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混凝土作为现代建筑中最常用的材料之一,其性能的稳定性和可控性对工程质量有着至关重要的影响。其中,坍落度是衡量混凝土流动性和工作性能的重要指标。然而,在实际生产和施工过程中,混凝土的坍落度损失是一个常见且需要严格控制的问题。本文将深入探讨混凝土坍落度损失的主要原因,并提出有效的控制措施,以期为混凝土工程提供参考。
混凝土坍落度损失的主要原因 坍落度作为衡量混凝土工作性能的重要指标,其损失速度及程度直接关联到混凝土的施工质量和效率。探究坍落度损失的根源,需从多个维度进行深入剖析。 1、原材料因素: 在混凝土制备过程中,水泥与泵送剂的匹配性和适应性是确保混凝土性能稳定的关键因素。为了确保这两者之间的良好协同作用,必须通过严格的适应性检测来验证它们的匹配性。这一检测过程不仅涉及水泥与泵送剂之间的化学相容性,还包括对泵送剂掺量的精确调整,以确保达到最佳掺量。 泵送剂中的引气与缓凝成分对混凝土坍落度损失具有显著影响。引气成分能够增加混凝土中的微小气泡,从而改善混凝土的工作性能,减缓坍落度损失。缓凝成分则能够延缓水泥的水化反应,使混凝土在较长时间内保持较好的流动性和可塑性,同样有助于减缓坍落度损失。因此,在配制混凝土时,需要根据实际情况调整泵送剂中引气与缓凝成分的比例,以达到最佳的坍落度保持效果。 值得注意的是,不同类型的泵送剂对混凝土坍落度损失的影响也存在差异。以萘系高效减水剂为例,其配制的混凝土在常温下坍落度损失较快。然而,在低正温环境下(如+5℃以下),由于水泥水化反应减缓,萘系高效减水剂配制的混凝土坍落度损失速度会相对降低。 在混凝土制备的科学实践中,水泥的组分选择及其含量对混凝土的坍落度损失具有深远的影响。特别是水泥中的调凝剂种类,若采用硬石膏,其特性会加速混凝土的坍落度损失过程,这是由于硬石膏与水泥中其他成分的相互作用促进了水化反应的进行。 水泥中的早强成分C3A(即三氧化二铝)的含量同样是一个关键因素。高含量的C3A会显著加快水泥的凝结时间,从而导致混凝土坍落度的迅速损失。特别是在使用“R”型水泥,即快硬水泥时,这一现象尤为明显。此外,水泥的细度也是一个不可忽视的因素,细度越高的水泥,其比表面积增大,与水反应的活性增强,进而加速了坍落度的损失。 值得注意的是,混凝土坍落度损失的快慢不仅与水泥中的主要成分有关,还与混合材料的质量和掺量紧密相关。混合材料的种类和比例会直接影响水泥的水化进程和混凝土的物理性能。 在调控混凝土坍落度损失时,水泥中C3A的含量应被严格控制在适宜范围内,通常建议在4%至6%之间。当C3A含量低于4%时,应适当减少引气和缓凝剂的用量,以避免因过量添加这些外加剂而导致的混凝土长时间不凝固问题。相反,当C3A含量超过7%时,则应增加引气和缓凝剂的用量,以有效减缓混凝土的坍落度损失,防止假凝现象的发生。 在混凝土制备过程中,骨料作为混凝土的主要组成部分,其性质对混凝土的坍落度损失具有显著影响。特别是粗细骨料的含泥量和泥块含量,以及碎石中针片状颗粒的含量,这些因素若超标,都会直接加速混凝土的坍落度损失。 含泥量和泥块含量的增加,会改变骨料表面的润湿性,影响骨料与水泥浆体之间的粘结力,从而降低混凝土的流动性和可塑性,导致坍落度损失加快。同时,泥块的存在还会在混凝土中形成薄弱区域,影响混凝土的整体强度。 而碎石中针片状颗粒的含量超标,则会破坏骨料的级配平衡,影响混凝土的密实度和工作性能。针片状颗粒的表面积相对较大,与水泥浆体的接触面积增加,会加速水泥的水化反应,从而导致坍落度损失加快。 此外,粗骨料的吸水率也是一个不可忽视的因素。