抑制掺减水剂混凝土坍落度损失的方法

抑制掺减水剂混凝土坍落度损失的方法综述：张德琛掺减水剂混凝土坍落度损失很快，极大影响了混凝土的应用及性能，尤其是近年来商品混凝土行业的蓬勃发展，这个问题就是显得更加突出了。为了解决这个问题。很多学者做了大量的工作，在以下问题上取得了共识：影响混凝土的坍落度损失的原因较多，例如：水泥成分，减水剂种类，环境温度、湿度、搅拌方式、水灰比的大小，减水剂掺入时间，掺合料的种类等，都不同程度地影响混凝土的坍落损失。其中主要的因素是水泥的成分、减水剂和种类、减水剂掺加时间。以下围绕这些问题进行探讨。水泥中的矿物成分是影响混凝土坍落度损失的主要原因。许多学者用水泥中的单矿对一定浓度的减水剂做了吸附量试验，结果为：水泥中的C3A、C4AF、C2S、C3S对减水剂有选择吸附作用。当减水剂浓度为0.4%时，在无石膏的条件下，C3A的吸附量为150mg/g;C4AF为280mg/g;C3S为22mg/g;C2S为1.9mg/g。在有石膏存在的条件下，C3A的吸附量为15mg/g；X4AF为40mg/g。从上述试验结果可以看出，由于大量的减水剂被C3A、C4AF吸附。占水泥成分较多的C3S、C2S就显得吸附量不足，因此动电电位明显下降，混凝土坍落度损失很大。这是造成掺减水剂混凝土坍落度损失的根本原因。针对上述原因，人们进行了广泛深入研究。到目前不止，认为以下一些方法对抑制掺减水剂混凝土坍落度损失是有效的：一、滞水掺法及后掺法所谓滞水掺法及后掺法即：砂、石、水泥、水（部分或全部水）拌和之后再掺减水剂，这种方法对抵制掺减水剂混凝土坍落度损失有明显效果。主要原因是，水泥遇水后其中的C3A、C4AF能迅速生成C3AH8和C4AFH10，在有石膏的环境中主要生成AFm相，C3A、C4AF在体系中显著减少，这时加入减水剂被C3A、C4AF消耗量也显著减少，大量的减水剂能比较充分地被C3S、C2S吸附，水泥颗粒的动电电位明显提高，并在一定时间内维持较稳定的动电电位，直接表现为混凝土和易性较好，坍落度损失较小。这种方法简单，便于应用，目前在混凝土中应用比较广泛。但是这种方法的作用有一定限度，使用上有一定的局限性。二、掺外加剂法能抑制掺减水剂混凝土坍落度损失的外加剂较多，可分为无机和有机两大类。无论是无机物还是有机物，它们都有一个共同点，能不同程度地延缓混凝土的凝结时间。无机类的物质有：石膏、磷酸盐、多聚磷酸及其盐类、硼酸及其盐类、聚碳酸及其盐类等物质。其中使用较多的是石膏及多聚磷酸盐（简称N盐）。关于石膏的作用效果，前面已经提过，在此不赘述。笔者对N盐做了比较多的实验，认为N盐对抑制掺减水剂混凝土坍落度损失，有较好的作用。而且价格比较便宜，笔者研究认为，当新拌混凝土中加入N盐后，可以明显的降低水化体系的表面张力及临界胶束状态。另外，N盐对AL2O3有一定的吸附作用，选择性地与AL2O3表面吸附的减水剂进行交换，被交换下来的减水剂显著地提高了溶液中的减水剂溶度，为C3S、C2S吸附提供了充足的减水剂，有效地抑制了坍落度损失。但是在使用N盐时应严格控制掺量，掺太少抑制坍落度损失效果不明显，掺太多对抑制混凝土坍落度损失有良好效果，但是对混凝土的早期强度影响较大。笔者曾在混凝土中较合理地使用N盐，并在其中复合三乙醇胺或元明粉等早强组份，取得了良好的效果。有机类的物质较多，可以分成两种类型：一种是直接参与型，一种是反应参与型。直接参与型的特质主要有：羟基羧酸（例如：酒石酸柠檬酸及其盐类等），多羟基碳水化合物（例如：糖蜜、多元醇、含氧有机酸等）。这些物质对混凝土有明显的缓凝作用。因此，在一般混凝土中多被用做缓凝剂。由于这些物质大多有表面活性作用，对水泥颗粒表面有较强吸附作用，能有效地抑制水泥颗粒凝聚。因此对抑制坍落度损失有一定效果。另一类抑制坍落度损失的外加剂属于反应型的。据报导由马来酸酐和烯烃共聚制成的外加剂，当它加入混凝土中，依靠化学反应，不断地向水--水泥水化体系中缓慢释放分散剂，使水泥颗粒始终维持一定的动电电位，从而达到抑制坍落度损失的作用。这种方法是今后发展的趋势。值得着重提出的是，近年来人们在丙烯酸及其盐，甲基丙烯酸及其盐、丙烯酰胺等聚合物上进行了深入研究，认为它们其中的-CooH、-CoNH2都是极性基团，可以形成许多醚键衍生物，都有较好的分散作用。由于其溶解速率与减水剂（尤其是萘磺酸盐甲醛缩合物）不同，可以连续缓慢地向水--水泥水化体系中提供减水剂，因此在一定时间内维持水泥颗粒动电电位变化不大，对抑制坍落度损失有较好的作用。目前这种方法在国外应用比较广泛，并取得良好的效果，应当引起我国外加剂行业人士的关注。三、造粒法所谓造料法就是将减水剂及其载体造成不同粒径、不同溶解速率的颗粒状物，掺到新拌混凝土中，使其在水--水泥水化体系中形成不同的溶解梯度，随时补充由于C3A、C4AF消耗的减水剂，使体系中的减水剂始终维持在临界胶束或准临界胶束状态，使坍落度不损失或损失很小。