装配式施工知识分享：浅谈钢筋混凝土外掺剂的应用

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1、前言

混凝土的外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的能显著改善砼的性能的物质。其掺量一般不大于水泥质量的5%。由于外加剂对混凝土性能的改善,它在工程中应用的比例越来越大,不少国家使用掺外加剂的混凝土已占混凝土总量的60%～90%,因此,外加剂逐渐成为混凝土占的第5种成分。

2、工程概况

荣乌高速公路第四合同段全长10.6km,其中桥涵构造物47个座,本项目经过的地区位于渤海莱洲弯滨海地区,属于冲洪积平原和滨海洼地,海拔高程都在3m～5m之间,地下水位非常高,软基、鱼塘、芦苇塘遍布全线。全线大部分为硫酸盐溃土或氯盐溃土,濒海地区淡水缺乏,空气湿度大,地下和空气水中Cl-离子含量较高,对砼具有结晶腐蚀,施工要求砼必须全部掺减水剂、阻锈剂、超细粉,提高砼耐久性和抗渗性。

3、减水剂

3.1减水剂的作用机理

减水剂为表面活性物质,其分子由亲水基团和憎水基团2个部分组成。水泥加水拌和,水泥浆成絮凝结构,包裹一部分拌和水,降低了流动性。减水剂的作用机理表现在以下3个方面：

(1)其疏水基团定向吸附于水泥颗粒表面,亲水基团指向水溶液,使水泥颗粒表面带有相同电荷,斥力作用使水泥颗粒分开,放出絮凝结构游离水,增加流动性。

(2)亲水基吸附大量极性水分子,增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度,起润滑作用,改善工作性。

(3)减水剂降低表面张力,水泥颗粒更易湿润,使水化比较充分,从而提高混凝土的强度。

3.2减水剂的种类

按化学成分分类主要有木质素系、萘系、水溶性树脂类、糖蜜类和复合型减水剂等。

3.2.1木质素系减水剂

包括木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)、木质素磺酸镁(木镁)等。其中木钙减水剂应用较多。

木钙减水剂是以生产纸浆或纤维浆剩余下来的亚硫酸浆废液为原料,采用石灰乳中和,经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末。

木钙减水剂的适宜掺量,一般为水泥质量的0.2%～0.3%。其减水率为10%～15%,混凝土28d抗压强度提高10%～20%;若不减水,混凝土坍落度可增大80mm～100mm;若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变,可节约水泥用量10%左右。木钙减水剂对混凝土有缓凝作用,掺量过多或在低温下,其缓凝作用更为显著,而且还可能使混凝土强度降低,使用时应注意。木钙减水剂可用于一般混凝土工程,尤其适用于大体积浇筑、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。木钙减水剂不宜单独用于冬季施工,在日最低气温低于5℃,应与早强剂或防冻剂复合使用。

3.2.2萘磺酸盐系减水剂

萘系减水剂,是用萘或萘的同系物经磺化与甲醇缩回而成。目前,我国生产的主要有NNO,NF,FDN,UNF,MF,建I型等减水剂,其中大部分品牌为非引气型减水剂。

萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的0.5%～1.0%,减水率为10%～25%,混凝土28d强度提高20%以上。萘系减水剂的减水增强效果好,对不同品种水泥的适应性较强。适用于配制早强、高强、流态、蒸养混凝土。

3.2.3水溶性树脂减水剂

这类减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料制成的减水剂,如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等。该类减水剂增强效果显著,为高效减水剂,我国产品有SM树脂减水剂等。

SM减水剂掺量为水泥质量的0.5%～2.0%,其减水率为15%～27%,混凝土3d强度提高30%～100%,28d强度可提高20%～30%。SM减水剂适于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土及蒸养混凝土等。

3.3减水剂的技术经济效果

增大流动性。在用水量及水灰比不变时,混凝土坍落度可增大100mm～200mm,且不影响混凝土的强度。提高混凝土的强度。在保持流动性及水泥用量不变的条件下,可减少拌和用水量10%～15%,从而降低水灰比,使混凝土强度提高15%～20%可减少拌和用水量10%～15%,从而降低水灰比,使混凝土强度提高15%～20%。节约水泥。在保持流动性及水灰比不变的条件下,可以在减少拌和水量的同时,相应减少水泥用量。改善混凝土的耐久性。

4、钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂即为抑制钢腐蚀的缓蚀剂,拌制混凝土时掺加阻锈剂是防止钢筋腐蚀的一种经济而有效的方法。最早开发的钢筋阻锈剂是亚硝酸盐,特别是亚硝酸钙对提高防腐蚀性能很有效,至今常作为复合阻锈剂的重要组分。亚硝酸钠用于防止混凝土中钢筋的点腐蚀,也曾被认为是良好的阻锈剂,但会使混凝土的强度损失,钠离子有促进碱集料反应的危险,而且它是阳极型阻锈剂,用量不足反而会促进钢筋局部腐蚀,加上亚硝酸钠有毒,因而,不能得到广泛的应用。除亚硝酸盐外,Na2PO3F,Na3PO4和Na2PO4等也可用于作为钢筋阻锈剂。近年来,有机阻锈剂的应用又发展成为抑制混凝土中钢筋腐蚀的有效方法,其主要是胺与酯组成的水基有机外加剂。

目前,钢筋阻锈剂的研究仍在发展,不断有新的和多功能的复合型阻锈剂获得了开发和应用,其中迁移型阻锈剂是一种较为新颖的有机阻剂。这种阻锈剂一般是胺与链烯胺及有机酸或无机酸的盐,和单氟磷酸钠一样可以渗人混凝土使受侵蚀的钢筋再钝化,无损高效地修补被氯盐污染的钢筋混凝土,其前景见好。

通过在混凝土中掺入钢筋阻锈剂,能够有效地减少混凝土中氯离子对钢筋腐蚀,保证了混凝土的耐久性。而且也是防止钢筋锈蚀较为经济有效的方法。

5、超细矿粉

掺有超细矿粉的水泥,其强度主要由水泥熟料的水化反应所产生的水化物、水泥熟料水化时产生的游离氢氧化钙和矿物掺料中的活性氧化硅与氧化铝之间的二次反应所产生的附加水化产物所组成。

超细矿粉在混凝土中共同使用时表现出了十分明显的叠加效应,一方面大大减少了混凝土中CH晶体的生成数量,另一方面又影响了CH晶体的形貌,对混凝土的结构和性能的发展具有重要影响。随着龄期的延长,浆体结构日趋均匀和密实,这是浆体高强化的重要原因。而且超细矿粉掺入水泥—水系统后起分散作用,增加水泥粒子的水化空间;矿粉吸收由水泥熟料水化生成的Ca(OH)2,生成C-S-H相,并同时和CaSO4反应,生成Aft相,促进熟料继续水化。浆体自由水逐渐减少,而沸石粉逐渐释放出沸石内的水,对水泥水化进行自养护,使界面附近反应继续进行,反应产物不断填充界面微裂缝,界面附近浆体逐渐紧密,界面得到加强。

通过掺入超细粉进行试验,混凝土在较早龄期时起到增强强度的作用,后期增强作用也得到充分的发挥。这种后期增强效应对混凝土的长期性能十分有利,可保证混凝土在长时期内维持很高的强度和耐久性能。

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