特别是当使用吸水率较大的碎石时,在夏季高温季节经过高温暴晒后,碎石内部的孔隙会充满空气,一旦投入到搅拌机内,它会在短时间内大量吸水,以填补孔隙中的空气。这一过程会导致混凝土中的自由水减少,从而加快坍落度的损失。在极端情况下,甚至可能在短短30分钟内就观察到明显的坍落度损失。 2、搅拌工艺因素: 混凝土搅拌工艺作为混凝土制备过程中的关键环节,对混凝土的坍落度损失具有不可忽视的影响。搅拌机的机型和搅拌效率,作为搅拌工艺的两个核心要素,直接决定了混凝土搅拌的均匀性和坍落度的稳定性。 搅拌机的机型选择至关重要。不同机型的搅拌机在搅拌方式、搅拌力度和搅拌效率上存在差异,这些差异会直接影响混凝土的搅拌效果和坍落度损失。因此,在选择搅拌机时,应充分考虑混凝土的配合比、骨料种类和粒径等因素,以确保搅拌机与混凝土制备需求的匹配性。 搅拌效率同样对混凝土坍落度损失具有重要影响。搅拌效率的高低直接决定了混凝土搅拌的均匀程度和坍落度的稳定性。为了提高搅拌效率,搅拌机需要定期检修,以确保其处于良好的工作状态。同时,搅拌叶片作为搅拌机的关键部件,也需要定期更换,以避免因叶片磨损而导致的搅拌不均匀和坍落度损失加快。 此外,混凝土搅拌时间也是影响坍落度损失的重要因素。搅拌时间过短,混凝土中的各组分无法充分混合均匀,导致坍落度不稳定,进而造成坍落度损失相对加快。因此,在混凝土制备过程中,应确保搅拌时间不少于30秒,以保证混凝土的均匀性和坍落度的稳定性。 3、温度效应因素: 在混凝土施工与生产过程中,温度作为一个核心的环境因素,对混凝土的坍落度损失产生着深远的影响。特别是在炎热的夏季,当气温飙升至25℃甚至30℃以上时,混凝土的坍落度损失相较于20℃的基准条件会显著加剧,增幅往往超过50%。这种加速的坍落度损失主要是由于高温环境下,水泥的水化反应被加速,混凝土中的水分被更快地消耗,从而导致了坍落度的迅速下降。相反,在气温较低的情况下,如低于+5℃时,混凝土的坍落度损失则会变得相对缓慢,甚至几乎不发生损失,这得益于低温对水泥水化反应的抑制作用,使得混凝土的流动性得以保持。 除了环境温度之外,原材料的使用温度同样对混凝土的坍落度损失具有重要影响。当原材料的使用温度过高时,会直接导致混凝土的温度上升,进而加速坍落度的损失。因此,在混凝土的生产过程中,必须严格控制原材料的使用温度,以确保混凝土的温度保持在适宜的范围内。一般来说,混凝土的出机温度应控制在5~35℃之间。一旦温度超出这个范围,就需要采取相应的技术措施进行调节,如加入冷水、冰水或地下水以降低混凝土的温度,或者在必要时加热原材料以提高其使用温度,从而确保混凝土的流动性和可塑性。 在混凝土制备过程中,对于水泥、掺合料等关键原材料的使用温度,必须严格控制。一般来说,这些原材料的使用温度最高不得超过50℃。这是因为过高的温度会加速水泥的水化反应,导致混凝土坍落度损失加快,甚至可能引发混凝土的速凝现象。在冬季施工中,当使用泵送混凝土时,加热水的使用温度同样需要谨慎控制,一般不宜高于40℃。否则,不仅会造成混凝土坍落度的迅速损失,还可能导致混凝土在搅拌机内出现假凝状态,严重影响混凝土的出机和现场卸料。 此外,胶凝材料的使用温度对泵送剂中减水成分的塑化效果也有显著影响。随着胶凝材料使用温度的升高,泵送剂中减水成分的塑化效果会逐渐减弱,导致混凝土坍落度的加快损失。因此,在混凝土制备过程中,应密切关注胶凝材料的使用温度,并确保其保持在适宜的范围内,以充分发挥泵送剂的塑化效果。 值得注意的是,混凝土的温度与其坍落度损失之间存在正比关系。实验数据表明,当混凝土温度每提高5~10℃时,其坍落度损失可达到20~30mm左右。这一数据充分说明了温度对混凝土坍落度损失的显著影响。 4、强度等级因素: 在探讨混凝土坍落度损失的影响因素时,混凝土的强度等级是一个不可忽略的重要因素。