外加劑對混凝土坍落度影響

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[摘要]緩凝劑能減慢水泥的水化速率，從而減慢混凝土坍落度的損失率。但是對于連續攪拌的混凝土，緩凝劑不但不能減慢坍落度的損失率，反而加速了坍落度的損失。然而用粉煤灰來取代部分水泥，就可降低坍落度的損失率。但這要取決于粉煤灰取代水泥灰的百分率，而且與所用粉煤灰的燒失量有關。本文就此問題進行了研究。

[關鍵詞]水化速率；緩凝劑；坍落度損失；粉煤灰

1.前言

隨著時間的推移，新拌的混凝土就會由于硬化而失去和易性——這種現象叫做“坍落度損失”。因為早期的水化作用逐漸地減少了混凝土中的游離水，各種化學的和物理的因素使混凝土的稠度發生了變化，造成了混凝土內部的骨架結構。

在天氣溫和的情況下，通過短期的攪拌，混凝土稠度的正常變化是沒有實際困難的，混凝土保持和易性的時間較長，足以促進澆筑和抹面。然而在攪拌時間較長，特別是在暑期的情況下，混凝土坍落度的損失率就會大大加快，這在澆筑作業期間會造成嚴重困難。

用一種質量勉強合格的F級粉煤灰取代部分細砂的混凝土，人們已經研究了其對坍落度的影響。但是對于摻或不摻減水—緩凝劑的混凝土和粉煤灰混凝土，以及對摻或不摻高效減水劑（超塑化劑）的混凝土和粉煤灰混凝土，當它們在中等溫度（21℃）較高溫度（32℃）中，連續攪拌達180分鐘后的坍落度情況又會是怎樣的呢？這就是本文所要探討的問題。

2.材料

2.1水泥——所用水泥為普通硅酸鹽水泥，5%粉煤灰（以重量計）與水泥磨在一起。

2.2粉煤灰——所用的粉煤灰是從煙煤中產生的，其分類為F級粉煤灰。用X—射線的衍射分析法所得的主要成分是莫來石（mullite，也叫富鋁紅柱石）和石英。其少量的組份是赤鐵礦、石灰石和方解石。

2.3化學外加劑——采用兩種D型減水—緩凝劑，還有兩種G型超塑化劑。

第一種減水—緩凝劑WRR—Ⅰ，其化學成份為葡糖酸鈉（sodiumgluconate）。第二種減水—緩凝劑WRR—Ⅱ，其化學成份為磺化木質素和合成材料。

第一種超塑化劑SP—Ⅰ,化學上是以磺化甲醛萘基鈉（sodiumnaphthaleneformaldehydesulfonate）為基礎的合成聚合物。第二種超塑劑SP—Ⅱ，從化學上說是一種合成聚合物。

2.4骨料——粗骨料是中、粗型的軋碎的白云石，其最大粒徑為19mm。細骨料是一種很細的天然硅質海砂，其細度模量為1.58。

3.配合比

摻和不摻粉煤灰以及摻和不摻化學外加劑根據需要的坍落度160±10mm來調整。根據生產廠家推薦的摻量，第一種外加劑WRR—Ⅰ的摻量在21℃時為每100kg水泥0.125L；在32℃時則為每100kg水泥0.190L。第二種外加劑WRR—Ⅱ的摻量在21℃時為每100kg水泥0.4L；在32℃時則為每100kg水泥0.7L。生產廠家推薦的第一種超塑化劑SP－Ⅰ的最佳摻量為每100kg水泥0.7L。第二種超塑化劑SP—Ⅱ的摻量在21℃時為每100kg水泥1.0L，而在32℃時則為每100kg水泥1.2L。

4.試驗程序

第一組實驗是在21℃的溫度中做的，第二組實驗是在32℃的溫度中做的，所有的混凝土拌合物都用調整其拌合水的用量，來達到初始的160±10mm目標坍落度。

5.試驗方法

混凝土拌合物都是在一個溫控實驗室中制備的，所有的材料都經過秤量，并在拌合前至少在實驗室中存放24小時。混凝土在一臺自由落下的攪拌機中拌合5分鐘。為了模擬在混凝土拌和車中發生連續的攪拌作用，攪拌機的鼓筒在幾乎是垂直的狀態下連續轉動。攪拌機的自由落下作用減少得越多，混凝土所受到的攪拌作用就越不強烈。為了避免水份的蒸發，鼓筒的開口是蓋著的。

