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探析外加劑對混凝土坍落度的影響
摘要:緩凝劑能減慢水泥的水化速率,從而減慢混凝土坍落度的損失率。但是對于連續(xù)攪拌的混凝土,緩凝劑不但不能減慢坍落度的損失率,反而加速了坍落度的損失。然而用粉煤灰來取代部分水泥,就可降低坍落度的損失率。但這要取決于粉煤灰取代水泥灰的百分率,而且與所用粉煤灰的燒失量有關。本文就此問題進行了研究。
關鍵詞:水化速率;緩凝劑;坍落度損失;粉煤灰
1.前言
隨著時間的推移,新拌的混凝土就會由于硬化而失去和易性——這種現(xiàn)象叫做“坍落度損失”。因為早期的水化作用逐漸地減少了混凝土中的游離水,各種化學的和物理的因素使混凝土的稠度發(fā)生了變化,造成了混凝土內部的骨架結構。
在天氣溫和的情況下,通過短期的攪拌,混凝土稠度的正常變化是沒有實際困難的,混凝土保持和易性的時間較長,足以促進澆筑和抹面。然而在攪拌時間較長,特別是在暑期的情況下,混凝土坍落度的損失率就會大大加快,這在澆筑作業(yè)期間會造成嚴重困難。
用一種質量勉強合格的F級粉煤灰取代部分細砂的混凝土,人們已經(jīng)研究了其對坍落度的影響。但是對于摻或不摻減水—緩凝劑的混凝土和粉煤灰混凝土,以及對摻或不摻高效減水劑(超塑化劑)的混凝土和粉煤灰混凝土,當它們在中等溫度(21℃)較高溫度(32℃)中,連續(xù)攪拌達180分鐘后的坍落度情況又會是怎樣的呢?這就是本文所要探討的問題。
2.材料
2.1 水泥——所用水泥為普通硅酸鹽水泥,5%粉煤灰(以重量計)與水泥磨在一起。
2.2 粉煤灰——所用的粉煤灰是從煙煤中產(chǎn)生的,其分類為F級粉煤灰。用X—射線的衍射分析法所得的主要成分是莫來石(mullite,也叫富鋁紅柱石)和石英。其少量的組份是赤鐵礦、石灰石和方解石。
2.3 化學外加劑——采用兩種D型減水—緩凝劑,還有兩種G型超塑化劑。
第一種減水—緩凝劑WRR—Ⅰ,其化學成份為葡糖酸鈉(sodium gluconate)。第二種減水—緩凝劑WRR—Ⅱ,其化學成份為磺化木質素和合成材料。
第一種超塑化劑SP—Ⅰ,化學上是以磺化甲醛萘基鈉(sodium naphthalene formaldehyde sulfonate)為基礎的合成聚合物。第二種超塑劑SP—Ⅱ,從化學上說是一種合成聚合物。
2.4 骨料——粗骨料是中、粗型的軋碎的白云石,其最大粒徑為19mm。細骨料是一種很細的天然硅質海砂,其細度模量為1.58。
3. 配合比
摻和不摻粉煤灰以及摻和不摻化學外加劑根據(jù)需要的坍落度160±10mm來調整。根據(jù)生產(chǎn)廠家推薦的摻量,第一種外加劑WRR—Ⅰ的摻量在21℃時為每100kg水泥0.125L;在32℃時則為每100kg水泥0.190L。第二種外加劑WRR—Ⅱ的摻量在21℃時為每100kg水泥0.4L;在32℃時則為每100kg水泥0.7L。生產(chǎn)廠家推薦的第一種超塑化劑SP-Ⅰ的最佳摻量為每100kg水泥0.7L。第二種超塑化劑SP—Ⅱ的摻量在21℃時為每100kg水泥1.0L,而在32℃時則為每100kg水泥1.2L。
4. 試驗程序
第一組實驗是在21℃的溫度中做的,第二組實驗是在32℃的溫度中做的,所有的混凝土拌合物都用調整其拌合水的用量,來達到初始的160±10mm目標坍落度。
5. 試驗方法
混凝土拌合物都是在一個溫控實驗室中制備的,所有的材料都經(jīng)過秤量,并在拌合前至少在實驗室中存放24小時�；炷猎谝慌_自由落下的攪拌機中拌合5分鐘。為了模擬在混凝土拌和車中發(fā)生連續(xù)的攪拌作用,攪拌機的鼓筒在幾乎是垂直的狀態(tài)下連續(xù)轉動。攪拌機的自由落下作用減少得越多,混凝土所受到的攪拌作用就越不強烈。為了避免水份的蒸發(fā),鼓筒的開口是蓋著的。
