商品混凝土生产与施工坍落度控制探讨PPT.ppt

mobile research activites of etri,商品混凝土生产与施工坍落度控制探讨,2011预拌混凝土质量管理及成本控制研讨会,主要内容,1、坍落度损失的定义: 混凝土拌和物经过一定时间后逐渐变稠而黏聚性增大,流动度逐渐降低的现象。坍落度损失是所有混凝土的一种正常现象，混凝土的坍落度损失快慢取决于水化时间、温度、水泥组成以及所掺的外加剂等因素。,2、坍落度指标的重要意义 商品混凝土本身是一种半成品，新拌出来的混凝土是否满足设计强度要求，我们当时是无法测定的，因而混凝土质量好坏的信息反馈是十分滞后的，但是混凝土质量有什么异常,均会首先从坍落度这个指标上反映出来，因此，我们唯一有效监控混凝土质量的指标就是坍落度。混凝土坍落度是一项综合性的定量指标，泵送混凝土的流动性、保水性和粘聚性是混凝土定性的表现，可以说，混凝土坍落度是混凝土内在质量的外在表现。坍落度不正常,波动太大还会影响到泵送施工,进而影响到施工质量。因此，对泵送混凝土坍落度的控制就更显其重要，只有确保泵送混凝土施工通畅，才能确保混凝土工程质量。,日本的服部健一教授对混凝土坍落度损失的机理曾进行过深入细致的研究，他认为水泥颗粒的物理凝聚是造成混凝土坍落度损失的主要因素。水泥加水拌和后，产生絮凝结构，其结构内部束缚大量自由水，使混凝土拌合物显得比较干涩。如果设法拆开这种絮凝结构，就可以使浆体的流动性变好。此外，混凝土本身水化消耗的水、水分蒸发损失的水，也是造成坍落度损失的重要原因。服部健一教授的观点也是当前对混凝土坍落度损失原因的最通常解释。,坍落度损失的机理,化学机理,物理机理,水泥水化,水分损失,用水量影响,集料吸水,减水剂影响,含气量影响,1、混凝土坍落度损失物理机理 （1） 用水量的影响 水泥完全水化大约需本身质量的23的水，标准稠度用水量一般在25%28之间，但实际上混凝土拌和时加入的水量远大于此数，其中相当大一部分是由于改善浆体的流动性。新拌混凝土中水的存在3 种形式，即结合水、吸附水和自由水。结合水是由于化学反应被固定在水化产物中的水，吸附水则受到强烈的固体表面力场的作用，他们都成为固相的一部分，不能改善混凝土的流动性。对混凝土的流动性真正起作用的是自由水。在水泥水化过程中，自由水的不断减少导致坍落度损失。自由水减少的原因大致有以下几个方面。 1）水泥水化。水泥水化是消耗水的反应，如1gc3a 完全水化生成钙矾石需要1.73g 水。另外，水泥水化使体系的固相表面积增大也会吸附更多的水。临近终凝时，结合水可以达到总用水量的4%5，吸附水则可以达到15 20。结合水和吸附水的增加，必然引起自由水的减少。 2）水分损失。在施工过程中，混凝土中水分损失的主要原因是蒸发，水分蒸发的快慢与温度、湿度、风速及水的粘度等因素有关。 3）集料吸水。集料的吸水一般被认为只发生于轻集料和多孔集料，事实上，普通集料也具有吸水的特性。,1、混凝土坍落度损失物理机理 (2)含气量的影响 新拌混凝土是固液气三相组成的体系，其中空气的含量约为1 3。空气以球形微细气泡的形式存在，吸附在固体颗粒的表面，如同摩擦很小且颇具弹性的细骨料，起到了“滚珠或“轴承”的作用，减小了颗粒之间的摩擦阻力，使新拌混凝土容易流动。根据资料介绍，空气含量每增加1，对坍落度的影响相当于增加用水量3.0 -3.5。 (3) 高效减水剂的影响 高效减水剂的加入可以明显改善混凝土的坍落度损失，其作用机理主要有以下两方面。 