凝土的水化放熱,避免溫度裂縫。
 
3、引氣組分:
適當的混凝土含氣量可以減少泵送阻力,防止混凝土泌水、離析,又可以提高抗滲、抗凍融性能。
國外混凝土中幾乎都保持一定的含氣量。
選用氣泡性能好的引氣劑是不會影響混凝土的強度的。如日本混凝土中幾乎都摻有引氣劑。
引氣組分可選用引氣劑及引氣減水劑。
 
4、保水組分:
保水劑亦稱增稠劑。其作用是增加混凝土拌合物的粘度,使混凝土在大水灰比、大坍落度情況下不泌水、離析。
有些保水劑還兼有減水、保持坍落度等性能。
這些材料包括如下幾種:
(1)聚乙烯醇摻量在0。3%以下,具有緩凝和增稠作用。常用的聚乙烯醇有1799、0588等。
(2)甲基纖維素、羧甲基纖維素摻量很小,只占水泥用量的0。0。1—0。05%。
(3)羥丙基纖維減小坍落度損失,增加稠度,摻量為0。01%。
其他還有糊精、木糖醇母液、動物膠等。
 
5、礦物超細摻合料
這些材料均具有一定的火山灰活性,或在堿性激發條件下具有水化活性。如硅粉、粉煤灰、礦渣粉、沸石粉、頁巖粉、膨潤土、石粉、硅藻土等,它們摻入后可改善級配,防止泌水離析,增加體積穩定性,增加混凝土耐久性,防止堿,骨料反應。
這些材料比表面均大于水泥,摻量較大,一般采用內摻法,可取代等量水泥做膠結材用。其中以粉煤灰、礦渣粉、硅粉、沸石粉使用最普遍。硅粉摻量在5--10%,其他幾種摻量在15--30%不等。
 
6、膨脹組分
在大型基礎及大體積混凝土中,為補償混凝土收縮常常要加入膨脹劑。
泵送劑水灰比較大,坍落度也大,為保持體積穩定性,特別是大體積混凝土的伸縮縫,后澆帶中都要使用膨脹劑。
泵送劑一般在外加劑工廠已復配成產品,但其中不包括摻合料與膨脹劑。
早強劑

分為無機鹽類早強劑、有機鹽類早強劑、復合早強劑等。
 
一、無機鹽類早強劑:
1、氯化鈣 

氯化鈣具有明顯的早強作用,特別是低溫早強和降低冰點作用。在混凝土中摻氯化鈣后能加快水泥的早期水化,最初幾個小時的水化熱有顯著提高,這主要是由于氯化 鈣能與水泥中的鋁酸三鈣反應,在水泥微粒表面上生成水化氯鋁酸鈣。具有促進硅酸三鈣、硅酸二鈣的水化反應而提高早期強度。當摻1%以下時對水泥的凝結時間 無明顯影響,摻2%時凝結時間約提前2小時左右,摻4%以上就會使水泥速凝。
氯化鈣使混凝土收縮值明顯增大,摻0。5%時收縮約增加50%,摻2。5%.時達到115%,摻3%時增加至165%。同時由于引入氯離子,對鋼筋銹蝕有促 進作用,因此最好與阻銹劑(如硝酸鈉)同時使用?;诼然}對鋼筋混凝土的不良影響,在使用氯化鈣早強劑時應當按照有關的施工驗收規范的規定使用。
 
2、氯化鈉
氯化鈉是一種早強劑,也是一種很好的降低冰點的防凍材料。而且價格便宜、原料來源廣泛。在摻量相同時,氯化鈉降低冰點作用優于氯化鈣,幾乎是所有降低冰點材 料中效果最好的一種。但作為早強劑,其混凝土后期強度會有所降低,對鋼筋也有銹蝕作用,在鋼筋混凝土中使用必須按規定復合阻銹劑。氯化鈉一般不單獨用做早 強劑,多用于防凍劑中的防凍組分。它與三乙醇胺復合使用效果較好,一般使用量≤1%。與鈉同一族的堿金屬氯鹽也都具有很好的早強作用,如氯化鉀、氯化鋰。 按金屬活動順序表,氯化物隨著陽離子半徑的增加而對水泥水化促進作用增強,按如下順序:氯化鉀>氯化鈉>氯化鋰。但是氯化鉀、氯化鋰價格較貴,我國西北地區有不少鋰鹽渣、鉀鹽副產品等均可以利用。
 