坍落度試驗是在攪拌5、25、45、90和180分鐘后進行的。在混凝土出料之前,攪拌機的鼓筒回到其攪拌位置,混凝土再拌合2分鐘。
6. 試驗結果
坍落度的實驗數(shù)據(jù)示于圖1~3中。這些圖表清楚地說明了粉煤灰對保持坍落度的積極作用。與不摻粉煤灰的普通拌合物相比較,所有的粉煤灰混凝土之坍落度損失都要少得多。
如果我們認為100mm的坍落度是許多混凝土工程中的常用稠度,那么由圖1可見,試驗的三種粉煤灰混凝土(只摻粉煤灰的和與兩種減水—緩凝劑一起摻入的),在經(jīng)過180多分鐘的攪拌后,其坍落度仍然在100mm以上。摻有超塑化劑的粉煤灰的混凝土(圖2),在較短的時間內都能達到100mm的坍落度(摻有SP—Ⅰ的粉煤灰混凝土在攪拌180分鐘以后,而摻有SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土則在攪拌110分鐘以后)。
然而所有未摻粉煤灰的混凝土,其坍落度的損失率則都要高得多,所以能保持100mm坍落度的時間就會更短些。對比的普通混凝土在60分鐘后達到100mm的坍落度。摻有減水—混凝劑的兩種混凝土則要45分鐘。摻有超塑化劑SP—Ⅰ的混凝土要經(jīng)歷50分鐘,而摻有超塑化劑的SP—Ⅱ的混凝土則在40分鐘后就達到了100mm的坍落度。
在整個攪拌期間,粉煤灰對保持坍落度的作用貫徹始終。坍落度的差別隨攪拌時間的延長而增大,這反映了粉煤灰混凝土的坍落度損失率減慢了。
根據(jù)圖1和圖2中所示的坍落度曲線,在21℃時攪拌的摻有粉煤灰的混凝土,其坍落度損失的減少幅度同未摻粉煤灰的同樣拌合物相比較,如圖4所示。粉煤灰混凝土拌合物的坍落度損失減少幅度(不包括摻SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土,因其曲線突然偏離),在攪拌25分鐘后為20~50mm,攪拌45分鐘后為40~60mm,攪拌90分鐘后為55~70mm,攪拌135分鐘后為65~80mm,攪拌180分鐘后則為70~85mm。
如果我們仍然把各種拌合物達到100mm坍落度的攪拌時間標出來,由圖3可見,只有不摻外加劑的粉煤灰混凝土,在攪拌時間為180分鐘時的坍落度略高于100mm。摻有SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土攪拌75分鐘后達到100mm的坍落度,摻有WRR—Ⅰ的粉煤灰混凝土和對比的普通混凝土要攪拌40分鐘,摻有SP—Ⅱ的混凝土要攪拌35分鐘,摻有WRR—Ⅰ的普通混凝土則攪拌10~15分鐘左右。摻有化學外加劑的混凝土之坍落度損失曲線的差值,在形式上看也是有差別的(圖4)。在21℃時隨著攪拌時間的延長,坍落度的差別也增大了。 摻與不摻減水—緩凝劑或超塑化劑的粉煤灰混凝土,在21℃的溫度中經(jīng)過長期攪拌,其坍落度增大了40~80mm,在32℃的溫度中攪拌時,與無粉煤灰的同樣混凝土相比較,則其坍落度增大了30~65mm。
7. 結論
對于摻有普通減水—緩凝劑的混凝土,業(yè)已發(fā)現(xiàn)粉煤灰也有利于保持其之坍落度,而化學外加劑則會增大坍落度的損失率。這也與硫酸鹽離子和顆�？衫眯杂嘘P。實驗業(yè)已證明,對于摻有減水—緩凝劑的混凝土,摻入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,則對于這種混凝土的水化過程也會有一定的抑制作用。因為粉煤灰、硅酸鹽水泥和化學外加劑的來源不同,彼此之間的化學反應也各不相同。所以要在與工地相同的條件下,用規(guī)定的拌合物之實際成份進行初步試驗,以便正確地評價其之實際性能。
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