1)高效减水剂是一种表面活性剂，当高效减水剂掺入水泥混凝土中后，通过搅拌，水泥颗粒表面吸附高效减水剂分子，使得水泥粒子的zeta电位提高。带电粒子之间存在静电斥力，阻止了带电水泥颗粒的凝聚，使得被包裹在水泥颗粒之间的自由水被释放出来，从而增大了混凝土拌和物的坍落度。 2)水泥水化过程中，由于物理、化学分散，液相中的粒子增多，分散的粒子由于布朗运动、重力、机械搅拌等，粒子表面吸附的高效减水剂减少，使得水泥颗粒之间zeta 电位降低，相互间作用位能下降，产生凝聚，引起混凝土的坍落度损失。,2、化学机理 水泥水化产生水化产物，使新拌混凝土粘度增大是引起混凝土坍落度损失的主要原因。随着水泥水化产生ca（oh）2、csh 等水化产物的进行，固相颗粒不断增加，颗粒之间的相斥力下降，降到一定程度后，网状结构形成，并随着数量的增加，内摩擦阻力相应增大表现为坍落度损失。,水泥因素,坍落度损失影响因素,外加剂因素,施工环境因素,集料因素,水泥因素,细度及颗粒形状,c3a含量,石膏,掺合料,碱含量,1、水泥因素 水泥影响混凝土坍落度损失的主要因素如下： （1）比表面积(细度)及颗粒形状。 （2）石膏的种类及掺量、形态、研磨温度、溶解性。 水泥调凝所用的石膏种类及其数量对坍落度经时损失的影响很大。石膏的种类不同，溶解度和溶解速度差异很大，因而对水泥浆体液相组成影响极大。有研究表明，应尽量避免用硬石膏和氟石膏代替或部分代替二水石膏作水泥调凝剂。 （3）碱含量:高碱、低碱、缺硫。 水泥中的碱对水泥早期水化速度有明显的影响，所以水泥的含碱量也是影响坍落度经时损失的重要因素。水泥中含碱量越高，早期水化速度越快，浆体流动度经时损失必然越大。,水泥细度,水泥生产用的调凝剂,二水石膏、半水石膏、硬石膏、工业废石膏（氟石膏、磷石膏等） 乳酸渣、柠檬酸渣、电石渣、硫渣、电解锰渣替代石膏 石膏用于调节水泥的凝结时间及硬化速度，石膏的不同形态溶解度也不一样。半水石膏会迅速反应，而且消耗大量水。 外加剂对不同形态石膏的溶解度也有不同的影响。一些外加剂如糖钙、木钙等与硬石膏同用，会降低硬石膏的溶解度，使水泥因缺少调凝成份而产生速凝等异常凝结。,水泥s03与碱含量的影响 据资料介绍，水泥中s03和碱含量对水泥与减水剂的适应性有较大的影响，水泥的塑化度 (s03 (1.29na20+o.85k20)越大，混凝土坍落度损失越小，与减水剂的适应性越好，反之则较差。缺硫会导致凝结过快。因此，水泥孰料粉磨时要添加5%左右的石膏(硫酸钙)，作为调凝剂控制水泥的凝结时间 矿化剂含量的影响 采用石膏一萤石复合矿化剂煅烧熟料，当caf2含量偏高而s03含量不足时，易生成快凝矿物氟铝酸钙，使水泥凝结异常，与减水剂的适应性较差。,如果 so3过少，造成“缺硫” ，将严重影响外加剂与水泥的适应性，这时加入可溶性na2so4，能够提高其与外加剂的适应性 。,碱含量在0.50.8内，可认为不会影响外加剂与水泥的适应性。 水泥中可溶性碱最佳含量一般认为应该是 0.4% 0.6 。通常将碱含量低于 0.40% 的水泥称为低碱水泥。而水溶性碱多以碱的硫酸盐存在，所以也将低碱水泥称为缺硫或欠硫水泥，缺硫水泥掺入减水剂通常流动性较差，而增大减水剂用量虽然有定效果，但更会增大混凝土泌水，所配制的混凝土匀质性差，坍落度损失快，因此常用外加剂很难适应，即使将缓凝剂用量成倍增加也毫无作用。 从流变性的角度考虑，水泥存在一个最佳的可溶碱含量。现今一些水泥中的可溶碱含量达不到该最佳值，销售出去的水泥中可溶碱含量不必要地过分低。 