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昊磐节能|关于混凝土的一些感悟!
浏览: 发布日期:2017-08-15

关于外加剂

从1824年阿思普丁取得水泥专利,至今已经快200年了,但回过头来看,这快200年时间里,水泥无论从配料到生产,并无革命性的提升与变化,但混凝土却有了翻天覆地的变化,最主要的原因在哪里?——外加剂!

外加剂的出现推动了混凝土的发展,是大家可以根据需要选用不同的外加剂来实现相应的性能。比如冬季施工用防冻剂、引气剂解决施工期间混凝土抗冻问题和硬化后耐久性问题,夏季施工的缓凝剂克服高温带来的坍损快的问题,后浇带或地下室采用膨胀剂解决抗收缩问题,海工混凝土通过掺用阻锈剂抑制钢筋锈蚀、喷射混凝土掺用速凝剂快硬等等等等!可以说,没有外加剂就没有混凝土的进步!

但是在外加剂应用中,最基本的概念和观念一定要有,而不能盲从盲目,我还是再强调一下:一定要加深对最基本概念的了解和理解!!!比如膨胀剂,做混凝土的人都知道,混凝土硬化过程也是个收缩过程,难免产生裂缝,一旦开裂,又造成很多安全性和耐久性的隐患!因此,掺用膨胀剂是惯用的做法!现在的膨胀剂一般是双膨胀源:硫铝酸盐和氧化钙!下面公式是反应膨胀的机理,从这里可以看出氧化钙与水生成氢氧化钙,体积膨胀,硫铝酸盐与氢氧化钙、硫酸钙和水又生成带32个结晶水的水化硫铝酸钙,也就是钙矾石,水泥水化物的一种。

这个公式回答了两个问题:

1)膨胀剂内掺(计入胶凝材料总量)还是外掺(不计入胶凝材料)

既然有水化作用,产生水泥石,当然是内掺!!!

2)高强度等级混凝土是否要掺入膨胀剂

一般而言,很难听强度等级越高,自收缩越大,那么,掺入膨胀剂就是很自然想到的!但是,高强度等级肯定要低水胶比,比如都在0.35以内,理论上,水泥能完全水化再加上胶凝孔毛细孔内的水分,水胶比为0.38,所以冯乃谦先生要求高性能混凝土的水胶比要低于0.38,从公式里可以看出,膨胀剂药发生膨胀反应,就要大量的水,高强混凝土里,自身水化反应的水都不够用,哪还有水让你去膨胀?

另外,加了膨胀剂,更要加强养护,否则裂得更利害,这里道理不再细讲,会专门有文章详细先容!

下图是加入膨胀剂后的混凝土与普通混凝土就养护制度不同,收缩量的一个对比!

补偿收缩混凝土与普通混凝土的长度变化特性

从这张图很清楚看到,加了膨胀剂,养护不到位一样收缩!!!不要以为加了膨胀剂就万事大吉!

2000年左右,我在天津滨海大道做沿海高速技术支撑工作,其间,很多朋友给我先容防腐剂,设计图纸也设计要加入防腐剂(主要是桩基),因为沿海地区腐蚀严重,各方都很重视!

但防腐剂当时并无标准,没这个提法!我便问材料经销商,防腐剂的机理是什么,他回答不上来。我说那我来讲吧,对钢筋混凝土,无非是防混凝土劣化或钢筋锈蚀。对混凝土而言,防混凝土腐蚀,在滨海环境下,通过减水剂降低水胶比、通过掺入掺和料消纳水化产生的石灰,提高密实性就可以做到,对于抑止碱-骨料反应,理论上锂盐可以,但没听说大规模工程院用。剩下就是钢筋,钢筋防什么?锈蚀!桩基是绝氧环境,基本不会锈蚀!后来他告诉我,实际就是阻锈剂!

