浅析减水剂与蒸汽养护的关系

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减水剂在现代混凝土制品中已经得到了广泛的应用，在混凝土中掺加减水剂是改善混凝土性能、提高混凝土质量的有效途径，也是节约水泥、节省能源的有效途径。此文就先张法预应力混凝土管桩中掺加减水剂与蒸汽养护的改变和节能减排进行论述。
　　
　　在预制混凝土管桩生产中，人为地创造一个高温高湿热环境，对混凝土管桩进行蒸汽养护，能加速水泥水化过程，促使水泥水化生成更多的水化物，有利于提高管桩的早期脱模强度，缩短管模的周转周期，提高生产效率。但只有合理的蒸养养护制度，才能使管桩既有较高的早期脱模强度，又能避免脱模冷却后强度回缩及出现裂纹等问题。
　　
　　减水剂的掺加对蒸汽养护的影响，根据对减水剂市场的调查，现在应用最多最广泛的是萘系减水剂，约占市场的份额的50%至70%以上。常用的减水剂均属于表面活性剂，当水泥加水后，由于水泥颗粒在水中的热运动，颗粒会聚集在一起而形成絮凝状结构，这种絮凝状结构内部包裹着一部分拌合水，使混凝土拌合物的流动性降低。当水泥浆中加入表面活性剂后，表面活性剂在溶液中可离解为亲水基团和憎水基团，亲水基团在水泥浆体系中指向溶液，憎水基团则吸附在水泥颗粒表面上，使水泥颗粒表面带有相同电荷，水泥颗粒间产生电斥力，这种电斥力远大于颗粒间分子引力，使水泥颗粒形成的絮凝状结构被拆散，结构中包裹的水释放出来，从而增加了拌合物的流动性。同时，利用同种电荷相互排斥的作用，将水泥颗粒推开加大水泥颗粒之间的距离，这样就增大了水泥颗粒的分散性，起到了改变流动性的作用，有利于水泥颗粒与水的接触，扩大了水泥与水的反应环境，使水化得以更加深一步的进行，释放出更多的水化热。内部水化热的释放和利用，可以减少对外部供应热的吸取，使水泥和矿粉的潜在活性得以更加充分的发挥利用。所以，掺加减水剂的管桩蒸养温度较没有掺加减水剂的管桩的温度要低，为此我们做了一个验证试验。

　　试验方案：

　　1.1试验原材料
　　
　　水泥：普通硅酸盐水泥，P.O42.5
　　
　　河砂：细度模数Mx=2.8
　　
　　碎石：河北玉田，连续粒级5～25mm
　　
　　高炉矿粉：S95
　　
　　高效减水剂：UNF-5

　　1.2配合比设计
　　
　　混凝土强度等级设计选用C40，坍落度30～50mm，其配合比见表1。

　　1.3试验养护条件的选定
根据以往的经验选定未掺加减水剂的混凝土恒温温度为90℃，对比掺加减水剂的混凝土恒温温度为80℃，试件成型后静停2h，升温2h，恒温2h，降温1h。

