浅谈原材料对砼工作性的影响

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摘 要:水泥混凝土的主要原材料均对混凝土工作性具有明显的影响,包括水泥品种、细度、矿物组成;集料、外加剂的组成和掺配方法等都对混凝土的工作性和塌落度损失带来影响。阐述原材料对混凝土工作性的影响,分析其作用机理。

关键词:水泥混凝土;原材料;工作性;影响

混凝土的工作性对混凝土的施工质量及其控制具有非常大的影响,因此,要保证混凝土的施工质量,保证混凝土的使用性能和寿命,必须重视混凝土工作性的生产控制。而混凝土的工作性的影响因素很多,一般与混凝土的原材料、配合比和生产工艺控制均有较大的关系。而在诸多影响因素中,原材料对混凝土工作性的影响较多、较复杂,下面就主要原材料对混凝土工作性的影响分别加以分析和阐述。

一、水泥

(一)需水量的变化对砼工作性的影响

水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等都会影响需水量,进而影响水泥混凝土的工作性。

1.品种

由于不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同,所以不同品种水泥配制成的混凝土拌合物具有不同的和易性。通常普通水泥的混凝土拌合物比矿渣水泥和火山灰水泥的工作性好。矿渣水泥拌合物的流动性虽大,但粘聚性差,易泌水离析。火山灰水泥流动性小,但粘聚性最好。

2.细度

水泥的细度越高,水泥浆的稠度越大,因此,适当提高水泥的细度可改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性,减少泌水、离析现象。

3.矿物组成

水泥的矿物组成不同,则水泥的水化性能不同,尤其是稠度差异较大,因此,对水泥的工作性会有明显的影响。

水泥对混凝土坍落度经时损失的影响主要体现在水泥细度和化学参数两个方面。水泥的比表面积越小,颗粒形状越接近球形,混凝土的和易性将越好,坍落度经时损失也越小。影响混凝土坍落度损失的水泥化学参数中,C3A和C4AF的含量、C3A的形态、硫酸钙含量及形态、碱含量等是影响混凝土坍落度经时损失的主要因素。

(二)对减水剂性能的影响

水泥中不同的矿物成分对减水剂的吸附能力不同,进而对外加剂的塌落度损失造成较大影响。水泥中几种主要矿物对减水剂(表面活性剂类外加剂)吸附能力顺序如下:C3A>C4AF>C3S>C2S。在水泥加水搅拌后,外加剂随之被吸附到水泥颗粒表面。按上述顺序减水剂很快被吸附到C3A及C4AF等表面,而水泥水化的顺序也是C3A>C4AF>C3S>C2S。C3A、C4AF水化很快,等到C3S、C2S开始水化时,液相中外加剂的浓度已变得很低。随着水化时间的延续,水泥颗粒表面的电动电位值减小,因而混凝土和易性变差,坍落度下降。水泥中的含碱量对减水剂的作用有很大的影响,因为水泥中的碱(Na2O・K2O)会加速水泥的早期水化速率,有明显的促凝和早强作用,导致需水量增大。一般含碱量高的水泥使减水剂的流动性减小,且流动度的损失加快。在混凝土坍落度上表现为用高碱量水泥的混凝土坍落度损失大。

1.C3A、C4AF含量高和高碱量的水泥

一般对处加剂的相容性不好,坍落度损失大是外加剂与水泥适应性不好的最常见现象。萘系减水剂在水泥颗粒上的吸附率和水泥水化速率受碱含量、细度、C3A、石膏等影响,它们控制混凝土流动性损失率。水泥中碱含量过低对混凝土坍落度损失也有影响,使用可溶碱含量低的水泥时,当减水剂惨量不足时会损失坍落度,且当剂量稍高于饱和点时,会出现严重的离析与泌水。生产实际中曾多次发现,一些低碱水泥使用硫酸钠含量在20%左右的低浓萘系减水剂,其坍落度损失比较小,这与一般水泥掺萘系减水剂的规律完全相反。

