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安全高效应用泵送剂的相关问题

  自1979年常州市建筑材料供应公司建立第一家商品混凝土搅拌站以来,我国商品混凝土的发展已经历了31年。在这 31年的历程中,尤其值得称赞的是近10年,2010年我国商品混凝土总量超过7亿m3,商品混凝土在混凝土总产量中所占比例超过了30%。商品混凝土的发展极大地推动了混凝土的集中化生产供应、泵送施工技术,并保证了工程质量,提高了水泥的散装率,是建筑业节能降耗的重要环节之一。商品混凝土运送到工地现场后,通常要通过压力泵送的方法浇筑进入结构模具。商品混凝土在泵的推动下沿着管道被输送和浇筑,它除了要满足设计规定的强度、耐久性和经济性等指标外,还必须满足运输过程中的流动性保持性,以及管道输送工艺对拌和物性能的特殊要求,也就是我们通常所说的可泵性。  

  而混凝土的可泵性和流动性既有联系,又有明显的区别。为了能顺利地进行泵送,混凝土拌合物首先应具有良好的流动性,如一般要求坍落度必须大于 l2cm,但流动性大的混凝土其可泵性并不一定好。过大的流动性不仅对泵送没有好处,而且还会带来泌水、离析等质量问题,甚至使混凝土丧失可泵性,发生堵泵事故。因此,在原材料选择和配合比设计方面要慎重考虑多重因素,以求配制出流动性保持性满足要求和可泵性良好的混凝土拌合物。随着混凝土的商品化,泵送剂产品应运而生,成为混凝土材料必不可少的“伴侣”。然而,据笔者统计,就是在混凝土外加剂应用技术已相当成熟的华东地区,每年因泵送剂的不合理应用而导致的百万元以上的工程损失竟超过40起,因采用不合格混凝土所浇筑结构物的修复加固和拆除重建所额外耗费的金额高达100余亿元。泵送剂的应用技术成为商品混凝土技术人员最难对付的问题之一。  

  本文从论述泵送剂的类型和基本组成、泵送剂在商品混凝土中的应用技术特点出发,就商品混凝土中安全高效应用泵送剂的技术要点进行深入探讨。  

  泵送剂的类型和组成   
  由于商品混凝土在运输、泵送和浇筑过程中的特殊要求,混凝土泵送剂不可能是单一组分,而是由具有不同作用和功能的外加剂或组分复配而成。   泵送剂中最主要的组分是减水剂,而且泵送剂也常常以减水效果的好坏来界定其类型。如在我国华东地区,普遍按减水效果将泵送剂分成普通泵送剂、中效泵送剂、高效泵送剂和高性能泵送剂等4类。

  普通泵送剂主要组分为木质素磺酸盐减水剂;中效泵送剂减水组分主要是萘系高效减水剂和脂肪族系高效减水剂,并辅以部分木质素磺酸盐减水剂(占 20%~40%);而高效泵送剂则几乎全部以高效减水剂和其他组分复配而成。近几年,由于高铁、隧道、地铁等工程的特殊要求,市场上出现了以聚羧酸系减水剂为主要组分复配而成的所谓高性能泵送剂。这类泵送剂减水率高,坍落度保持性较好,适于配制高强度等级、大坍落度、自流平、高泵程、高耐久性的混凝土。但是,这类泵送剂在实际应用中也常常表现出一些匪夷所思的怪现象,导致了很多工程事故,反映出聚羧酸系减水剂本身的合成技术、该类泵送剂的复配技术及工程应用技术等方面存在严重不足。

  另外,缓凝剂、引气剂和保水剂也常常成为泵送剂的组分之一。商品混凝土由于远距离运输的需要,常常要尽可能延缓其坍落度损失,大体积混凝土或夏季高温施工工程更是如此,因此必须添加缓凝剂。适当的含气量可以减少混凝土泵送过程中的泵送阻力,防止混凝土泌水、离析,又可以改善混凝土抗冻融循环破坏的能力。保水剂的作用是增加混凝土拌合物的黏度,使混凝土在低胶凝材料用量、大坍落度情况下不泌水、不离析。有些保水剂还兼有减水、保持坍落度等性能。  

  泵送剂在商品混凝土中的应用技术特性   
  30多年的实践经验告诉我们,泵送剂应用于商品混凝土尚存在许多技术难点,这也是泵送剂本身的组成复杂性,混凝土其他原材料的多变性,混凝土技术人员对泵送剂认识程度较浅,以及应用技术尚不够成熟等因素造成的。具体来说,泵送剂在商品混凝土中的应用技术存在以下特点。   