　　1.4实验结果
　　
　　通过对比试验条件我们可以看出，两种养护条件不同的只是恒温的温度不相同。最后我们测得两种试件的脱模强度大致相等，均达到了设计要求，所以我们可以看出：要达到相同强度等级，掺加了减水剂的混凝土的蒸养温度可以低10℃左右。其实质就是混凝土内部水化热的进一步释放及充分利用，同时促使管桩的强度增长，提高产品自身质量。
　　
　　掺加减水剂后对水泥水化物中的凝胶体和结晶体的形态、数量及排布产生一系列的影响。虽然凝胶体和结晶体的实质是一样的，但习惯上仍将其划分为两种物质。当水化物中结晶体较多时，混凝土表现出较强的刚性，若凝胶体的数量较多时，混凝土的表现则是徐变性能增大。在水泥浆向水泥石逐步转变的过程中，早期水泥浆中主要存在的是凝胶体形态的水化粒子，未水化的水泥颗粒和凝胶体结构网的初型，此时的这种结构尚具有触变复原性，但是随着水化反应的进行，水化粒子的逐渐大量生成，水泥浆结晶得到进一步强化，形成凝胶体—晶体结构网使混凝土的触变复原性丧失。掺加减水剂后，在分散作用下抑制了水化凝胶体的凝聚倾向，释放出被粒子包围的游离态的水。在相同用水量时，同等增加了水泥浆中液相比例，使得凝胶体的相对浓度变小，胶凝体粒子间的距离增大粒子间的分子间作用力即范德华作用力变小，影响凝胶体结构网的形成。掺加减水剂后，其分散、润湿作用的最终结果是使水化反应加速，使水化程度加深，使C-S-H凝胶体在整体内达到较好的均匀分布状态。促进了溶解—沉淀—析晶动力学过程，使析出晶体数量增多，晶体物质的浓度加大，利于晶体结构网的形成，混凝土硬化早期凝胶体结构网的主导作用减弱，相反结晶网结构的作用相对上升。晶体结构网不同于凝胶体结构的地方是，晶体结构网是由化学键连接，而化学键的作用力要大于分子间作用力即范德华力，使晶体分子间的相互连接增强，所以晶体网结构强度要大的多，从而使早期的强度得到增强。从而可以得出结论，要达到相同强度等级的话，掺加了减水剂的管桩蒸养温度要比没有掺加减水剂的管桩蒸养的温度要低一些或蒸养温度相同时相对减少蒸养时间。到这里我们就不难看出，在生产中的一些错误理念，即升温过快过高，恒温时间过长等现象，原以为会使产品的强度等有所提高，但可能会产生不利的影响。因为从前面的分析我们可以看出来，高温或长时间恒温会加剧晶体网结构的生成、发展，造成晶体网结构与凝胶体结构比例失调，导致内部应力集中，造成局部缺陷进而影响整根管桩的物理性能。
　　
　　由此我们可以看出恒温温度和恒温时间是两个息息相关的工艺参数，在日常生产中都是以℃·h达到某个特定的值后为开池的依据。从上面的论点来看对于每一种设定的恒温温度都存在有一个临界的恒温时间，超过了临界温度强度不再增长，相反还会使强度回缩。同时从以往的数据对比来看，经过蒸养的试件标养28d强度要比单纯标养试件的28d强度要低。结合掺加减水剂后对恒温温度的影响及蒸养试件28d强度的损失情况，我们针对两者对蒸养条件做了多次试验。

　　2.1试验原材料
　　
　　水泥：普通硅酸盐水泥P.042.5
　　
　　河砂：细度模数Mx=2.8
　　
　　碎石：连续粒级5～25mm
　　
　　高炉矿粉：S95
　　
　　高效减水剂：UNF-5

　　2.2混凝土配合比设计

　　设计选用强度等级为C60。恒温温度为70℃、90℃、100℃，恒温时间设定为4h、6h、8h、12h、15h降温1h。

　　2.3实验结果

　　我们在不同的恒温温度和恒温时间做了系统的实验，实验结果见表2。

　　从表中数据可以得出，采用70℃时混凝土的早期强度和标养强度都随时间增长而增长，但恒温12h才能达到放张强度。采用90℃、100℃蒸养时，两者都具有较高的脱模强度。且100℃时略高于90℃，但需要掌握好升温速度。90℃、100℃蒸养后的强度都随时间的延长而增长，而28天的强度则是90℃时的要比100℃的蒸养制度的高些，在恒温时间达到某一特定值以后强度有下降的趋势。通过试验我们可以看出，最佳的蒸养温度是90℃；考虑到经济效益等方面最佳的蒸养试件是4h～6h；蒸汽养护的温度也不是越高强度越高，过高有强度下降的趋势，恒温时间也不是越长越好。
　　
　　我们通过另外一组试验对最佳的蒸养制度进行选择。还是相同的配合比，恒温温度设定在90℃，恒温时间为4h、5h、6h、7h、8h，降温1h。试验结果见表3。

实验结果表明早期的脱模强度随着恒温时间的增长而增强，但当恒温时间超过7h以后，强度增长的速度就慢下来了。而且当恒温时间超过7h以后，28d强度略有下降的趋势。考虑到管模周转周期、企业经济效益及28d强度损失情况等方面因素，采用恒温温度90℃、恒温时间4h的蒸汽养护制度较为合理。

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