淺析減水劑與蒸汽養(yǎng)護(hù)的關(guān)系
減水劑在現(xiàn)代混凝土制品中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在混凝土中摻加減水劑是改善混凝土性能、提高混凝土質(zhì)量的有效途徑，也是節(jié)約水泥、節(jié)省能源的有效途徑。此文就先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁中摻加減水劑與蒸汽養(yǎng)護(hù)的改變和節(jié)能減排進(jìn)行論述。
在預(yù)制混凝土管樁生產(chǎn)中，人為地創(chuàng)造一個(gè)高溫高濕熱環(huán)境，對(duì)混凝土管樁進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，能加速水泥水化過程，促使水泥水化生成更多的水化物，有利于提高管樁 的早期脫模強(qiáng)度，縮短管模的周轉(zhuǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。但只有合理的蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)制度，才能使管樁既有較高的早期脫模強(qiáng)度，又能避免脫模冷卻后強(qiáng)度回縮及出現(xiàn)裂 紋等問題。
減水劑的摻加對(duì)蒸汽養(yǎng)護(hù)的影響，根據(jù)對(duì)減水劑市場(chǎng)的調(diào)查，現(xiàn)在應(yīng)用最多最廣泛的是萘系減水劑，約占市場(chǎng)的份額的50%至70%以上。常用的減水劑均屬于表 面活性劑，當(dāng)水泥加水后，由于水泥顆粒在水中的熱運(yùn)動(dòng)，顆粒會(huì)聚集在一起而形成絮凝狀結(jié)構(gòu)，這種絮凝狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部包裹著一部分拌合水，使混凝土拌合物的流動(dòng) 性降低。當(dāng)水泥漿中加入表面活性劑后，表面活性劑在溶液中可離解為親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)，親水基團(tuán)在水泥漿體系中指向溶液，憎水基團(tuán)則吸附在水泥顆粒表面 上，使水泥顆粒表面帶有相同電荷，水泥顆粒間產(chǎn)生電斥力，這種電斥力遠(yuǎn)大于顆粒間分子引力，使水泥顆粒形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)被拆散，結(jié)構(gòu)中包裹的水釋放出來， 從而增加了拌合物的流動(dòng)性。同時(shí)，利用同種電荷相互排斥的作用，將水泥顆粒推開加大水泥顆粒之間的距離，這樣就增大了水泥顆粒的分散性，起到了改變流動(dòng)性 的作用，有利于水泥顆粒與水的接觸，擴(kuò)大了水泥與水的反應(yīng)環(huán)境，使水化得以更加深一步的進(jìn)行，釋放出更多的水化熱。內(nèi)部水化熱的釋放和利用，可以減少對(duì)外 部供應(yīng)熱的吸取，使水泥和礦粉的潛在活性得以更加充分的發(fā)揮利用。所以，摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)溫度較沒有摻加減水劑的管樁的溫度要低，為此我們做了一個(gè)驗(yàn) 證試驗(yàn)。
試驗(yàn)方案：
1.1試驗(yàn)原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥，P.O42.5
河砂：細(xì)度模數(shù)Mx=2.8
碎石：河北玉田，連續(xù)粒級(jí)5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
1.2配合比設(shè)計(jì)
混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)選用C40，坍落度30～50mm，其配合比見表1。
根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)選定未摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為90℃，對(duì)比摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為80℃，試件成型后靜停2h，升溫2h，恒溫2h，降溫1h。