沿海地区主要的腐蚀因素就是硫酸盐、氯离子、镁离子等,对有碱活性骨料,还要考虑加钾离子和钠离子。其中,让大家最关注的就是氯离子对钢筋的锈蚀作用,下面示意图说明了钢筋在氯离子作用下的锈蚀过程::

从这个和公式可以看出:

氯离子在反应的前后不发生变化,氯化亚铁络合物只是中间产物,最终产物还是氯离子,也就是说氯离子参加反应只是起到个搬运工的作用,在氢氧根离子作用下产生请氧化亚铁。

对钢筋锈蚀,则必须有氧气和水才能发生!

作为桩基,根本就不具备这个反应前提!这就像非给三亚人们每人发一套防寒服!穿了还中暑呢!!!

也就是说,桩基根本就没有掺阻锈剂的必要,而且只有害处没有好处!我后面一篇《沿海地区桩基防腐与相关问题探讨》专门讨论了这个问题!

很有意思,大概2000年左右,有个专门针对桩基防腐的研讨会,邀我去做报告!我就这个专题做了发言,上台之前,台下好多朋友与我打招呼:闻博士,来了啊......我热情洋溢地讲着讲着,发现有点不对头了,台下掌声没了最后讲完,主持人很尴尬宣布有请下一位,我灰溜溜下台了,稀稀拉拉的掌声都没有了,包括会议主办方,包括台下嘉宾,大多卖阻锈剂!

后来有次中建培训,培训间隙,我与清华大学冯乃谦老师提到以上两个问题,他很认可:对呀,就是这么回事,怎么很多人会不理解呢?

关于规范

既然是感悟,信马由缰,不成体系,这留待以后再整理丰富并校正吧!前次文章里,我把配比设计比作炒菜,有些人认为很贴切,有些人认为很不妥,这也很正常,各抒己见,也能互相促进。但这里实际上隐藏着一个问题:对规范的理解!配比是什么?配比就是N种材料的合理组合,前提是要达到什么效果、满足某种预期要求!炒菜是根据你手边的食材配以佐料,做出可口的菜肴!这两者有相似,也有区别。

有的同志提,不合格的食材坚决不能用到餐桌上,不合格的原材也不能用到混凝土里!这个建议肯定是出于很善良的愿望!但从另一个角度,譬如风味:豆腐放坏了,按常规做法没法吃,就得仍,但大家的先辈觉得扔掉太可惜,油炸一下,放点佐料,很好吃,就成了武汉名吃——不臭还会被认为假冒伪劣呢!四川潮湿温热,古时候没有冰箱,肉很容易变质发臭,也是用麻辣料来遮掩肉味,同时起到杀菌作用!建筑垃圾以前根本不可能用到混凝土里,现在为合理利用资源,出台相应的规范,使之洗白,合理合法应用!这都可以理解为对规范的理解与认识的变迁!

我国有很多规范,企业标准、地方标准、行业标准、国家标准等等等等,各自拉山头,互不衔接,很混乱,此处不过多去说。因为历史原因,我国早期的规范都是沿袭前苏联的,大概在上世纪九十年代开始,大家把眼光又投向了欧美,主要是欧盟,大家的很多规范都是这样!

我国混凝土耐久性的研究基本也是那时候开始的,最早在天津,1991年12月全国混凝土耐久性学组在天津成立,使我国混凝土结构耐久性的研究朝系统化、规范化方向迈进了一步。

我国耐久性的规范,应该脱胎于我国新千年的几个重点工程,比如杭州湾大桥、卢浦大桥、杨浦大桥等,当时大家都认识到了耐久性的重要性,但没有相应的规范作支撑,便在一些国家重点工程上出台了专用的设计施工指南,为工程的顺利进行起到了保驾护航作用!

其后,总结这些经验,我国开始了相关耐久性规范的编制工作。当时有次会议上,陈肇元院士说:耐久性研究在我国起步较晚,但问题很突出,必须编制相应的规范来引导工程建设,但一些指标肯定有问题,大家还没有多少资料上的积累,那么宁严勿松!我很赞成陈院士的提法!我也是在那前后,参考相应资料、法规,编制了大家天津是的地方标准,在后来的修编过程中,回头看过我自己的东西,总结这些年的经验,很多指标要求确实需要修正!

