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外加剂不是万灵药(一)
来源:www.ynhhjc.com 发表时间:2019-09-20

      自20世纪80年代,外加剂,主要是高效减水剂,在国内的混凝土市场逐步推广应用,尤其是在高强混凝土和泵送混凝土中,已成为不可或缺的组分。正Malhotra在第一届国际混凝土外加剂会议上所指出的:“高效减水剂的开发与应用是20世纪混凝土技术进展历程中一个重要的里程碑”[1]。多年来混凝土技术只有少数几次重要的突破,40年代开发的引气作用是其中之一,它改变了北美混凝土技术的面貌;高效减水剂是另一次重大突破,它在今后许多年里将对混凝土的生产与应用带来巨大影响。


      但任何事物都有其两面性,人们常常在重视其作用的同时,却容易忽略了另一面,包括可能出现的负面作用、应用上的局限性等。对于高效减水剂,表现为误将它作为万灵药。本文就这一问题谈谈自己的看法,仅是抛砖引玉,希望引起同行的关注。

高效减水剂在一些国家更多称呼为超塑化剂,顾名思义,它非常适用于制备超塑化混凝土拌合物。当然,它最适用于拌制流动度大、浆体量多、水胶比低的拌合物,即泵送高强混凝土。


       但对于另一些混凝土,例如水工大坝施工浇筑的混凝土,其骨料最大粒径大(可达150mm)、浆体量较少且流动度不大,需要通过采用强力振捣或振动碾压作用使其密实成型的混凝土,高效减水剂就未必适用了。出于保持水胶比不变,以满足结构设计要求的力学性能参数为前提,减少用水量,可以同时减少胶结材料为思路,国内许多水工大坝施工中也都在掺用高效减水剂。实际上,这样的应用是有问题的,因为早先水工混凝土里掺用的是引气剂或木质素类的普通型减水剂,它们的减水率小,而且由于有引气作用,增加了浆体量,所以当用水量与胶结材料用量同时减少,也就是浆体量减少时,可以维持大致平衡,保证有足够的填充骨料空隙、包裹骨料并提供和易性的浆体,这是拌合物在浇筑后能够密实成型的必要条件。


       反之,在现今掺用高效减水剂的拌合物里,由于其减水率很大,用水量可以大幅度减小,若胶结材料用量也同时减少,总浆体量则明显减少。固然,由于高效减水剂对于水泥强烈的分散作用,使得原有水泥胶团所束缚的自由水得到释放,这使得浆体可以在拌合物中更均匀地分布,换句话说,具备合适工作度拌合物所需要的浆体量在减小。但是在某些时候,上述的平衡被打破,出现浆体量明显不足的现象,浇筑时出现严重的分层离析,大颗粒骨料浮在表面,硬化后骨料周边呈现浆体明显不足。这种现象笔者曾在一水电站工地比较两种减水率不同的高效减水剂时,所浇筑的混凝土块体上见到。使用减水率更高,因此用水量与胶结材料用量更少的拌合物所浇筑的块体,骨料周边呈现浆体明显不足的现象;而掺用减水率较小的减水剂浇筑的块体,骨料周边就没有浆体不足的现象;且用前一种减水剂,但掺量适当减小时,拌合物出现离析的现象也就得到明显改善。


       上例说明,水工大坝施工浇筑的混凝土中,掺用廉价得多、掺量也小得多的普通引气型减水剂,要比使用高效减水剂经济性更好、使用效果更佳。事实上,国外的水工大坝施工浇筑的混凝土,可能使用高效减水剂的例子,即使有也不会多见,当然不包括那种采用预填骨料后再压浆或细石混凝土的特殊施工工艺。


       再有,在浇筑混凝土路面板或桥面板时,通常所用拌合物的工作度一般也不大,坍落度控制在30~50mm,使用高效减水剂的效果就会大打折扣。特别是在采用滑模摊铺工艺铺筑路面板时,因为由摊铺机所带的模板在2~3min或稍长一点的时间就会滑离,因此需要拌合物在振捣棒的振实作用一旦消失,即摊铺机向前行进时,就迅速恢复原来的黏稠状态(材料学上称之为“触变性良好”),而不会在模板滑离时出现所谓“塌边”现象。显然,满足这种施工工艺需要的拌合物不适合掺用高效减水剂,特别是用于预拌混凝土“保坍性”好的品种更不适用。此外,用高效减水剂降低水胶比的拌合物硬化后抗压强度可以大幅度提高,然而抗折强度增长幅度通常相对较小,而且开裂敏感性还会增大,因此总体来说,混凝土路面板或桥面板施工要慎用高效减水剂。