3、氯化鐵
在摻量不超過2%時,氯化鐵具有早強作用,摻量大于3%時多用做防水劑。氯化鐵作為早強劑優點為早強、密實性好,且后期28天強度均較不摻早強劑的有所提高。缺點為含氯鹽對鋼筋有銹蝕作用,但摻量較小時無明顯的銹蝕作用。

較少單獨使用于早強劑,多復合其他外加劑用于要求早強、防水、防凍等要求的混凝土中。還有一些氯化物如氯化鋁、氯化亞錫、氯化銨也都有良好的早強作用,但因成本及來源問題而很少使用。

4、硫酸鹽
 
是使用最廣泛的早強劑,其中尤以硫酸鈉、硫酸鈣用量大。硫酸鈉又名元明粉、無水芒硝,其天然礦物稱為芒硝,白色晶體,很容易風化失水變成白色粉末,即元明 粉。硫酸鈉資源豐富,價格亦較低廉。硫酸鈉很容易溶解于水,在水泥硬化時,與水泥水化時產生的$氫氧化鈣發生下列反 應:Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→Ca2SO4.2H2O+2NaOH.
所生成的二水石膏顆粒細小,它比水泥熟料中原有的二水石膏更快地參加水化反 應:Ca2SO4.2H2O+C3A+12H2O→3Ca.Al2O3.CaSO4.12H2O使水化產物硫鋁酸鈣更快地生成,從而加快了水泥的水化硬化 速度。它的1天強度提高尤其明顯。由于早期水化物結構形成較快,結構致密程度較差一些,因而后期28天強度會略有降低,早期強度愈是增加得快后期強度就愈 容易受影響,因而硫酸鈉摻量應有一個最佳控制量,一般在1-3%,摻量低于1%早強作用不明顯,摻量太大后期強度損失也大,一般在1。5%為宜。
硫酸鈉早強劑在水化反應中,由于生成了氫氧化鈉,而使堿度有所提高,這對摻有火山灰和礦渣的水泥,及摻有活性超細摻合料的混凝土早強作用更為明顯。但同時對于活性骨料來說也容易導致堿骨料反應。

在蒸養混凝土中使用硫酸鈉早強劑更應注意摻量,當摻量過多時由于大量、快速生成高硫型水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)而使混凝土膨脹造成裂縫破壞。
硫酸鈉在混凝土中使用,當摻量過大或養護條件不好時,容易在混凝土表面產生“返堿”現象,即在混凝土表面析出一層毛茸狀的氫氧化鈣細小晶體,而影響混凝土表面的光潔程度,也不利于表面的進一步裝飾處理。冬季施工或干燥天氣尤其容易發生。
 
5、硫酸鈣
硫酸鈣又稱石膏,在水泥生產中已作為調凝劑使用,一般摻量在3%左右,做為調節凝結時間而混磨于水泥中。當混凝土中再摻入硫酸鈣時則有明顯的早強作用。由于 硫酸鈣與水泥中的鋁酸三鈣反應,迅速形成大量的硫鋁酸鈣,很快結晶并形成晶核,促進了水泥其他成分的結晶、生長,因而使混凝土的早期強度提高。
硫酸鈣在混凝土中的最佳摻量,隨水泥中含量鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣而變化,摻量不可過大,否則會降低后期強度,甚至發生膨脹裂縫。其他硫酸鹽如硫酸鋁鉀(明礬石)、硫酸鉀、硫代硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸鋅等均有早強作用,但使用量不多。

6、硝酸鹽類早強劑
 
硝酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鈣、亞硝酸鈣都具有早強作用,尤其是在低溫、負溫時作為早強、防凍劑。
亞硝酸鈉和硝酸鈉對水泥的水化有促進作用,而且可以改善混凝土的孔結構,使混凝土的結構趨于密實。亞硝酸鈉又是很好的阻銹劑,尤其適合用于鋼筋混凝土中。
 
亞硝酸鈣和硝酸鈣往往組合使用,前蘇聯即有此產品,它們能促進低溫、負溫下的水泥水化反應。對加速混凝土硬化,提高混凝土的密實性和抗滲性都有好的影響。在 水泥石微觀結構中起到強化水泥礦物的水化過程、增加膠凝態物質的體積、使氣孔和毛細孔得以封閉,對混凝土耐久性提高起了良好的作用。
 