就在昨天下午,河北某高速公路建设方工程科长还给我电话:闻博士,前天省站来检查,说混凝土的碱含量要控制在1.8公斤每立米,你们的引导书控制3公斤,这是咋回事?咋说明?我与他讲:在以前规范里确实这么要求,特大桥限制碱含量不超过1.8公斤每立米,但这一条现在还有人用吗?根本就不切实际,现在的桥有几座不是特大桥,按这样的要求,全国可能一座桥都建不起来!规范编制者怎么还能容忍这样一条要求堂而皇之的存在规范里?3公斤也是规范的要求,能达到这个就能杜绝碱—集料反应,这个指标也不是好达到的!

说起规范,感触良多,规范能有效引导工程建设,但弄不好也会误导—特别对热情很高、经验不足、理解不深的年轻人!比如大的背景下:欧盟早就处于工程的维护加固期,建设量很少,对混凝土的需求很少,原材料的生产储运都很规范、粒型很好、干净,自然规范的要求就高——比如C50混凝土,欧盟要求不超过450公斤粉料每立米,这是没有问题的;但照搬到我国,根本就做不出来,因为石子的生产工艺不同,针片状含量很高,按这个要求根本没法施工,这类问题很多,所以,大家做技术支撑会出专用指南,把指标进行调整——在可控范围内!很多同志应该去过日本,感触很深刻的就是人家的基础设施建设很规范,公用设施很精致——除去学问背景、民族个性,我觉得人家基础建设方面基本饱和了,那么做的更精细也有了时间,也有了必要性!但我国还处于大规模建设阶段,也得考虑这个现实!

这也要求,规范的编制者一定要多了解规范要求的本质和制定的历史背景,比如,对于桥梁,以前规范要求坍落度70-90mm,后来90-110mm,这根本就没法施工!当时大家放到140-180mm!很多老专家都不理解,但监理和施工单位都很高兴——好施工,质量也好保障!当时在秦皇岛,监理单位组织技术交流,邀我专门就这个问题进行讲解。

我与大家讲:规范是要与时俱进的,规范是很多成功经验的总结,会有一定的滞后性,这一点必须考虑!大家现在的材料体系、结构体系、施工技术都发生了很大变化,相应的工艺必须要跟上!比如桥梁,早期我国的汽车很少,而且设计的载重量也不高,随着我国经济的不断发展,汽车运输、仓储物流越来越发达,那么汽车的载重量越来越大,还有很多车私下改装,超十倍运载,那么我国的路桥设计规范也在不停调整,以前我国的桥梁,以小跨径、小厚度的板梁居多,后来都用箱梁或T梁,跨径越来越大,25米,40米,50米 ......,梁体也越来越高,相应的,含钢量也越来越高,底板、腹板、顶板还要加入预应力波纹管穿线,间隙越来越小,客观上也要求必须大坍落度才能施工——这是结构体系所决定的!另外,板梁时代,含钢梁低,梁又矮,那时的混凝土生产也主要以自落式搅拌机为主,不用外加剂,小坍落度是可以的,因为不用外加剂,混凝土内部形成很多水囊,强力振捣的时候可能振散一部分,表现为振完坍落度加大,自然可以流到结构内部。

不用外加剂形成的水囊示意图

使用外加剂的效果示意图

另外,现在的混凝土运输时罐车运,小坍落度也不可能卸料,那时使用翻斗车,所以这一切都要求坍落度要大!讲完,专家也认可了!

规范的编制者也必须要多了解时代背景、技术变迁。比如,到现在,很多规范里还在讲斜向分层,技术培训会上还在大谈特谈眉飞色舞,我一直很反对,因为什么?那是小坍落度混凝土的工艺,现在的预拌混凝土,都是大坍落度,斜向分层的结果是什么?离析!!!浆石分离!!!很多质量缺陷都是这么产生的,除了问题还在那找原因——这才是最大原因,根上就错了!

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