但是笔者见到的一些产品大部分不太理想，有的粒径过大，遇水松散。有的粒径适宜但是溶解速率过快，或过慢，影响使用效果。笔者认为，在对减水剂进行造粒的同时，应该其包衣，这层衣最好是在碱性溶液中能缓慢溶解的外衣，并包成不同的厚度，使其中的减水剂在一定的时间内随时释放，达到抑制坍落度损失目的。笔者曾造访过生产该种设备厂的两个单位，并多次进行了交流。一种是由微机控制的造粒包衣机，该设备可以根据要求造出各种粒径的球，同时可以在球体外进行不同厚度的包衣，完全由微机控制。目前该设备主要用于航天器的燃料造粒，因此价格比较高一般单位很难接受。另外一种叫做DTP压力喷雾造粒干燥机，有系列产品，最大蒸发量从6~2000kg/h、喷雾压力2.6~2.5MPa.。热源可以是煤、电、天然气、油等，可以进行包衣，但是需要人工控制。据介绍此设备性能较好（笔者未曾亲自使用），这种设备比前种便宜，但是仍需要十几万到几十万元。另外制药行业造粒、包衣设备较多，可以做为借鉴，改造成适应外加剂行业需用的设备。四、掺木素、糖蜜类减水剂混凝土比掺萘系减小剂混凝土坍落度损失率要小木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、糖化钙等减水剂，尽管其减水功能不如萘系减水剂，但是坍落度损失率要比萘系减水剂小得多。主要原因是木素类、糖钙类减水剂其中含有一定量的还原糖（一般木素减水剂含12%左右、糖化钙减水剂中含糖量会更高一些），因此，它们对混凝土都有缓凝作用，对掺减水剂混凝土坍落度损失抑制极为有利。但是，在中低标号混凝土中使用木素或糖蜜类减水剂尚可以满足工程需要，在高标号混凝土中，单掺木素、糖蜜类减水剂就满足不了工程要求了。为此，经常复合使用。笔者最近用正交法，对几种高效减水剂、木钙、糖钙，进行了正交复配,有几种减水剂复配后几乎达到了纯高效减水剂的减水率，而且强度也令人满意。不仅大幅度降低了成本，还缓解了高效减水剂供应紧张这个矛盾，更主要的是对抑制混凝土坍落度损失也极为有利。究其原因可能主要是复配后的减水剂在水--水泥水化体系中临界胶束状态降低的原故。也可能是各种减水剂的减水率进行复杂的叠加，或许还有其它原因，有待深一步研究。日本62-167243专利提出了萘系减水剂和木素减水剂共缩合的方法，生产出能抑制混凝土坍落度损失的外加剂。当高效减水剂和定量的此种外加剂复合后，在0.40%掺量时，初始坍落度达到200mm，60min时坍落度损失率仅为5%，90min后仅为10%。俄罗斯在改性木钙方面也做了大量工作取得较大的进展，在工程中得到大量的应用。目前我国在这方面工作刚刚起步，尽管有一些改性木素产品，但是大多数用于染料分散剂，在耐高温方面进行了改性，在分散方面基本维持了原产品的分散性，仍满足有了混凝土工程需要，有待进一步开发。五、其它方法除上述因素能影响混凝土坍落度损失以外，以下因素也影响混凝土坍落度损失。例如：水泥品种、拌和混凝土温度、停放时间的长短、混凝土存放状态，减水剂的品种等都有关系。水泥矿物成分不同，对混凝土坍落度影响较大。其中有C3A、C4AF含量较高的对混凝土坍落度损失较大，反之影响较小。因此如果需要生产大流动度的高强混凝土，而且要求坍落度损失较小，应优先选用C3A、C4AF含量较少的水泥。另外水泥中的调凝剂如果是氟石膏或磷石膏也会影响掺减水剂混凝土坍落度损失。新拌混凝土的温度，对混凝土坍落度损失影响也很大，一般讲新拌混凝土的温度越高，坍落度损失越快。温度越低度坍落度损失越慢。笔者对几种不同的减水剂，在不同的温度下（15℃、25℃、35℃）测定其坍落度损失率得出的结果是：一般讲，温度每上升10℃，坍落度损失率增大15~40%（由于减水剂的品种不同，致使混凝土的坍落度损失也不同）。因此，在炎热夏天如何降低新拌混凝土的温度，商品混凝土生产厂家应引起重视。笔者在广东省珠海市某混凝土搅拌站看到采用深水井（相对地表水温度低得多）拌合混凝土，有效地降低了混凝土的温度，对混凝土坍损失十分有利。另外，如果夏季长时间长距离运输混凝土，也应当在混凝土运输车上复盖隔热材料（当地夏季实测日照金属表面最高温度达56℃），能收到满意的效果。六、总结1．影响掺减水剂混凝土坍落度损失的因素较多，其中最主要因素是水泥中的C3A、C4AF含量、减水剂的品种、掺入方法等因素。2．后掺法、造粒法、掺缓凝剂、掺直接参与型或反应参与型的外加剂对抑制混凝土坍落度损失有明显效果。3．应重视造粒设备、反应型外加剂、改性木素至少减水剂的开发研究，及早在混凝土工程中应用，有效地抑制掺减水剂混凝土坍落度损失。参考文献：1．张冠伦，张云理--《混凝土外加剂》2．刘程--《表面活性剂手册》3．E，H，Lucassen-Reynders(美)--《表面活性剂作用的物理化学》4．日本专利：日昭59-195565，日昭61-174153,日昭61-167243