高含碱量则会加速水泥的早期水比速率，导致需水量增大，塑性效果变差。粉煤灰、矿粉的掺入能够与水泥的水化产物ca(oh)2发生二次反应,降低混凝土的碱度,使外加剂与水泥的适应性有所改善。,1、水泥因素 （ 4）c3a含量。 水泥熟料中c3a和 c4af 的含量对混凝土坍落度损失影响很大。水泥熟料中的四大矿物对外加剂，特别是减水剂的吸附作用是不同的。c3a 由于水化速度最快，迅速形成的水化产物具有高比表面积，结果使掺入的减水剂大量被吸附在其水化产物的表面上，而水泥中占最大量的 c3s 就显得吸附量不足，因此水泥中的铝相含量过高时，在减水剂掺量相同的条件下混凝土的减水率会降低，浆体流动度减少。如果要得到相同的流动度，就不得不增加减水剂的掺量。此外，如果熟料中铝相含量高，初期水化产物增加，混凝土坍落度的经时损失理应增大，尤其当水泥中掺加的石膏量不足或石膏的溶解性不好时，不能保证迅速生成大量的凝胶态钙矾石来覆盖熟料中铝相表面，对水化的抑制作用不足，会增大坍落度的经时损失,水泥主要矿物对高效减水剂的吸附能力不同c3ac4afc3sc2s ；c3a与水接触后立即溶解，并且很快在过饱和溶液中形成六方板状水化物，接着转变为更为稳定的c3ah6 水泥厂为提高水泥的早期强度而增加c3a与c4af 的含量,1、水泥因素 （5) 掺合料:品种、对外加剂吸附量、碳含量。 一定细度的矿物细粉，特别是粉煤灰，由于具有球形颗粒形貌，有滚珠效应，减少了颗粒间的摩擦。而且，球形颗粒的表面积与体积比值最小，使湿润颗粒表面的需水量最低，这样就导致浆体中用于流动的自由水较多，混凝土的坍落度增大。张学亮指出，粉煤灰对坍落度的改善，存在一个最佳值。 张雄等通过实验也证实了掺有矿渣的水泥浆达到相同流动性时，减水剂掺量可减少。 尚建丽等比较了各种混合材对水泥浆体流动度的影响，指出矿渣对流动度的改善也有一个最佳加入量。,不同掺和料对混凝土坍落度的影响 优质的粉煤灰和矿渣微粉可减小坍落度损失；nc-p膨胀剂能减小混凝土的坍落度损失。,水泥生产常用的混合材,矿渣、粉煤灰、石灰石粉、沸石、煤矸石、煤渣、炉渣、火山灰、硅锰渣、磷矿渣、增钙液态渣、硫酸铝渣、赤泥、部分金属尾矿等 沸石、硫酸铝渣等具有极大的内比表面积 如炉渣、煤矸石不仅含有碳，而且呈多孔结构，吸附性强，与外加剂的适应性差。,2、集料因素 如集料的细度、集料含泥率等。 混凝土所用粗细骨料的含泥量和泥块含量超标，碎石针片状颗粒含量超标等都会造成混凝土坍落度损失加快。如果粗骨料吸水率大，尤其是所用碎石，在夏季高温季节经高温暴晒后，一旦投人到搅拌机内它会在短时间内大量吸水，造成混凝土短时间内(30min)坍落度损失加快。,3、外加剂因素 （1）减水剂:品种分子结构、na2so4含量聚合度、分子量及分布。众所周知低温下混凝土强度增长比较缓慢。而为了缩短施工工期,很多商品混凝土搅拌站和现场搅拌施工中,都掺加了早强剂。而硫酸类及含硫酸盐的复合早强剂的应用相对较为广泛,而硫酸盐类早强剂中的硫酸钠含量对混凝土坍落度及坍落度经时损失影响很大 （2）缓凝剂:品种、用量。 （3）引气剂:品种、用量、气泡形状及稳定性。,4、施工及环境因素 （1）环境温度直接影响水泥的水化速度，温度较高时水泥水化加速，也加快了坍落度损失。炎热的夏季气温大于25或30以上时，相对于20时的混凝土坍落度损失要加快50%以上，当气温低于+5时，混凝土坍落度损失又很小或不损失。 （2）水泥用量、施工配合比、施工湿度、外加剂的掺加方式、混凝土搅拌及运输方式等都对混凝土坍落度损失有一定的影响。 （3）混凝土静态比动态坍落度损失快。动态时，混凝土不断的受到搅拌，使泵送剂中的减水成分与水泥不能充分反应，阻碍了水泥水化进度，从而使坍落度损失小;静态时，减水成分与水泥接触充分，加速了水泥水化进程，因此混凝土坍落度损失加快。,坍落度损失控制方法,改变减水剂 掺加方式,掺适量粉煤灰,掺保塑剂,水泥品种,掺缓凝剂 引气剂,新型减水剂,合理配合比,1、掺缓凝剂、引气剂 在掺高效减水剂的混凝土中再掺入缓凝剂,使水泥的水化延缓,混凝土在浇注前不因水化产物较多地吸附高效减水剂降低塑化效应和形成空间网状结构,减少坍落度损失。若再掺入引气剂,可以使水泥浆体中产生许多微小的气泡,对水泥有较好的分散作用,不易形成网架结构,从而减小混凝土的坍落度损失。 在减水剂中复合缓凝组分，是降低坍落度损失最经典的办法,缓凝剂及缓凝减水剂,缓凝剂适用于温度5以上的环境，可用于大体积混凝土、碾压混凝土、高温季节浇筑的混凝土、大面积混凝土、自流平免振混凝土、滑模施工混凝土、较长时间停留或运输的混凝土等。 部分品种会影响混凝土的和易性，易产生泌水等。如柠檬酸、酒石酸盐等。尤其是对水灰比大、用水量大的贫混凝土。,缓凝时间因缓凝剂品种、掺量、温度、水泥品种、配合比等不同而变化。部分缓凝剂对温度特别敏感，低温时缓凝时间长，温度较高时缓凝作用减弱甚至丧失。因此，使用缓凝剂时，必须根据条件变化进行调整。 使用缓凝剂的混凝土早期强度较低，但只要掺量不过分多，混凝土的后期强度不受影响，可能会有所提高。由于缓凝剂的存在，水泥水化产物以较低的扩散和沉积速率形成，混凝土结构更加致密，水化产物在混凝土孔隙中分布更加均匀，混凝土强度更高。工程中有混凝土一天甚至更长时间不凝的现象，此时应理智判断。如果拆除将造成很大浪费。,2、改变减水剂掺加方式 减水剂的掺加方式主要有先掺法、同掺法和后掺法。先掺法是指减水剂粉剂与水泥混合以后再加水搅拌;同掺法是指将减水剂配成一定浓度的溶液，随水一同掺入;后掺法是指混凝土先加水搅拌，过一定时间再加入减水剂。目前常用的掺加方法是先掺法(粉剂)和同掺法(溶剂)，某些搅拌楼由于计量条件的制约只能用同掺法。在控制坍落度损失方面，有实际意义的是后掺法和多次后掺法。 (1)后掺法 减水剂的掺加方式对其作用效果影响很大，主要是因为c3a遇水前后对减水剂的吸附能力不同造成的。一般说来，采用后掺法达到相同的流化效果只需先掺法和同掺法剂量的60一70% (2)多次后掺法 新拌混凝土的坍落度损失，是由于水泥的水化和液相中减水剂的浓度降低引起的。如果适当地补充减水剂，就可以恢复坍落度;通过反复地掺加减水剂，可使混凝土坍落度在较长时间内保持在一定的范围内，并且对硬化混凝土的物理力学性能几乎没有影响 (3)缓释法 缓释法是多次后掺法的改进，采用具有缓释性能的减水剂，一次掺加、缓慢释放，使体系中减水剂的浓度得到持续的增长。缓释法的关键是研制具有缓释性能的减水剂。,3、新型减水剂 最近几年立足于降低坍落度损失开发的新型减水剂主要有反应性高分子和接枝共聚物，它们都属于聚羧酸系高效减水剂。 (1)反应性高分子减水剂 反应性高分子的特点是不溶于水，但能溶于碱。也就是说能与混凝土中的碱反应，缓慢释放出减水剂分子，逐渐提高液相中减水剂的浓度，使水泥颗粒表面的吸附量维持在一定的数值。 (2)接枝共聚物型减水剂 接枝共聚物型减水剂的分子骨架由官能基和烷基主链组成，其中官能基以羧基和磺基为主，而羧基又以悬挂状的接枝链为主要成分。