外加剂对混凝土坍落度影响分析

[摘要]缓凝剂能减慢水泥的水化速率，从而减慢混凝土坍落度的损失率。但是对于连续搅拌的混凝土，缓凝剂不但不能减慢坍落度的损失率，反而加速了坍落度的损失。然而用粉煤灰来取代部分水泥，就可降低坍落度的损失率。但这要取决于粉煤灰取代水泥灰的百分率，而且与所用粉煤灰的烧失量有关。本文就此问题进行了研究。[关键词]水化速率；缓凝剂；坍落度损失；粉煤灰1.前言随着时间的推移，新拌的混凝土就会由于硬化而失去和易性——这种现象叫做“坍落度损失”。因为早期的水化作用逐渐地减少了混凝土中的游离水，各种化学的和物理的因素使混凝土的稠度发生了变化，造成了混凝土内部的骨架结构。在天气温和的情况下，通过短期的搅拌，混凝土稠度的正常变化是没有实际困难的，混凝土保持和易性的时间较长，足以促进浇筑和抹面。然而在搅拌时间较长，特别是在暑期的情况下，混凝土坍落度的损失率就会大大加快，这在浇筑作业期间会造成严重困难。用一种质量勉强合格的F级粉煤灰取代部分细砂的混凝土，人们已经研究了其对坍落度的影响。但是对于掺或不掺减水—缓凝剂的混凝土和粉煤灰混凝土，以及对掺或不掺高效减水剂（超塑化剂）的混凝土和粉煤灰混凝土，当它们在中等温度（21℃）较高温度（32℃）中，连续搅拌达180分钟后的坍落度情况又会是怎样的呢？这就是本文所要探讨的问题。2.材料2.1水泥——所用水泥为普通硅酸盐水泥，5%粉煤灰（以重量计）与水泥磨在一起。2.2粉煤灰——所用的粉煤灰是从烟煤中产生的，其分类为F级粉煤灰。用X—射线的衍射分析法所得的主要成分是莫来石（mullite，也叫富铝红柱石）和石英。其少量的组份是赤铁矿、石灰石和方解石。2.3化学外加剂——采用两种D型减水—缓凝剂，还有两种G型超塑化剂。第一种减水—缓凝剂WRR—Ⅰ，其化学成份为葡糖酸钠（sodiumgluconate）。第二种减水—缓凝剂WRR—Ⅱ，其化学成份为磺化木质素和合成材料。第一种超塑化剂SP—Ⅰ,化学上是以磺化甲醛萘基钠（sodiumnaphthaleneformaldehydesulfonate）为基础的合成聚合物。第二种超塑剂SP—Ⅱ，从化学上说是一种合成聚合物。2.4骨料——粗骨料是中、粗型的轧碎的白云石，其最大粒径为19mm。细骨料是一种很细的天然硅质海砂，其细度模量为1.58。3.配合比掺和不掺粉煤灰以及掺和不掺化学外加剂根据需要的坍落度160±10mm来调整。根据生产厂家推荐的掺量，第一种外加剂WRR—Ⅰ的掺量在21℃时为每100kg水泥0.125L；在32℃时则为每100kg水泥0.190L。第二种外加剂WRR—Ⅱ的掺量在21℃时为每100kg水泥0.4L；在32℃时则为每100kg水泥0.7L。生产厂家推荐的第一种超塑化剂SP－Ⅰ的最佳掺量为每100kg水泥0.7L。第二种超塑化剂SP—Ⅱ的掺量在21℃时为每100kg水泥1.0L，而在32℃时则为每100kg水泥1.2L。4.试验程序第一组实验是在21℃的温度中做的，第二组实验是在32℃的温度中做的，所有的混凝土拌合物都用调整其拌合水的用量，来达到初始的160±10mm目标坍落度。5.试验方法混凝土拌合物都是在一个温控实验室中制备的，所有的材料都经过秤量，并在拌合前至少在实验室中存放24小时。混凝土在一台自由落下的搅拌机中拌合5分钟。为了模拟在混凝土拌和车中发生连续的搅拌作用，搅拌机的鼓筒在几乎是垂直的状态下连续转动。搅拌机的自由落下作用减少得越多，混凝土所受到的搅拌作用就越不强烈。为了避免水份的蒸发，鼓筒的开口是盖着的。