实践表明,高强度等级的混凝土相较于低强度等级的混凝土,其坍落度损失速度更快。这一现象主要与高强度等级混凝土中单位水泥用量的增加有关。 具体来说,为了满足高强度等级混凝土对力学性能的要求,其配合比中往往需要加入更多的水泥。而水泥用量的增加,意味着在混凝土搅拌和浇筑过程中,水泥的水化反应会更加剧烈,从而加速了混凝土中水分的消耗,导致坍落度的快速损失。 此外,碎石混凝土与卵石混凝土在坍落度损失方面也存在差异。通常情况下,碎石混凝土的坍落度损失速度要比卵石混凝土快。这主要是因为碎石的表面粗糙,与水泥浆体的粘结力较强,因此在搅拌和浇筑过程中,碎石混凝土中的水分更容易被吸收和消耗,从而导致坍落度的快速下降。 5、砼状态因素: 混凝土的状态,即其处于静态还是动态,对坍落度的损失具有显著的影响。具体而言,混凝土在静态条件下的坍落度损失速度要明显快于动态条件。 在动态条件下,混凝土由于不断的受到搅拌作用,使得泵送剂中的减水成分与水泥颗粒之间的接触机会减少。这种减少的接触机会阻碍了水泥水化反应的充分进行,从而减缓了混凝土坍落度的损失。搅拌作用不仅使混凝土保持了一定的流动性,还通过物理作用阻止了减水成分与水泥的过度反应,有助于维持混凝土的坍落度。 相比之下,在静态条件下,混凝土中的减水成分与水泥颗粒能够充分接触,这加速了水泥的水化进程。水泥水化反应的加速消耗了混凝土中的水分,导致坍落度的快速损失。此外,静态条件下缺乏搅拌作用,使得混凝土更容易受到温度、湿度等环境因素的影响,从而进一步加剧了坍落度的损失。 6、运输因素: 在混凝土的运输过程中,运输机械的选择和使用对混凝土的坍落度损失具有显著的影响。特别是当采用混凝土搅拌运输车进行长距离或长时间的运输时,由于多种因素的综合作用,混凝土的坍落度损失往往会更加明显。 首先,长时间的运输过程中,混凝土熟料中的化学成分会发生一系列的化学反应,这些反应会消耗混凝土中的自由水分,从而导致坍落度的降低。其次,运输过程中的水份蒸发也是一个不可忽视的因素。特别是在高温或干燥的环境下,混凝土中的水分会迅速蒸发,进一步加剧了坍落度的损失。此外,骨料吸水也是造成混凝土坍落度损失的重要原因之一。在运输过程中,骨料可能会吸收混凝土中的水分,导致混凝土的整体水分含量下降,从而影响其坍落度。 除了混凝土搅拌运输车外,其他运输机械如混凝土皮带运输机、串筒等也会对混凝土的坍落度造成影响。这些机械在运输过程中可能会造成砂浆的损失,而砂浆是混凝土中保持流动性的重要组成部分。砂浆的损失会直接导致混凝土坍落度的下降,从而影响其施工性能。 7、浇筑因素: 在混凝土的浇筑过程中,浇筑速度与时间的控制对于减少坍落度损失至关重要。当混凝土熟料从搅拌站到达仓面内的时间过长时,由于多种因素的共同作用,混凝土中的自由水分会迅速减少,进而导致坍落度的显著损失。 具体来说,长时间的浇筑过程中,混凝土熟料中的化学成分会持续发生反应,消耗掉一部分自由水分。同时,水份的蒸发也是一个不可忽视的因素,特别是在高温或干燥的环境下,蒸发速度会更快。此外,骨料在浇筑过程中也可能会吸收一部分水分,进一步降低了混凝土的整体水分含量。这些因素共同作用,使得混凝土的坍落度在浇筑过程中逐渐降低。 特别值得注意的是,当混凝土暴露在皮带运输机上时,其表面与外界环境的接触面积增大,水份蒸发速度因此加快,对混凝土坍落度损失的影响也最为显著。根据实际测定结果,当气温在25℃左右时,混凝土熟料在现场的坍落度在半小时内就可能损失高达4cm。 此外,混凝土浇筑时间的不同也会对坍落度损失产生重要影响。早上和晚上由于气温较低,水份蒸发速度相对较慢,因此对坍落度损失的影响较小。而中午和下午气温较高,水份蒸发速度快,导致水份损失加快,进而使得混凝土的坍落度损失增大。这种坍落度的损失会直接影响混凝土的流动性、粘聚性等性能,使得混凝土的质量更难以保证。 