这种物质在中性溶液中是稳定的，但当液相的ph值为12一13时，随着时间的延长，接枝部分慢慢地被切断，对水泥颗粒释放出具有分散性的多羧酸。因此，接枝共聚物能够维持电位，控制坍落度损失。,保持分散机理,引入缓凝基团，延迟水泥水化反应。 立体排斥力。 溶于碱而不溶于水的高分子化合物。,坍落度损失保持机理,4、水泥品种： 选用c3a含量低的水泥对降低混凝土的坍落度损失也很重要。 5、掺保塑剂 保塑剂是以无机材料为载体,保塑成分加入后,能有效延缓水泥 颗粒的早期水化,同时还有一定的引气效果,在混凝土内部形成封闭稳定的微小气泡,增加混凝土的流动度,而且气泡大部分能稳定存在。在混凝土搅拌均匀快要出机时加入保塑剂,效果最好。若加入太早,混凝土在搅拌过程中保塑剂颗粒将过早破坏,造成坍落度骤然增大,坍落度损失快,因此一定要掌握好时间。,6、掺适量粉煤灰 混凝土中掺入适量的粉煤灰,可以改善基材的化学组份,有效地控制坍落度损失,可延长混凝土运输距离和时间,对商品混凝土有着重要的技术经济作用。 7、确定合理的配合比 根据现有原材料情况下，通过实验确定合理混凝土配合比，在降低混凝土坍落度经时损失起重要作用。尤其是在砂的含泥量较高或是过细情况下，单一要求通过调整外加剂来解决混凝土坍落度经时损失问题是不现实的。,坍落度损失,使用na2so4控制坍损的原理： so3加量随水泥中c3a和碱含量的增加而增加。即so3加量与水泥中c3a和碱含量成正比。 石膏含量充足时，能不断提供硫酸根离子，液相中钙离子浓度保持较高。此时，通过调整缓凝成分及含量就能控制坍损。 当石膏加量不足时，c3a和石膏反应生成的钙矾石较少，不能有效控制c3a的水化，使凝结加快，流动性很快损失。此时，仅用缓凝组分很难控制坍损。必须另外掺加一部分能提供硫酸根离子的外加剂成分。,坍落度损失,造成“欠硫化”现象的原因: 石膏加量不足，或熟料粉磨过程中温度变化改变了石膏的形态，二水石膏部分改变成半水石膏、无水石膏，比例发生了较大改变。 混凝土配合比变化，如水灰比（水胶比）、用水量变小，使可溶性so3总量减少。 掺加外加剂后，使碱含量提高，因此石膏溶解度减小。 环境温度变化，影响石膏的溶解度。 以上因素的综合作用。,坍落度损失,适当调整配合比，保持坍落度 有时在配合比与外加剂匹配方面存在问题，因为外加剂不仅受配合比中各种原材料的影响还受材料用量的影响。 用水量的影响最大，在保证混凝土性能的前提下，适当提高用水量可保证坍落度损失较小。 细砂同样会增大坍落度损失，尤其是砂子吸水率高时更为明显。适当降低砂率，有助于解决坍落度问题。 外加剂掺量过小，坍落度损失快。使用外加剂时，有一个合适的掺量，如低于某一掺量，外加剂的作用不能持续发挥，必然导致坍落度损失过快。 掺和料用量调整。在强度等有保证的前提下，适当增加掺和料比例，不但可降低混凝土成本，对混凝土的工作性也有很大好处。,在夏天中，由于气温高(28oc以上)，水份蒸发快，会使水泥水化加速和混凝土的初凝时间提早，从而造成混凝土拌合物坍落度损失过大或短期内完全丧失流动性这一类问题在混凝土生产行业中会经常遇到，所以，在夏天如何控制好混凝土拌合物的坍落度损失，使其保持良好的工作性能满足施工要求，是混凝土生产行业质量管理工作中重要一环。,1、降低散装水泥的使用温度 夏季的散装水泥温度一般在50以上，当水泥厂销量大时，水泥到厂温度可达90，在这么高温情况下，配制的混凝土必定使用水工增大坍落度损失加快，混凝土的凝结，硬化过程收缩增大。保证控制水泥在使用时不能超过40，同时，在使用上还要尽量避免水泥的即进即