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安全高效應用泵送劑的相關問題

  自1979年常州市建筑材料供應公司建立第一家商品混凝土攪拌站以來,我國商品混凝土的發展已經歷了31年。在這 31年的歷程中,尤其值得稱贊的是近10年,2010年我國商品混凝土總量超過7億m3,商品混凝土在混凝土總產量中所占比例超過了30%。商品混凝土的發展極大地推動了混凝土的集中化生產供應、泵送施工技術,并保證了工程質量,提高了水泥的散裝率,是建筑業節能降耗的重要環節之一。商品混凝土運送到工地現場后,通常要通過壓力泵送的方法澆筑進入結構模具。商品混凝土在泵的推動下沿著管道被輸送和澆筑,它除了要滿足設計規定的強度、耐久性和經濟性等指標外,還必須滿足運輸過程中的流動性保持性,以及管道輸送工藝對拌和物性能的特殊要求,也就是我們通常所說的可泵性。  

  而混凝土的可泵性和流動性既有聯系,又有明顯的區別。為了能順利地進行泵送,混凝土拌合物首先應具有良好的流動性,如一般要求坍落度必須大于 l2cm,但流動性大的混凝土其可泵性并不一定好。過大的流動性不僅對泵送沒有好處,而且還會帶來泌水、離析等質量問題,甚至使混凝土喪失可泵性,發生堵泵事故。因此,在原材料選擇和配合比設計方面要慎重考慮多重因素,以求配制出流動性保持性滿足要求和可泵性良好的混凝土拌合物。隨著混凝土的商品化,泵送劑產品應運而生,成為混凝土材料必不可少的“伴侶”。然而,據筆者統計,就是在混凝土外加劑應用技術已相當成熟的華東地區,每年因泵送劑的不合理應用而導致的百萬元以上的工程損失竟超過40起,因采用不合格混凝土所澆筑結構物的修復加固和拆除重建所額外耗費的金額高達100余億元。泵送劑的應用技術成為商品混凝土技術人員最難對付的問題之一。  

  本文從論述泵送劑的類型和基本組成、泵送劑在商品混凝土中的應用技術特點出發,就商品混凝土中安全高效應用泵送劑的技術要點進行深入探討。  

  泵送劑的類型和組成   
  由于商品混凝土在運輸、泵送和澆筑過程中的特殊要求,混凝土泵送劑不可能是單一組分,而是由具有不同作用和功能的外加劑或組分復配而成。   泵送劑中最主要的組分是減水劑,而且泵送劑也常常以減水效果的好壞來界定其類型。如在我國華東地區,普遍按減水效果將泵送劑分成普通泵送劑、中效泵送劑、高效泵送劑和高性能泵送劑等4類。

  普通泵送劑主要組分為木質素磺酸鹽減水劑;中效泵送劑減水組分主要是萘系高效減水劑和脂肪族系高效減水劑,并輔以部分木質素磺酸鹽減水劑(占 20%~40%);而高效泵送劑則幾乎全部以高效減水劑和其他組分復配而成。近幾年,由于高鐵、隧道、地鐵等工程的特殊要求,市場上出現了以聚羧酸系減水劑為主要組分復配而成的所謂高性能泵送劑。這類泵送劑減水率高,坍落度保持性較好,適于配制高強度等級、大坍落度、自流平、高泵程、高耐久性的混凝土。但是,這類泵送劑在實際應用中也常常表現出一些匪夷所思的怪現象,導致了很多工程事故,反映出聚羧酸系減水劑本身的合成技術、該類泵送劑的復配技術及工程應用技術等方面存在嚴重不足。

  另外,緩凝劑、引氣劑和保水劑也常常成為泵送劑的組分之一。商品混凝土由于遠距離運輸的需要,常常要盡可能延緩其坍落度損失,大體積混凝土或夏季高溫施工工程更是如此,因此必須添加緩凝劑。適當的含氣量可以減少混凝土泵送過程中的泵送阻力,防止混凝土泌水、離析,又可以改善混凝土抗凍融循環破壞的能力。保水劑的作用是增加混凝土拌合物的黏度,使混凝土在低膠凝材料用量、大坍落度情況下不泌水、不離析。有些保水劑還兼有減水、保持坍落度等性能。  

  泵送劑在商品混凝土中的應用技術特性   
  30多年的實踐經驗告訴我們,泵送劑應用于商品混凝土尚存在許多技術難點,這也是泵送劑本身的組成復雜性,混凝土其他原材料的多變性,混凝土技術人員對泵送劑認識程度較淺,以及應用技術尚不夠成熟等因素造成的。具體來說,泵送劑在商品混凝土中的應用技術存在以下特點。   