二 混凝土坍落度损失的控制措施 在混凝土施工过程中,坍落度的损失是不可避免的。然而,关键在于如何采取有效的措施,将损失值降至最低,同时减缓损失速度,以确保施工的顺利进行。为此,我们需要从多个方面入手,采取针对性的技术措施。 1、泵送剂后添加法: 在混凝土施工过程中,偶尔会遇到一些不可预测的情况,导致商品混凝土的坍落度损失过快,以至于无法正常泵送。针对这一问题,我们可以采取泵送剂后添加法作为即时解决方案。具体来说,就是在混凝土中加入适量的泵送剂,并通过混凝土运输车的快速运转,使泵送剂与混凝土充分混合。在运转2分钟后,需对混凝土的坍落度进行测定,确保其符合要求后方可继续使用。值得注意的是,后加法的掺量必须预先通过试验确定,以避免因掺量不当而造成混凝土性能的问题。特别是当掺量超过一定界限时,可能会导致混凝土数日不凝固,严重影响施工进度和质量。 2、优化泵送剂掺量: 除了即时应对策略外,我们还需要考虑长效的解决方案来缓解混凝土坍落度的损失。其中,水泥颗粒的细度是一个关键因素。一般来说,水泥颗粒越细,其需水量就越大。而需水量的增加,无疑会加剧混凝土的坍落度损失。为了缓解这一问题,我们必须通过泵送剂适应性试验,来确定泵送剂的最佳掺量。这一步骤至关重要,它不仅能确保泵送剂与混凝土的良好适应性,还能在最大程度上减少坍落度的损失,从而保障混凝土的施工性能和最终质量。 3、优选原材料: 在泵送混凝土的施工中,原材料的选择至关重要。为了确保混凝土的高质量和稳定性,我们必须优选符合标准要求的水泥、掺合料、骨料和泵送剂。这些原材料不仅品质要优良,性能也要稳定可靠。为了实现这一目标,我们需要对原材料的品质和性能进行深入了解,并增加复检的频率,以确保其始终符合施工要求。同时,选择稳定可靠的生产厂家也是保障原材料质量的关键环节。 在确定了优质的原材料后,混凝土配合比的确定同样不容忽视。我们需要通过科学的试验方法和生产实践的不断总结,来优化混凝土配合比的设计。这包括找到最佳的骨料级配,以减少空隙率和提高混凝土的密实度;控制含泥量,以减少对混凝土性能的负面影响;以及通过调整泵送剂的掺量,来最大限度地减少坍落度的损失。 4、控制浇筑时间: 此外,泵送混凝土的坍落度损失是一个需要特别关注的问题。坍落度会随着时间的延长而加快损失,同时也会随着温度的提高而增大。因此,在混凝土出机后,我们必须严格控制浇筑时间。在一般情况下,混凝土应在60~90分钟内浇筑入模。特别是在高温季节施工时,由于坍落度损失会更快,因此更需要缩短浇筑时间。当日平均气温低于25℃时,宜在出机后90分钟内入模;而当日平均气温高于25℃时,则应在60分钟内入模。 为了确保混凝土的及时浇筑,混凝土生产和施工双方需要加强联络、调度和指挥。他们应根据运距的远近和浇筑速度来合理安排发车时间,避免压车过多、过长。同时,对于超过混凝土初凝时间的混凝土,必须坚决废弃,不能再使用。即使加入了减水剂使其变稀,也不能改变其已经失去的性能。一般来说,不加缓凝剂的混凝土在超过5~8小时后就不能再使用了;而对于掺加了缓凝剂的混凝土,则需要根据缓凝时间来确定其可使用时间。 5、严格控制搅拌时间: 在混凝土的生产过程中,搅拌时间的控制是减少坍落度损失的关键环节。为了确保混凝土的质量稳定,我们必须对搅拌时间进行严格控制。搅拌时间的长短直接影响到混凝土的均匀性和坍落度性能,因此,根据混凝土的等级来合理设定搅拌时间是至关重要的。 具体来说,对于C10~15等级的混凝土,搅拌时间应不少于30秒,以确保混凝土各组分的充分混合和均匀分布。而对于C20~25等级的混凝土,搅拌时间则需延长至不少于40秒,以满足更高强度的要求。当混凝土等级达到C30~40时,搅拌时间应进一步增加至不少于50秒,以确保混凝土的密实度和稳定性。