2.新标准带来的影响

水泥新标准实施后,水泥的生产与检验皆以水灰比为0.5为基准,但中高强度的混凝土的水灰比都比较小,一般都低于0.5,低水灰比时,混凝土所用水泥中硫酸钙溶解速度也是影响其流变行为的一个重要因素,因为溶解硫酸盐的水分很少,SO42-就少,使得有较多的C3A由于缺少硫酸根离子而与高效减水剂分子上的磺酸根基团键合,使液相中高效减水剂含量下降,加速坍落度损失。

3.石膏品种的影响

试验表明,含半水石膏、二水石膏的水泥比含硬石膏、氟石膏的水泥有较少的工作度损失,原因是前者释放硫酸根离子比后者快。

二、集料

集料的特性包括集料的最大粒径、形状、表面纹理(卵石或碎石)、级配和吸水性等,这些特性将不同程度地影响新拌混凝土的和易性。其中最为明显的是,卵石拌制的混凝土拌合物的流动性较碎石的好。集料的最大粒径增大,可使集料的总表面积减小,拌合物的工作性也随之改善。而对混凝土工作性尤其是和易性的影响最大的方面是集料的级配,级配不好的混凝土和易性差,很容易离析;级配良好的混凝土和易性好,保水性、粘聚性好;坍落度也较易控制。因此,为了保证混凝土具有良好的工作性,必须尽可能保证集料具有良好的级配。

三、外加剂

在拌制混凝土时,加入很少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥浆用量的条件下,获得很好的和易性,增大流动性,改善粘聚性,降低泌水性。并且由于改变了混凝土结构,还能提高混凝土的耐久性。

(一)不同的外加剂(主要是表面活性剂类的减水剂)品种,坍落度损失也不同,其顺序如下:

传统高效减水剂>普通减水剂>引气减水剂>缓凝减水剂>新型高效减水剂

速凝减水剂>早强减水剂>缓凝减水剂

这主要是因为减水剂的作用机理不一样。高效减水剂减水率较高,又有早强作用,其作用机理除了分散吸附外,还有吸附双电层的电性斥力作用,它有较高的减水率,能在水化早期促进水化反应进行,而水化产物又很快沉积到水泥颗粒的表面,Zeta电位降低。而普通减水剂的坍落度经时损失就小于高效减水剂,缓凝减水剂由于减缓了水化初期的反应速度,因此坍落度经时损失更小一些。而新型高效减水剂(氨基磺酸盐,聚羧酸盐)在水泥中呈栉形的吸附形态,水泥粒子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力,具有更大的分散效果,并能保持其分散系统的稳定性,Zeta电位变化小,混凝土的坍落度损失比常用减水剂小。由于外加剂与水泥适合性是个复杂的问题,在某种水泥中坍落度经时损失小的减水剂,在另一种水泥中坍落度经时损失可能会大,至今还未有一种对任何水泥都有好的效果的高效减水剂。

(二)减水剂的掺加方法的影响

对高效减水剂的掺加方法的研究表明,后掺法与同掺法相比,混凝土坍落度经时损失小。当使高效减水剂与水同时掺入水泥时,水泥中的CaSO4溶出以前,C3A及C4AF吸附高效减水剂量多,溶液中高效减水剂的含量减少较多,在高效减水剂掺量相同的条件下,采用后掺法,可让水泥颗粒表面先形成一层水膜,表面能下降,C3A、C4AF对减水剂的吸附能力必然大大下降,溶液中的高效减水剂较多,因而可供C3S等塑化使用的高效减水剂便相对较多,混凝土坍落度经时损失便小。同一高效减水剂的粉剂减水率小于液体,但坍落度经时损失小于液体减水剂。

四、结束语

水泥混凝土的工作性关系到混凝土的强度和耐久性,也关系到混凝土结构的质量和使用寿命,而配制混凝土的原材料质量和性能对混凝土的工作性具有很大的影响,通过以上分析,我们可以在施工中注意原材料的选择,保证水泥混凝土的工作性满足工程建设的需要。随着建筑工程的现代化发展,对混凝土工作性的要求会不断提高,我们必须在工程中不断总结经验,不断改善原材料的性能和科学配比,以更好地改善和提高混凝土的工作性,满足工程对混凝土品质的要求。