坍落度试验是在搅拌5、25、45、90和180分钟后进行的。在混凝土出料之前，搅拌机的鼓筒回到其搅拌位置，混凝土再拌合2分钟。6.试验结果坍落度的实验数据示于图1～3中。这些图表清楚地说明了粉煤灰对保持坍落度的积极作用。与不掺粉煤灰的普通拌合物相比较，所有的粉煤灰混凝土之坍落度损失都要少得多。如果我们认为100mm的坍落度是许多混凝土工程中的常用稠度，那么由图1可见，试验的三种粉煤灰混凝土（只掺粉煤灰的和与两种减水—缓凝剂一起掺入的），在经过180多分钟的搅拌后，其坍落度仍然在100mm以上。掺有超塑化剂的粉煤灰的混凝土（图2），在较短的时间内都能达到100mm的坍落度（掺有SP—Ⅰ的粉煤灰混凝土在搅拌180分钟以后，而掺有SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土则在搅拌110分钟以后）。然而所有未掺粉煤灰的混凝土，其坍落度的损失率则都要高得多，所以能保持100mm坍落度的时间就会更短些。对比的普通混凝土在60分钟后达到100mm的坍落度。掺有减水—混凝剂的两种混凝土则要45分钟。掺有超塑化剂SP—Ⅰ的混凝土要经历50分钟，而掺有超塑化剂的SP—Ⅱ的混凝土则在40分钟后就达到了100mm的坍落度。在整个搅拌期间，粉煤灰对保持坍落度的作用贯彻始终。坍落度的差别随搅拌时间的延长而增大，这反映了粉煤灰混凝土的坍落度损失率减慢了。根据图1和图2中所示的坍落度曲线，在21℃时搅拌的掺有粉煤灰的混凝土，其坍落度损失的减少幅度同未掺粉煤灰的同样拌合物相比较，如图4所示。粉煤灰混凝土拌合物的坍落度损失减少幅度（不包括掺SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土，因其曲线突然偏离），在搅拌25分钟后为20～50mm，搅拌45分钟后为40～60mm，搅拌90分钟后为55～70mm，搅拌135分钟后为65～80mm，搅拌180分钟后则为70～85mm。如果我们仍然把各种拌合物达到100mm坍落度的搅拌时间标出来，由图3可见，只有不掺外加剂的粉煤灰混凝土，在搅拌时间为180分钟时的坍落度略高于100mm。掺有SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土搅拌75分钟后达到100mm的坍落度，掺有WRR—Ⅰ的粉煤灰混凝土和对比的普通混凝土要搅拌40分钟，掺有SP—Ⅱ的混凝土要搅拌35分钟，掺有WRR—Ⅰ的普通混凝土则搅拌10～15分钟左右。掺有化学外加剂的混凝土之坍落度损失曲线的差值，在形式上看也是有差别的（图4）。在21℃时随着搅拌时间的延长，坍落度的差别也增大了。掺与不掺减水—缓凝剂或超塑化剂的粉煤灰混凝土，在21℃的温度中经过长期搅拌，其坍落度增大了40～80mm，在32℃的温度中搅拌时，与无粉煤灰的同样混凝土相比较，则其坍落度增大了30～65mm。7.结论对于掺有普通减水—缓凝剂的混凝土，业已发现粉煤灰也有利于保持其之坍落度，而化学外加剂则会增大坍落度的损失率。这也与硫酸盐离子和颗粒可利用性有关。实验业已证明，对于掺有减水—缓凝剂的混凝土，掺入1%SO3即可大大改善其坍落度的保持能力。此外，采用含有P2O5粉煤灰，则对于这种混凝土的水化过程也会有一定的抑制作用。因为粉煤灰、硅酸盐水泥和化学外加剂的来源不同，彼此之间的化学反应也各不相同。所以要在与工地相同的条件下，用规定的拌合物之实际成份进行初步试验，以便正确地评价其之实际性能