周中进 吴杰 刘帅
中国建筑第二工程局有限公司 安徽合肥 230000
摘要：混凝土坍落度经时损失是指新拌混凝土的坍落度随着时间的延长而逐渐减小；这是硅酸盐水泥水化浆体在形成钙矾石和水化硅酸钙等水化产物的同时，逐渐变稠凝结的结果；是混凝土拌和物中的游离水分随着水化反应而消耗、或吸附于水化产物表面、或蒸发等原因而逐渐减少造成的结果。这是混凝土的一个正常性能，但对泵送混凝土而言，坍落度若损失过大，入泵坍落度就不能满足施工要求，甚至会造成混凝土堵塞泵管，影响施工的正常进行，因而在一定范围内控制泵送混凝土坍落度经时损失，能有效地改善泵送混凝土的施工性能，提高施工效率。
关键词：泵送混凝土；坍落度损失；坍落度控制
为解决夏季混凝土坍落度损失过大的问题，以渝利铁路工程为实例，从理论上分析混凝土坍落度经时损失的机制，并结合工程实际，从施工环境、混凝土原材料和配合比等方面进行分析，总结出坍落度损失过大的影响因素，提出采取夏季施工措施、更换和调节水泥和减水剂、合理调整配合比等解决办法，可为解决类似问题提供参考。
一、引起坍落度损失的原因分析
1.坍落度损失的机制。混凝土拌合物坍落度的增大与损失，本质上是组成混凝土材料的水泥浆流动性的变化，也就是水泥粒子的分散与凝聚过程。水泥粒子存在着布朗运动及受静电斥力、范德华力、重力等的作用，在掺高效减水剂后，水泥粒子表面吸附减水剂，在其表面形成扩散双电层，提高了ζ电位，粒子间静电斥力较大，斥力Ｖ1与引力Ｖ2作用的位能为Ｖｔ，Ｖｔ曲线上的峰值为斥力势垒Ｖｍａｘ，见图1（ａ）。随着水泥水化的进行，减水剂被水消耗，ζ电位下降，位能曲线见图1（ｂ）Ｖｔ，此时微粒之间的吸附超越斥力势垒Ｖｍａｘ，水泥粒子产生凝聚。
图1 水泥粒子间相互作用位能曲线
如果系统中最初总的水泥粒子数为ｎ，由于碰撞而减少1/2的时间，
ｔ1/2=2ｎａ2（1+ρＷ/Ｃ）ｅｘｐ（Ｖｍａｘ/ＫＴ）/3Ｋ。（1）
式中：Ｋ为试验常数；ａ为水泥粒子半径；Ｗ/Ｃ为水胶比；ρ为水泥密度；Ｔ为绝对温度；Ｖｍａｘ为斥力势垒。水泥粒子数的逐渐减少亦即水泥浆的逐步凝聚，式（1）表征了混凝土拌合物坍落度经时变化的一般规律，从式（1）可知势垒Ｖｍａｘ的大小对坍落度影响最大，水泥颗粒越细（ａ越小），水胶比Ｗ/Ｃ越小，坍落度损失越大；此外，温度越高时，粒子位能大，凝聚速度加快，坍落度损失也越大。
2.坍落度损失的具体原因。引起混凝土坍落度损失的原因很多，而且不尽相同。水泥、外加剂、骨料和矿物掺和料（粉煤灰）的性质、水泥与外加剂的相容性、混凝土的配合比、环境温度和运输条件等都是影响因素，通过对拌合站及施工现场的具体调查，对可能的影响因素进行逐项分析。（1）生产条件和环境因素的影响。1）搅拌方式及时间的影响。就是说，搅拌得越完全越彻底，混凝土拌合物的和易性越好。具体地说，用强制式搅拌机拌制的混凝土和易性比自落式搅拌机拌和的好；高频搅拌机拌制的混凝土和易性比低频搅拌机拌和的好。另外适当延长搅拌时间，也可以获得较好的和易性，但搅拌时间过长，由于部分水泥水化将使流动性降低。2）外部温度。施工过程中环境气温越高，水泥水化速度越快，混凝土坍落度经时损失也就越大；而且在较高的气温下施工加入减水剂的混凝土时，由于达到相同流动度时，其水灰比要比基准混凝土的有较大幅度降低，因此同样蒸发量的情况下会使坍落度损失大于基准混凝土的。因此，夏天施工的混凝土特别需要控制坍落度的损失。（2）原材料。2）水泥，现场使用的各批次水泥（Ｐ·Ｏ42.5）试验结果见表1