  1.混凝土减水率与净浆流动度、砂浆减水率的关系不密切。    
  
众所周知,为快速检验起见,商品混凝土搅拌站通常采用净浆流动度和砂浆减水率来评价泵送剂产品的性能。然而,泵送剂产品,尤其是由聚羧酸系减水剂复配而成的泵送剂,其在混凝土中的减水率与净浆流动度、砂浆减水率之间的关系不密切。这一点对工程中常用净浆流动度和砂浆减水率评价减水剂性能的做法提出了严峻挑战。所以,《GB8076-2008混凝土外加剂》标准修订时已明确将净浆流动度和砂浆减水率的试验方法删除。  

  2.混凝土坍落度保持性与净浆流动度保持性关系不密切。   
  
掺加某种泵送剂的净浆流动度在1h~2h内可以保持得很好,但混凝土坍落度损失却异常迅速,而有些泵送剂尽管在净浆中表现不是很好,但在混凝土中却有上佳表现。

  3.混凝土抗压强度比与泵送剂减水率之间关系不甚密切。   
  混凝土抗压强度比与泵送剂减水率之间的关系很复杂,这一方面在于不同泵送剂的引气性不同,另一方面可能是泵送剂中活性基团、游离的离子等不同,而这些因素对水泥水化进程均有不同程度的影响。从右下图可见,11号泵送剂的减水率比10号高5个百分点,但抗压强度比却比10号低得多;1号泵送剂的减水率比 6号高1倍多,但抗压强度比却不及6号,如此试验结果举不胜举。  

  4.减水效果对泵送剂掺量的依赖性很大。   
  某些泵送剂的减水效果对其本身的掺量十分敏感,只有达到它的饱和掺量,才能起到良好的减水效果,而相反,掺量过大又往往会引起离析、泌水,导致减水、增强效果严重下降,甚至会带来混凝土结构开裂、渗漏和耐久性严重降低等危害。  

  5.所配制的混凝土拌合物的性能对用水量十分敏感。   
  反映混凝土拌合物性能的指标通常有流动性、黏聚性和保水性。使用某些泵送剂配制的混凝土经常会出现一些问题,所以目前在实际试验时我们通常还用到严重露石起堆、严重泌水、发散和起堆扒底等概念来更形象地描述混凝土拌合物的性能。

  大多数采用聚羧酸系减水剂复配而成的泵送剂制备的混凝土拌合物,其性状对用水量十分敏感。有时用水量只增加1kg/m3~3kg/m3,混凝土拌合物便立刻严重泌水,采用这种拌合物绝对无法保证浇筑体的均匀性,易导致结构物表面出现麻面、起砂、孔洞等难以接受的缺陷,且结构体强度和耐久性严重下降。  

  6.所配制的大流动性混凝土容易分层离析。   
  大部分情况下,采用某些泵送剂配制的大流动性混凝土,即使减水剂掺量、用水量控制都是最佳的,混凝土拌合物也不泌水,但仍非常容易出现分层、离析现象,具体的表现是粗集料全部下沉,而砂浆或净浆位于集料的上部。采用这种混凝土拌合物进行浇筑,即使不振动,分层、离析也明显存在。

   7.与不同厂家、不同批次的水泥、掺合料存在适应性问题。  
  这些年,技术人员对外加剂与水泥、掺合料的适应性问题已进行了深入研究,已经明确了以下几点:①单纯的或复配有木质素磺酸盐减水剂的泵送剂遇到以硬石膏、氟石膏等为调凝剂的水泥时,容易出现减水率低、坍落度损失快,甚至闪凝的现象;②水泥熟料中C3A的含量、碱含量,混合材种类和掺量,水泥的细度、新鲜程度等对泵送剂作用效果影响很大;③泵送剂的作用效果还依赖于掺合料的种类、表面性状和掺量等;④泵送剂的作用效果与混凝土拌合物制备时环境条件(温度、湿度等)也存在一定的关系。   

  当前,水泥生产过程中面临着更多的可变因素,如助磨剂的普遍应用带来的泵送剂适应性问题,城市垃圾焚烧灰、煅烧煤矸石和偏高岭土作为混合材使用所带来的泵送剂适应性问题等,使得一种泵送剂对不同厂家、不同批次的水泥和掺合料之间产生的作用效果千差万别,严重影响了商品混凝土的质量稳定性。

  商品混凝土中安全高效应用泵送剂的几个要点   
  由于商品混凝土一般需要较好的流动性,较佳的流动性保持性,并通过泵送施工,工程界对商品混凝土的质量稳定性期望值又很高,而另一方面,混凝土原材料变数较多,水泥企业的不断兼并致使特性不同的水泥被冠以相同的商标,商品混凝土需求量日增的局面导致某些搅拌站来不及针对临时更换的原材料进行试配,这给商品混凝土的实际生产带来了很多难题,甚至导致工程事故接连不断。那么,究竟如何安全高效地应用泵送剂呢?   