坍落度試驗是在攪拌5、25、45、90和180分鐘后進行的。在混凝土出料之前，攪拌機的鼓筒回到其攪拌位置，混凝土再拌合2分鐘。試驗結果

坍落度的實驗數據示于圖1～3中。這些圖表清楚地說明了粉煤灰對保持坍落度的積極作用。與不摻粉煤灰的普通拌合物相比較，所有的粉煤灰混凝土之坍落度損失都要少得多。

如果我們認為100mm的坍落度是許多混凝土工程中的常用稠度，那么由圖1可見，試驗的三種粉煤灰混凝土（只摻粉煤灰的和與兩種減水—緩凝劑一起摻入的），在經過180多分鐘的攪拌后，其坍落度仍然在100mm以上。摻有超塑化劑的粉煤灰的混凝土（圖2），在較短的時間內都能達到100mm的坍落度（摻有SP—Ⅰ的粉煤灰混凝土在攪拌180分鐘以后，而摻有SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土則在攪拌110分鐘以后）。

然而所有未摻粉煤灰的混凝土，其坍落度的損失率則都要高得多，所以能保持100mm坍落度的時間就會更短些。對比的普通混凝土在60分鐘后達到100mm的坍落度。摻有減水—混凝劑的兩種混凝土則要45分鐘。摻有超塑化劑SP—Ⅰ的混凝土要經歷50分鐘，而摻有超塑化劑的SP—Ⅱ的混凝土則在40分鐘后就達到了100mm的坍落度。

在整個攪拌期間，粉煤灰對保持坍落度的作用貫徹始終。坍落度的差別隨攪拌時間的延長而增大，這反映了粉煤灰混凝土的坍落度損失率減慢了。

根據圖1和圖2中所示的坍落度曲線，在21℃時攪拌的摻有粉煤灰的混凝土，其坍落度損失的減少幅度同未摻粉煤灰的同樣拌合物相比較，如圖4所示。粉煤灰混凝土拌合物的坍落度損失減少幅度（不包括摻SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土，因其曲線突然偏離），在攪拌25分鐘后為20～50mm，攪拌45分鐘后為40～60mm，攪拌90分鐘后為55～70mm，攪拌135分鐘后為65～80mm，攪拌180分鐘后則為70～85mm。

如果我們仍然把各種拌合物達到100mm坍落度的攪拌時間標出來，由圖3可見，只有不摻外加劑的粉煤灰混凝土，在攪拌時間為180分鐘時的坍落度略高于100mm。摻有SP—Ⅱ的粉煤灰混凝土攪拌75分鐘后達到100mm的坍落度，摻有WRR—Ⅰ的粉煤灰混凝土和對比的普通混凝土要攪拌40分鐘，摻有SP—Ⅱ的混凝土要攪拌35分鐘，摻有WRR—Ⅰ的普通混凝土則攪拌10～15分鐘左右。摻有化學外加劑的混凝土之坍落度損失曲線的差值，在形式上看也是有差別的（圖4）。在21℃時隨著攪拌時間的延長，坍落度的差別也增大了。摻與不摻減水—緩凝劑或超塑化劑的粉煤灰混凝土，在21℃的溫度中經過長期攪拌，其坍落度增大了40～80mm，在32℃的溫度中攪拌時，與無粉煤灰的同樣混凝土相比較，則其坍落度增大了30～65mm。

7.結論

對于摻有普通減水—緩凝劑的混凝土，業已發現粉煤灰也有利于保持其之坍落度，而化學外加劑則會增大坍落度的損失率。這也與硫酸鹽離子和顆粒可利用性有關。實驗業已證明，對于摻有減水—緩凝劑的混凝土，摻入1%SO3即可大大改善其坍落度的保持能力。此外，采用含有P2O5粉煤灰，則對于這種混凝土的水化過程也會有一定的抑制作用。因為粉煤灰、硅酸鹽水泥和化學外加劑的來源不同，彼此之間的化學反應也各不相同。所以要在與工地相同的條件下，用規定的拌合物之實際成份進行初步試驗，以便正確地評價其之實際性能。