  1.混凝土減水率與凈漿流動度、砂漿減水率的關系不密切。    
  
眾所周知,為快速檢驗起見,商品混凝土攪拌站通常采用凈漿流動度和砂漿減水率來評價泵送劑產品的性能。然而,泵送劑產品,尤其是由聚羧酸系減水劑復配而成的泵送劑,其在混凝土中的減水率與凈漿流動度、砂漿減水率之間的關系不密切。這一點對工程中常用凈漿流動度和砂漿減水率評價減水劑性能的做法提出了嚴峻挑戰。所以,《GB8076-2008混凝土外加劑》標準修訂時已明確將凈漿流動度和砂漿減水率的試驗方法刪除。  

  2.混凝土坍落度保持性與凈漿流動度保持性關系不密切。   
  
摻加某種泵送劑的凈漿流動度在1h~2h內可以保持得很好,但混凝土坍落度損失卻異常迅速,而有些泵送劑盡管在凈漿中表現不是很好,但在混凝土中卻有上佳表現。

  3.混凝土抗壓強度比與泵送劑減水率之間關系不甚密切。   
  混凝土抗壓強度比與泵送劑減水率之間的關系很復雜,這一方面在于不同泵送劑的引氣性不同,另一方面可能是泵送劑中活性基團、游離的離子等不同,而這些因素對水泥水化進程均有不同程度的影響。從右下圖可見,11號泵送劑的減水率比10號高5個百分點,但抗壓強度比卻比10號低得多;1號泵送劑的減水率比 6號高1倍多,但抗壓強度比卻不及6號,如此試驗結果舉不勝舉。  

  4.減水效果對泵送劑摻量的依賴性很大。   
  某些泵送劑的減水效果對其本身的摻量十分敏感,只有達到它的飽和摻量,才能起到良好的減水效果,而相反,摻量過大又往往會引起離析、泌水,導致減水、增強效果嚴重下降,甚至會帶來混凝土結構開裂、滲漏和耐久性嚴重降低等危害。  

  5.所配制的混凝土拌合物的性能對用水量十分敏感。   
  反映混凝土拌合物性能的指標通常有流動性、黏聚性和保水性。使用某些泵送劑配制的混凝土經常會出現一些問題,所以目前在實際試驗時我們通常還用到嚴重露石起堆、嚴重泌水、發散和起堆扒底等概念來更形象地描述混凝土拌合物的性能。

  大多數采用聚羧酸系減水劑復配而成的泵送劑制備的混凝土拌合物,其性狀對用水量十分敏感。有時用水量只增加1kg/m3~3kg/m3,混凝土拌合物便立刻嚴重泌水,采用這種拌合物絕對無法保證澆筑體的均勻性,易導致結構物表面出現麻面、起砂、孔洞等難以接受的缺陷,且結構體強度和耐久性嚴重下降。  

  6.所配制的大流動性混凝土容易分層離析。   
  大部分情況下,采用某些泵送劑配制的大流動性混凝土,即使減水劑摻量、用水量控制都是最佳的,混凝土拌合物也不泌水,但仍非常容易出現分層、離析現象,具體的表現是粗集料全部下沉,而砂漿或凈漿位于集料的上部。采用這種混凝土拌合物進行澆筑,即使不振動,分層、離析也明顯存在。

   7.與不同廠家、不同批次的水泥、摻合料存在適應性問題。  
  這些年,技術人員對外加劑與水泥、摻合料的適應性問題已進行了深入研究,已經明確了以下幾點:①單純的或復配有木質素磺酸鹽減水劑的泵送劑遇到以硬石膏、氟石膏等為調凝劑的水泥時,容易出現減水率低、坍落度損失快,甚至閃凝的現象;②水泥熟料中C3A的含量、堿含量,混合材種類和摻量,水泥的細度、新鮮程度等對泵送劑作用效果影響很大;③泵送劑的作用效果還依賴于摻合料的種類、表面性狀和摻量等;④泵送劑的作用效果與混凝土拌合物制備時環境條件(溫度、濕度等)也存在一定的關系。   

  當前,水泥生產過程中面臨著更多的可變因素,如助磨劑的普遍應用帶來的泵送劑適應性問題,城市垃圾焚燒灰、煅燒煤矸石和偏高嶺土作為混合材使用所帶來的泵送劑適應性問題等,使得一種泵送劑對不同廠家、不同批次的水泥和摻合料之間產生的作用效果千差萬別,嚴重影響了商品混凝土的質量穩定性。

  商品混凝土中安全高效應用泵送劑的幾個要點   
  由于商品混凝土一般需要較好的流動性,較佳的流動性保持性,并通過泵送施工,工程界對商品混凝土的質量穩定性期望值又很高,而另一方面,混凝土原材料變數較多,水泥企業的不斷兼并致使特性不同的水泥被冠以相同的商標,商品混凝土需求量日增的局面導致某些攪拌站來不及針對臨時更換的原材料進行試配,這給商品混凝土的實際生產帶來了很多難題,甚至導致工程事故接連不斷。那么,究竟如何安全高效地應用泵送劑呢?   