       其实,在配制工民建和土木工程中用量最大的C30(应该占到总量的1/2以上)或更低一些强度等级的泵送混凝土时,高效减水剂也并非一定适用,或者说并非是一个必不可少的组分。尽管泵送工艺需要拌合物的流动性好,然而在高效减水剂应用之前很久,泵送工艺就已经在国内外混凝土浇筑过程中应用开来,例如上海宝钢建设时就采用木质磺酸盐类引气减水剂进行泵送,效果很好。而另一方面,由于配制这类拌合物所用胶结材料用量一般不很大,所以当水胶比大幅度降低时,如上所述,若要保持浆体量的大致平衡,就需要增加胶结材料的用量,而这不仅不经济,还会因胶结材料水化温升的增大引起开裂敏感性的提高,这也是为什么国内这种强度等级或更低一点的混凝土中,胶结材料始终居高不下的重要原因。


       将高效减水剂当成万灵药,忽略或小看混凝土其他组分的作用,如同病人把抗生素当成万灵药。事实上,高效减水剂只是混凝土的组分之一,缺少其他诸多组分的配合,就会大大减小其作用,达不到预期效果。

       骨料占据混凝土主要体积,但长期以来,人们对于判别骨料品质优劣的标准存在很多误区,而其中最大的误区是其筒压强度的要求。这个误区来自对其在混凝土中的作用,即认为砂石如同人的骨架一样,是决定混凝土强度的重要参数。因此,现今许多教科书以及很多现行的标准、规范等仍然要求骨料的强度为1.5~1.7倍,甚至2倍于所配制混凝土的强度。笔者认为,在早期混凝土设计等级尚且很低时提出这个要求,即骨料的筒压强度≥40MPa,这显然只是为了剔除那些风化程度严重的石材作为骨料;但现今混凝土设计强度已经大大提高,仍然遵循早先两者的关系,显然严重脱离实际。事实上,国内外早已配制并应用于工程的轻骨料混凝土,所用轻骨料的筒压强度仅为15MPa或更低,而混凝土强度则可以达到80~100MPa。


       正如Mehta所指出的:“通常情况下,骨料强度对普通强度混凝土的影响确实很小,因为骨料(除轻骨料外)的强度比混凝土中基体和界面过渡区的强度要高出数倍。换句话说,由于破坏是由其他两相决定,绝大多数天然骨料的强度几乎得不到利用”。


       另外一个重要的误区是适用于泵送混凝土或自密实混凝土(SCC)石子的最大粒径。国内普遍认为所用骨料的最大粒径越大,拌合物需要的浆体量越少,所以通常在配制这类混凝土时仍然常用40mm为石子最大粒径。这个想法在配制干硬或半干硬混凝土时是正确的,但在现今配制泵送混凝土或自密实混凝土时就未必正确了。由于这类拌合物在泵管中行进和在模板中流动的过程必定存在石子之间的相对运动,而粒径越大的石子颗粒之间发生相对运动需要的砂浆润滑膜层越厚,也就是需要浆体量可能会越多,这也是国外用于配制这类拌合物常用19mm(英制3/4inch)为石子最大粒径的原因所在。尽管所用石子最大粒径较小时,拌合物中需要填充的空隙率较大,这与上述条件之间存在一个平衡点,这时拌合物所需的砂浆量较小。另外,国内现今常用的5~40mm(或5~31.5mm)的所谓“连续级配”石子,实际上5~10mm的颗粒往往很少,甚至没有,这样的石子不仅会增大需浆量(因为其堆积空隙率比较大),而且在应用于泵送混凝土或SCC时容易出现分层离析现象。国内配制SCC的技术来自日本,认为SCC拌合物需要足够高的塑性黏度,否则拌合物就容易出现分层离析。然而,几次欧美召开国际SCC会议的主席Wallevik(冰岛)则认为:骨料的级配不连续是引起拌合物分层离析的主导原因,因此主张SCC拌合物应具有一定的剪切屈服值(yield value),而塑性黏度(plastic viscosity)不应过高。笔者很认同这种观点,因为塑性黏度高的SCC浇筑时会增大泵压,流动缓慢而延长浇筑时间,热天还容易导致冷缝出现,存在多种弊病。当然,要想配制好这样的SCC,对骨料的要求较高。从这个角度来看,应该效仿欧洲人,非常重视砂石级配的连续性(即筛分时每个筛的通过量都很接近)的做法。


       再有,从实验室结果看,砂石品质的波动主要反映在细度模数或级配上,其实这也是一个误区。因为在混凝土生产中,而不是实验室检测时,砂石(尤其是砂子)品质波动对混凝土质量影响最大的是含水量,这和它们的用量大,更与水胶比是决定混凝土性能最重要的参数息息相关。不要说暴露在外任凭风吹雨打太阳晒的堆放条件,就是在能遮风挡雨较为密闭的棚子里存放,当存储空间不够大,使得砂子进场后只经过短暂的存放就投入使用的情况下,它的含水量仍然难以稳定,也就谈不上稳定控制出厂拌合物的匀质性了。


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