1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過對(duì)比試驗(yàn)條件我們可以看出，兩種養(yǎng)護(hù)條件不同的只是恒溫的溫度不相同。最后我們測(cè)得兩種試件的脫模強(qiáng)度大致相等，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，所以我們可以看 出：要達(dá)到相同強(qiáng)度等級(jí)，摻加了減水劑的混凝土的蒸養(yǎng)溫度可以低10℃左右。其實(shí)質(zhì)就是混凝土內(nèi)部水化熱的進(jìn)一步釋放及充分利用（對(duì)應(yīng)節(jié)能減排），同時(shí)促 使管樁的強(qiáng)度增長(zhǎng)，提高產(chǎn)品自身質(zhì)量。
摻加減水劑后對(duì)水泥水化物中的凝膠體和結(jié)晶體的形態(tài)、數(shù)量及排布產(chǎn)生一系列的影響。雖然凝膠體和結(jié)晶體的實(shí)質(zhì)是一樣的，但習(xí)慣上仍將其劃分為兩種物質(zhì)。當(dāng) 水化物中結(jié)晶體較多時(shí)，混凝土表現(xiàn)出較強(qiáng)的剛性，若凝膠體的數(shù)量較多時(shí)，混凝土的表現(xiàn)則是徐變性能增大。在水泥漿向水泥石逐步轉(zhuǎn)變的過程中，早期水泥漿中 主要存在的是凝膠體形態(tài)的水化粒子，未水化的水泥顆粒和凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的初型，此時(shí)的這種結(jié)構(gòu)尚具有觸變復(fù)原性，但是隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水化粒子的逐漸大 量生成，水泥漿結(jié)晶得到進(jìn)一步強(qiáng)化，形成凝膠體—晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)使混凝土的觸變復(fù)原性喪失。摻加減水劑后，在分散作用下抑制了水化凝膠體的凝聚傾向，釋放出被 粒子包圍的游離態(tài)的水。在相同用水量時(shí)，同等增加了水泥漿中液相比例，使得凝膠體的相對(duì)濃度變小，膠凝體粒子間的距離增大粒子間的分子間作用力即范德華作 用力變小，影響凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成。摻加減水劑后，其分散、潤(rùn)濕作用的最終結(jié)果是使水化反應(yīng)加速，使水化程度加深，使C-S-H凝膠體在整體內(nèi)達(dá)到較好的 均勻分布狀態(tài)。促進(jìn)了溶解—沉淀—析晶動(dòng)力學(xué)過程，使析出晶體數(shù)量增多，晶體物質(zhì)的濃度加大，利于晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成，混凝土硬化早期凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的主導(dǎo)作 用減弱，相反結(jié)晶網(wǎng)結(jié)構(gòu)的作用相對(duì)上升。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)不同于凝膠體結(jié)構(gòu)的地方是，晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由化學(xué)鍵連接，而化學(xué)鍵的作用力要大于分子間作用力即范德華 力，使晶體分子間的相互連接增強(qiáng)，所以晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要大的多，從而使早期的強(qiáng)度得到增強(qiáng)。從而可以得出結(jié)論，要達(dá)到相同強(qiáng)度等級(jí)的話，摻加了減水劑的管 樁蒸養(yǎng)溫度要比沒有摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)的溫度要低一些或蒸養(yǎng)溫度相同時(shí)相對(duì)減少蒸養(yǎng)時(shí)間。到這里我們就不難看出，在生產(chǎn)中的一些錯(cuò)誤理念，即升溫過快過 高，恒溫時(shí)間過長(zhǎng)等現(xiàn)象，原以為會(huì)使產(chǎn)品的強(qiáng)度等有所提高，但可能會(huì)產(chǎn)生不利的影響。因?yàn)閺那懊娴姆治鑫覀兛梢钥闯鰜?，高溫或長(zhǎng)時(shí)間恒溫會(huì)加劇晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu) 的生成、發(fā)展，造成晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu)與凝膠體結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力集中，造成局部缺陷進(jìn)而影響整根管樁的物理性能。