  1、注意泵送剂与水泥、掺合料的适应性,并通过混凝土试验来验证泵送剂的适用性。   
  泵送剂作为一种复配而成的外加剂,其组分数量较多,不同组分的复配比例变化范围大,而我国水泥和掺合料品种多,原材料成分复杂。泵送剂与水泥、掺合料的适应性必须引起高度重视。检测部门出具合格证明的泵送剂产品,是基于特定原材料、特定配合比、特定的泵送剂掺量,在特定的试验环境下的试验数据得出的,其结论不一定适合具体工程。在实际应用时,如果不进行全面的混凝土试验,则应用过程中很易出现减水率不足、拌合物泌水、离析、流动性损失过快等现象。所以必须通过大量的混凝土试验,选择合适的泵送剂品种,并确定最佳的掺量。

  2、验证试验必须采用工地现场的原材料和可能的混凝土配合比,并模拟浇筑现场的温度、湿度环境条件。   
  泵送剂对水泥、掺合料、粗细集料及配合比、混凝土制备时的环境因素等均十分敏感。因此,所有的泵送剂验证试验必须采用工地现场的原材料和可能的混凝土配合比,水泥的新鲜程度和温度也应尽可能与实际生产时的一致,并模拟浇筑现场的温度、湿度等环境条件。当原材料发生变化或配比变化时,必须再次进行验证试验。我国大部分地区有明显的四季变化,当季节变化时,理应对泵送剂的应用效果进行再次验证,避免气温突变导致混凝土流动性损失过快或凝结时间过长等造成的重大工程事故。

  3、泵送剂的品种、掺量应根据环境温度、泵送高度、泵送距离等随时进行调整。   
  具体施工时,环境温度、混凝土运送距离、泵送距离、泵送高度等不断变化,混凝土中泵送剂的品种和掺量也应根据这些因素的变化而有所改变,但所有改变均应按照工地现场条件,通过试验来确定。   

  4、坚决摒弃单纯依靠净浆流动度或砂浆减水率评价泵送剂性能的传统做法。   
  泵送剂产品的混凝土减水率与净浆流动度和砂浆减水率之间并不存在必然的联系,而且不仅如此,混凝土28d抗压强度比与混凝土减水率之间的关系也不统一,所以应坚决摒弃单纯依靠净浆流动度或砂浆减水率评价泵送剂性能的传统做法,否则,通过净浆流动度和砂浆减水率得到的试验数据极有可能将性价比较高的泵送剂产品拒之门外。  

  5、避免不同厂家、不同类型的泵送剂混装、混用。   
  聚羧酸系减水剂与其他种类的减水剂或某些缓凝组分、引气组分之间存在明显的不相容性。在目前聚羧酸系减水剂或者以聚羧酸系减水剂为主要减水组分复配而成的高性能泵送剂大力推广应用的阶段,更要避免不同厂家、不同类型的泵送剂混装、混用。   

  6、严格计量泵送剂,建立泵送剂超掺预警机制,将泵送剂超掺造成的损失降低到最小程度。   
  对于商品混凝土而言,拌合水的超量使用和泵送剂的超量掺加都会导致工程事故。拌合水的超量使用一般会导致混凝土离析、泌水和强度降低,但泵送剂超量掺加则不仅导致混凝土拌合物离析、泌水,更严重的是会导致混凝土过量引气而强度严重下降,或者混凝土中缓凝组分过多而超缓凝,甚至长时间不凝结。商品混凝土搅拌站应基于大量试验,对所选用的泵送剂超掺后的负面影响和严重后果有充分的了解和认识,并建立预警机制。除了必须严格计量泵送剂的用量外,一旦发生超掺事件,还必须启动预警方案,及时采取补救和防范措施,将泵送剂超掺所带来的危害降低到最低程度。

  7、后添加泵送剂的量必须提前经过试验确定,并指派专人指导和监督。   
  在不可预测情况下造成商品混凝土拌合物流动性损失过大时,可采用后添加泵送剂的方法掺入混凝土搅拌运输车中,必须快速运转,搅拌均匀后,测定坍落度符合要求后方可使用。后添加的泵送剂的量必须预先进行试验确定,后添加的过程必须指派专人进行指导和监督,以避免酿成工程事故。

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