表1 水泥相关技术指标
由表2可知减水剂减水率较大（减水率不小于20%为合格），易引起混凝土坍落度损失，与此同时，该减水剂为标准型减水剂，在配制泵送混凝土时，对60ｍiｎ坍落度保留值未作技术要求，在夏季施工中使用保坍效果好的缓凝型减水剂更为合适。
3.配合比的影响。合理地调整配合比能缓解坍落度损失，但现场人员在调整配合比时却采取了增加水泥用量方法。增加水泥用量提高了混凝土的和易性，但是增加早强的水泥却反而加剧了混凝土坍落度损失；同时，现场人员也作了将机制砂换为河砂的尝试，但在本实例中骨料的影响并不大，因此收效甚微
二、降低混凝土坍落度损失的措施
认为引起混凝土坍落度损失过大的主要原因是使用了早强水泥和减水剂，配合比的不当调整则加剧了坍落度损失，而夏季高温是坍损过大的外部影响因素。为此，采用了对症下药、先简后繁、逐条解决的办法。
1.温度控制。（1）控制原材料进入搅拌机的温度。现场砂石料仓已安装顶棚以遮阳防晒，减水剂则转移至阴凉仓库中储存，不再堆放在披棚下，尽可能对搅拌站料斗、储水器、皮带运输机、搅拌楼做遮阳处理。现场试验员生产混凝土前测定水泥、砂石料等温度，水泥进入搅拌机的温度不大于40℃。（2）建议尽可能在气温较低的早晨、晚上或夜间搅拌混凝土，以保证原材料和混凝土的温度满足要求，混凝土的温度要求不高于气温且不宜超过30℃。（3）对混凝土运输罐车进行洒水以降低罐体温度。（2）配合比控制。在调整配合比时，先保证水泥用量为理论配合比（323ｋｇ/ｍ3），然后将初始坍落度提高到220ｍｍ，为此将用水量由155ｋｇ增加到160ｋｇ，同时增加粉煤灰用量13ｋｇ，一方面保持混凝土水胶比不变，另一方面增加粉煤灰用量也对降低坍落度损失有利。
2.原材料及添加剂控制。在采取夏季施工措施、调整配合比后，高温时段混凝土坍落度损失有所缓解，但仅能勉强满足泵送施工要求，问题未得到根本解决。为此，试验部门对水泥厂水泥矿物成分、物理性能提出专门要求：水泥熟料中的Ｃ3Ａ含量不得大于6%，碱含量不大于0.60%，降低水泥早期强度，并要求水泥厂对施工周期长，水泥需求量大、坍落度损失要求高的渝利铁路必须实行专门生产、专库供应；同时在减水剂中加入糖钠等，将混凝土凝结时间延长3ｈ左右，并将调节好的减水剂专用于夏季混凝土生产。
通过采取降温措施和调整配合比，缓解了混凝土的坍落度损失；通过更换原材料，选用Ｃ3Ａ含量低的普通水泥，使用缓凝的高效减水剂则有效控制了混凝土的坍落度损失。
参考文献：
[1]魏敏胜.预拌混凝土坍落度经时损失与控制.2017.
[2]张中慧.浅谈夏季泵送混凝土坍落度损失的控制.2016.
论文作者:周中进,吴杰,刘帅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/6
标签：混凝土论文; 水泥论文; 损失论文; 坍落度论文; 水化论文; 粒子论文; 斥力论文; 《防护工程》2018年第25期论文;