由此我們可以看出恒溫溫度和恒溫時(shí)間是兩個(gè)息息相關(guān)的工藝參數(shù)，在日常生產(chǎn)中都是以℃·h達(dá)到某個(gè)特定的值后為開池的依據(jù)。從上面的論點(diǎn)來看對(duì)于每一種設(shè) 定的恒溫溫度都存在有一個(gè)臨界的恒溫時(shí)間，超過了臨界溫度強(qiáng)度不再增長(zhǎng)，相反還會(huì)使強(qiáng)度回縮。同時(shí)從以往的數(shù)據(jù)對(duì)比來看，經(jīng)過蒸養(yǎng)的試件標(biāo)養(yǎng)28d強(qiáng)度要 比單純標(biāo)養(yǎng)試件的28d強(qiáng)度要低。結(jié)合摻加減水劑后對(duì)恒溫溫度的影響及蒸養(yǎng)試件28d強(qiáng)度的損失情況，我們針對(duì)兩者對(duì)蒸養(yǎng)條件做了多次試驗(yàn)。
2.1試驗(yàn)原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥P.042.5
河砂：細(xì)度模數(shù)Mx=2.8
碎石：連續(xù)粒級(jí)5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
2.2混凝土配合比設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)選用強(qiáng)度等級(jí)為C60。恒溫溫度為70℃、90℃、100℃，恒溫時(shí)間設(shè)定為4h、6h、8h、12h、15h降溫1h。
2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
我們?cè)诓煌暮銣販囟群秃銣貢r(shí)間做了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。
我們通過另外一組試驗(yàn)對(duì)最佳的蒸養(yǎng)制度進(jìn)行選擇。還是相同的配合比，恒溫溫度設(shè)定在90℃，恒溫時(shí)間為4h、5h、6h、7h、8h，降溫1h。試驗(yàn)結(jié)果見表3。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明早期的脫模強(qiáng)度隨著恒溫時(shí)間的增長(zhǎng)而增強(qiáng)，但當(dāng)恒溫時(shí)間超過7h以后，強(qiáng)度增長(zhǎng)的速度就慢下來了。而且當(dāng)恒溫時(shí)間超過7h以后，28d強(qiáng)度略 有下降的趨勢(shì)。考慮到管模周轉(zhuǎn)周期、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及28d強(qiáng)度損失情況等方面因素，采用恒溫溫度90℃、恒溫時(shí)間4h的蒸汽養(yǎng)護(hù)制度較為合理。
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
在預(yù)制混凝土管樁生產(chǎn)中，人為地創(chuàng)造一個(gè)高溫高濕熱環(huán)境，對(duì)混凝土管樁進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，能加速水泥水化過程，促使水泥水化生成更多的水化物，有利于提高管樁 的早期脫模強(qiáng)度，縮短管模的周轉(zhuǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。但只有合理的蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)制度，才能使管樁既有較高的早期脫模強(qiáng)度，又能避免脫模冷卻后強(qiáng)度回縮及出現(xiàn)裂 紋等問題。
減水劑的摻加對(duì)蒸汽養(yǎng)護(hù)的影響，根據(jù)對(duì)減水劑市場(chǎng)的調(diào)查，現(xiàn)在應(yīng)用最多最廣泛的是萘系減水劑，約占市場(chǎng)的份額的50%至70%以上。常用的減水劑均屬于表 面活性劑，當(dāng)水泥加水后，由于水泥顆粒在水中的熱運(yùn)動(dòng)，顆粒會(huì)聚集在一起而形成絮凝狀結(jié)構(gòu)，這種絮凝狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部包裹著一部分拌合水，使混凝土拌合物的流動(dòng) 性降低。當(dāng)水泥漿中加入表面活性劑后，表面活性劑在溶液中可離解為親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)，親水基團(tuán)在水泥漿體系中指向溶液，憎水基團(tuán)則吸附在水泥顆粒表面 上，使水泥顆粒表面帶有相同電荷，水泥顆粒間產(chǎn)生電斥力，這種電斥力遠(yuǎn)大于顆粒間分子引力，使水泥顆粒形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)被拆散，結(jié)構(gòu)中包裹的水釋放出來， 從而增加了拌合物的流動(dòng)性。