硝酸鐵亦可以用于早強劑,它與熟料成分經水解和水化生成的氫氧化鈣反應生成氫氧化鐵和硝酸鈣,既有早強作用,又利用氫氧化鐵膠體來封閉毛細孔達到防滲的效果。
 
7、碳酸鹽類早強劑
碳酸鈉、碳酸鉀均可作為混凝土的早強劑及促凝劑。

在冬季施工中使用具有明顯加快混凝土凝結時間及提高混凝土負溫強度增長率。并且碳酸鹽由于能改變混凝土內部孔結構的分布、減小混凝土總孔隙率,而使混凝土在摻入碳酸鹽后抗滲性能有所提高。碳酸鹽亦屬于原料來源廣且價格較低的原料。

二、有機鹽類早強劑
三乙醇胺分子中因有氮原子(N),它有一對未共用電子,很容易與金屬離子形成共價鍵,發生絡合,與金屬離子形成較為穩定的絡合物。
這些絡合物在溶液中形成了許多的可溶區,從而提高了水化產物的擴散速率??梢钥s短水泥水化過程中的潛伏期;提高早期強度。

當三乙醇胺摻量過大時,水泥礦物中C3A與石膏在它的催化下迅速生成鈣礬石而加快了凝結時間。三乙醇胺對C3S、C2S水化過程則有一定的抑制作用,這又使得后期的水化產物得以充分地生長、致密,保證了混凝土后期強度的提高。

其他如二乙醇胺、三異丙醇胺亦有類似的作用。所以在使用中,往往選擇價格較便宜的三乙醇胺殘渣,它實際上是三乙醇胺、三異丙醇胺、二乙醇膠等的混合物,由于超疊效應,其效果有時優于純三乙醇胺。

三乙醇胺作為早強劑時,摻量為0.02—0.05%,摻量>0.1%則有促凝作用。

三、復合早強劑

復合早強劑可以是無機材料與無機材料的復合,也可以是有機材料與無機材料的復合或有機材料與有機材料的復合。

眾多復合型早強劑中以三乙醇胺與無機鹽型復合早強劑效果較好,應用面最廣。

該類早強劑主要有:三乙醇胺復合早強劑、無機鹽類早強劑等。

1、三乙醇胺復合早強劑

A、三乙醇胺--硫酸鈉復合早強劑是最常用的復合早強劑。復合早強劑在低溫下效果更加明顯,在低于20℃使用時隨著養護溫度的降低,復合早強劑的早期和后期強度都有顯著的增加。

三乙醇胺--硫酸鈉復合早強劑的早強效果往往大于單獨使用三乙醇胺和硫酸鈉增強效果的算術疊加。而且復合早強劑28天強度比不摻的有明顯提高,與單摻硫酸鈉早強劑28天強度有所降低情況完全不一樣,其強度增長情況可見下表。
 

三乙醇胺與硫酸鈉復合時,三乙醇胺摻量為0。02—0。05%,硫酸鈉為1---3%,主要根據使用溫度、水泥品種不同來確定。
也可以用三異丙醇胺、二乙醇胺等代替三乙醇胺來復合,或者用幾種混合物三乙醇胺殘渣來代替。
 
B、三乙醇胺--氯化物復合早強劑
通過試驗,發現三乙醇胺--氯鹽復合早強劑的增強效果,無論是三乙醇胺--氯化鈉或三乙醇胺--氯化鈣或三乙醇胺殘渣--氯化鈉復合早強劑,其早期強度的增長值都超過其各單組分增強值的算術疊加值。但28天強度卻略低于算術疊加值或持平。
三乙醇胺(包括三異丙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺殘渣)還可以與硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽等復合使用,但這些多用于防凍劑,在負溫下使用。

2、無機鹽類復合早強劑

硫酸鹽復合早強劑主要有硫酸鈉--氯化鈉早強劑、硫酸鈉與硫酸鈣或同時再復合三乙醇胺等。
 
早強劑主要是提高水泥早期(1—7天)的水化反應速度,常溫下水泥水化速度已足夠快了,早強劑的促進作用也就不明顯了。而在低溫時早強劑的促進作用就能比較明顯地影響水化速度,使早期強度提高達到或超過常溫下的水平。
 
無機鹽類復合早強劑也存在一些不足之處:

一般來講,早期強度,特別是1天、3天強度增加較快時,由于水泥石內部結構很快搭接生長產生強度,這種快速生長的結構往往較為疏松,不夠密實,這就給后期強度帶來一些損失。

此外硫酸鈉早強劑因其摻量相對大些(1—3%),會引入大量的Na+離子,增加了混凝土含堿量,如遇活性骨料則容易產生堿--骨料反應。

氯化物類早強劑又會引入氯離子而引起鋼筋銹蝕,這些對混凝土的耐久性都有不利影響,使用中必須考慮這些影響因素。
來源:中國外加劑網
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