  1、注意泵送劑與水泥、摻合料的適應性,并通過混凝土試驗來驗證泵送劑的適用性。   
  泵送劑作為一種復配而成的外加劑,其組分數量較多,不同組分的復配比例變化范圍大,而我國水泥和摻合料品種多,原材料成分復雜。泵送劑與水泥、摻合料的適應性必須引起高度重視。檢測部門出具合格證明的泵送劑產品,是基于特定原材料、特定配合比、特定的泵送劑摻量,在特定的試驗環境下的試驗數據得出的,其結論不一定適合具體工程。在實際應用時,如果不進行全面的混凝土試驗,則應用過程中很易出現減水率不足、拌合物泌水、離析、流動性損失過快等現象。所以必須通過大量的混凝土試驗,選擇合適的泵送劑品種,并確定最佳的摻量。

  2、驗證試驗必須采用工地現場的原材料和可能的混凝土配合比,并模擬澆筑現場的溫度、濕度環境條件。   
  泵送劑對水泥、摻合料、粗細集料及配合比、混凝土制備時的環境因素等均十分敏感。因此,所有的泵送劑驗證試驗必須采用工地現場的原材料和可能的混凝土配合比,水泥的新鮮程度和溫度也應盡可能與實際生產時的一致,并模擬澆筑現場的溫度、濕度等環境條件。當原材料發生變化或配比變化時,必須再次進行驗證試驗。我國大部分地區有明顯的四季變化,當季節變化時,理應對泵送劑的應用效果進行再次驗證,避免氣溫突變導致混凝土流動性損失過快或凝結時間過長等造成的重大工程事故。

  3、泵送劑的品種、摻量應根據環境溫度、泵送高度、泵送距離等隨時進行調整。   
  具體施工時,環境溫度、混凝土運送距離、泵送距離、泵送高度等不斷變化,混凝土中泵送劑的品種和摻量也應根據這些因素的變化而有所改變,但所有改變均應按照工地現場條件,通過試驗來確定。   

  4、堅決摒棄單純依靠凈漿流動度或砂漿減水率評價泵送劑性能的傳統做法。   
  泵送劑產品的混凝土減水率與凈漿流動度和砂漿減水率之間并不存在必然的聯系,而且不僅如此,混凝土28d抗壓強度比與混凝土減水率之間的關系也不統一,所以應堅決摒棄單純依靠凈漿流動度或砂漿減水率評價泵送劑性能的傳統做法,否則,通過凈漿流動度和砂漿減水率得到的試驗數據極有可能將性價比較高的泵送劑產品拒之門外。  

  5、避免不同廠家、不同類型的泵送劑混裝、混用。   
  聚羧酸系減水劑與其他種類的減水劑或某些緩凝組分、引氣組分之間存在明顯的不相容性。在目前聚羧酸系減水劑或者以聚羧酸系減水劑為主要減水組分復配而成的高性能泵送劑大力推廣應用的階段,更要避免不同廠家、不同類型的泵送劑混裝、混用。   

  6、嚴格計量泵送劑,建立泵送劑超摻預警機制,將泵送劑超摻造成的損失降低到最小程度。   
  對于商品混凝土而言,拌合水的超量使用和泵送劑的超量摻加都會導致工程事故。拌合水的超量使用一般會導致混凝土離析、泌水和強度降低,但泵送劑超量摻加則不僅導致混凝土拌合物離析、泌水,更嚴重的是會導致混凝土過量引氣而強度嚴重下降,或者混凝土中緩凝組分過多而超緩凝,甚至長時間不凝結。商品混凝土攪拌站應基于大量試驗,對所選用的泵送劑超摻后的負面影響和嚴重后果有充分的了解和認識,并建立預警機制。除了必須嚴格計量泵送劑的用量外,一旦發生超摻事件,還必須啟動預警方案,及時采取補救和防范措施,將泵送劑超摻所帶來的危害降低到最低程度。

  7、后添加泵送劑的量必須提前經過試驗確定,并指派專人指導和監督。   
  在不可預測情況下造成商品混凝土拌合物流動性損失過大時,可采用后添加泵送劑的方法摻入混凝土攪拌運輸車中,必須快速運轉,攪拌均勻后,測定坍落度符合要求后方可使用。后添加的泵送劑的量必須預先進行試驗確定,后添加的過程必須指派專人進行指導和監督,以避免釀成工程事故。

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