同時(shí)，利用同種電荷相互排斥的作用，將水泥顆粒推開加大水泥顆粒之間的距離，這樣就增大了水泥顆粒的分散性，起到了改變流動(dòng)性 的作用，有利于水泥顆粒與水的接觸，擴(kuò)大了水泥與水的反應(yīng)環(huán)境，使水化得以更加深一步的進(jìn)行，釋放出更多的水化熱。內(nèi)部水化熱的釋放和利用，可以減少對(duì)外 部供應(yīng)熱的吸取，使水泥和礦粉的潛在活性得以更加充分的發(fā)揮利用。所以，摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)溫度較沒有摻加減水劑的管樁的溫度要低，為此我們做了一個(gè)驗(yàn) 證試驗(yàn)。
試驗(yàn)方案：
1.1試驗(yàn)原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥，P.O42.5
河砂：細(xì)度模數(shù)Mx=2.8
碎石：河北玉田，連續(xù)粒級(jí)5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
1.2配合比設(shè)計(jì)
混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)選用C40，坍落度30～50mm，其配合比見表1。
根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)選定未摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為90℃，對(duì)比摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為80℃，試件成型后靜停2h，升溫2h，恒溫2h，降溫1h。
1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過對(duì)比試驗(yàn)條件我們可以看出，兩種養(yǎng)護(hù)條件不同的只是恒溫的溫度不相同。最后我們測(cè)得兩種試件的脫模強(qiáng)度大致相等，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，所以我們可以看 出：要達(dá)到相同強(qiáng)度等級(jí)，摻加了減水劑的混凝土的蒸養(yǎng)溫度可以低10℃左右。其實(shí)質(zhì)就是混凝土內(nèi)部水化熱的進(jìn)一步釋放及充分利用（對(duì)應(yīng)節(jié)能減排），同時(shí)促 使管樁的強(qiáng)度增長(zhǎng)，提高產(chǎn)品自身質(zhì)量。
摻加減水劑后對(duì)水泥水化物中的凝膠體和結(jié)晶體的形態(tài)、數(shù)量及排布產(chǎn)生一系列的影響。雖然凝膠體和結(jié)晶體的實(shí)質(zhì)是一樣的，但習(xí)慣上仍將其劃分為兩種物質(zhì)。當(dāng) 水化物中結(jié)晶體較多時(shí)，混凝土表現(xiàn)出較強(qiáng)的剛性，若凝膠體的數(shù)量較多時(shí)，混凝土的表現(xiàn)則是徐變性能增大。在水泥漿向水泥石逐步轉(zhuǎn)變的過程中，早期水泥漿中 主要存在的是凝膠體形態(tài)的水化粒子，未水化的水泥顆粒和凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的初型，此時(shí)的這種結(jié)構(gòu)尚具有觸變復(fù)原性，但是隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水化粒子的逐漸大 量生成，水泥漿結(jié)晶得到進(jìn)一步強(qiáng)化，形成凝膠體—晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)使混凝土的觸變復(fù)原性喪失。摻加減水劑后，在分散作用下抑制了水化凝膠體的凝聚傾向，釋放出被 粒子包圍的游離態(tài)的水。在相同用水量時(shí)，同等增加了水泥漿中液相比例，使得凝膠體的相對(duì)濃度變小，膠凝體粒子間的距離增大粒子間的分子間作用力即范德華作 用力變小，影響凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成。摻加減水劑后，其分散、潤(rùn)濕作用的最終結(jié)果是使水化反應(yīng)加速，使水化程度加深，使C-S-H凝膠體在整體內(nèi)達(dá)到較好的 均勻分布狀態(tài)。促進(jìn)了溶解—沉淀—析晶動(dòng)力學(xué)過程，使析出晶體數(shù)量增多，晶體物質(zhì)的濃度加大，利于晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成，混凝土硬化早期凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的主導(dǎo)作 用減弱，相反結(jié)晶網(wǎng)結(jié)構(gòu)的作用相對(duì)上升。