对于C45以上等级的混凝土,由于其强度要求更高,搅拌时间应不少于60秒,以保证混凝土的高性能和耐久性。 6、掺入引气剂或引气缓凝剂: 除了严格控制搅拌时间外,我们还可以通过添加引气剂或引气缓凝剂来进一步减少混凝土的坍落度损失。这些添加剂的掺入量需要通过试验来确定,以确保其最佳效果。引气剂在混凝土中产生的大量细密气泡,能够有效地将分散的水泥粒子隔离,从而减少水泥的二次吸附,这是降低混凝土坍落度损失的有效途径之一。 同时,适宜的混凝土含气量不仅有助于减少坍落度损失,还能显著提高混凝土的和易性、粘聚性、保水性和可泵性。这些性能的改善对于提高施工效率和保证工程质量具有重要意义。因此,在混凝土的生产过程中,我们应充分考虑添加剂的应用,并通过试验和实践来不断优化其掺入量和效果。 7、调整掺合料掺量: 在夏季高温季节,由于环境温度的升高,混凝土的坍落度损失往往会加剧,这对施工质量和效率构成了挑战。为了应对这一挑战,我们可以通过试验来调整掺合料的掺量。具体来说,根据高温季节的特点和混凝土的实际需求,我们可以适当地增加掺合料的掺量,以有效地减少混凝土的坍落度损失。这一策略的实施需要基于充分的试验数据和科学的分析,以确保掺合料的掺量既能够满足施工要求,又不会对混凝土的其他性能产生负面影响。 8、调整坍落度和砂率: 另一方面,不同骨料类型对混凝土的坍落度也有显著影响。与卵石混凝土相比,碎石混凝土由于其骨料形状和表面特性的差异,通常需要增大20~30mm的坍落度,以保证其良好的工作性能和施工质量。这一调整是基于碎石混凝土在实际应用中的特点和需求而确定的。 此外,对于不依赖泵送剂的混凝土,当其坍落度每增加一个等级(即20~30mm)时,我们需要相应地提高砂率,并增加用水量和水泥的用量。具体来说,砂率需要提高1%以上,用水量需增加5~10kg/m3,而水泥的用量则需增加约10kg/m3。这些调整是为了保持混凝土在增大坍落度后的稳定性和工作性能,确保其能够满足施工要求。 有一种误解认为,混凝土的坍落度越大,就越容易进行泵送,然而这种观念是不准确的。事实上,盲目地增大坍落度往往意味着需要增加用水量,而用水量的增多会导致水灰比(W/B)的增大,进而对混凝土的强度产生不利影响。如果无节制地增加用水量,不仅会削弱混凝土的力学性能,还可能引发一系列问题,如混凝土离析、泌水、堵管以及堵泵等现象,这些都会对施工造成极大的困扰。 一般而言,对于C15至C45等级的混凝土,其坍落度的最大值应控制在220mm以内,以避免上述问题的出现。超出这个范围,混凝土的离析风险将显著增加,从而影响到施工的可操作性和最终质量。 因此,在泵送混凝土的施工过程中,对用水量的严格控制是确保混凝土质量的关键步骤。在混凝土拌合物未加水之前,其各种原材料是彼此分离的,没有形成任何联系。然而,一旦加入适量的水,这些原材料便会被有机地结合在一起,形成一个整体。此时,水泥的水化反应也随之开始,水的存在对于混凝土的塑造和硬化过程起着至关重要的作用。 实际上,水的多少直接影响着泵送混凝土的质量。适量的水能够保证混凝土的流动性和可塑性,使其易于泵送和浇筑。然而,过多的水则会导致混凝土的离析和泌水现象,降低混凝土的强度和耐久性。因此,在泵送混凝土的生产过程中,必须精确控制用水量,以确保混凝土的性能和质量。 此外,有时我们仅凭混凝土的外观来判断其坍落度,可能会产生误判。特别是当混凝土强度等级达到C40及以上时,由于其胶凝材料含量较多,粘度相对较大,扩展度较小,因此即使外观上看似坍落度不大,但实际测量时可能会发现坍落度远超出预期。这种误判可能会对施工造成不利影响,因此在实际操作中需要特别注意。
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