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)不同于凝膠體結(jié)構(gòu)的地方是，晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由化學(xué)鍵連接，而化學(xué)鍵的作用力要大于分子間作用力即范德華 力，使晶體分子間的相互連接增強(qiáng)，所以晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要大的多，從而使早期的強(qiáng)度得到增強(qiáng)。從而可以得出結(jié)論，要達(dá)到相同強(qiáng)度等級(jí)的話，摻加了減水劑的管 樁蒸養(yǎng)溫度要比沒有摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)的溫度要低一些或蒸養(yǎng)溫度相同時(shí)相對(duì)減少蒸養(yǎng)時(shí)間。到這里我們就不難看出，在生產(chǎn)中的一些錯(cuò)誤理念，即升溫過快過 高，恒溫時(shí)間過長(zhǎng)等現(xiàn)象，原以為會(huì)使產(chǎn)品的強(qiáng)度等有所提高，但可能會(huì)產(chǎn)生不利的影響。因?yàn)閺那懊娴姆治鑫覀兛梢钥闯鰜?，高溫或長(zhǎng)時(shí)間恒溫會(huì)加劇晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu) 的生成、發(fā)展，造成晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu)與凝膠體結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力集中，造成局部缺陷進(jìn)而影響整根管樁的物理性能。
由此我們可以看出恒溫溫度和恒溫時(shí)間是兩個(gè)息息相關(guān)的工藝參數(shù)，在日常生產(chǎn)中都是以℃·h達(dá)到某個(gè)特定的值后為開池的依據(jù)。從上面的論點(diǎn)來看對(duì)于每一種設(shè) 定的恒溫溫度都存在有一個(gè)臨界的恒溫時(shí)間，超過了臨界溫度強(qiáng)度不再增長(zhǎng)，相反還會(huì)使強(qiáng)度回縮。同時(shí)從以往的數(shù)據(jù)對(duì)比來看，經(jīng)過蒸養(yǎng)的試件標(biāo)養(yǎng)28d強(qiáng)度要 比單純標(biāo)養(yǎng)試件的28d強(qiáng)度要低。結(jié)合摻加減水劑后對(duì)恒溫溫度的影響及蒸養(yǎng)試件28d強(qiáng)度的損失情況，我們針對(duì)兩者對(duì)蒸養(yǎng)條件做了多次試驗(yàn)。
2.1試驗(yàn)原材料
水泥：普通硅酸鹽水泥P.042.5
河砂：細(xì)度模數(shù)Mx=2.8
碎石：連續(xù)粒級(jí)5～25mm
高爐礦粉：S95
高效減水劑：UNF-5
2.2混凝土配合比設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)選用強(qiáng)度等級(jí)為C60。恒溫溫度為70℃、90℃、100℃，恒溫時(shí)間設(shè)定為4h、6h、8h、12h、15h降溫1h。
2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
我們?cè)诓煌暮銣販囟群秃銣貢r(shí)間做了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。
我們通過另外一組試驗(yàn)對(duì)最佳的蒸養(yǎng)制度進(jìn)行選擇。還是相同的配合比，恒溫溫度設(shè)定在90℃，恒溫時(shí)間為4h、5h、6h、7h、8h，降溫1h。試驗(yàn)結(jié)果見表3。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明早期的脫模強(qiáng)度隨著恒溫時(shí)間的增長(zhǎng)而增強(qiáng)，但當(dāng)恒溫時(shí)間超過7h以后，強(qiáng)度增長(zhǎng)的速度就慢下來了。而且當(dāng)恒溫時(shí)間超過7h以后，28d強(qiáng)度略 有下降的趨勢(shì)。考慮到管模周轉(zhuǎn)周期、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及28d強(qiáng)度損失情況等方面因素，采用恒溫溫度90℃、恒溫時(shí)間4h的蒸汽養(yǎng)護(hù)制度較為合理。
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