淺析減水劑與蒸汽養(yǎng)護的關(guān)系

減水劑在現(xiàn)代混凝土制品中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在混凝土中摻加減水劑是改善混凝土性能、提高混凝土質(zhì)量的有效途徑，也是節(jié)約水泥、節(jié)省能源的有效途徑。此文就先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁中摻加減水劑與蒸汽養(yǎng)護的改變和節(jié)能減排進行論述。
　　
　　在預(yù)制混凝土管樁生產(chǎn)中，人為地創(chuàng)造一個高溫高濕熱環(huán)境，對混凝土管樁進行蒸汽養(yǎng)護，能加速水泥水化過程，促使水泥水化生成更多的水化物，有利于提高管樁的早期脫模強度，縮短管模的周轉(zhuǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。但只有合理的蒸養(yǎng)養(yǎng)護制度，才能使管樁既有較高的早期脫模強度，又能避免脫模冷卻后強度回縮及出現(xiàn)裂紋等問題。
　　
　　減水劑的摻加對蒸汽養(yǎng)護的影響，根據(jù)對減水劑市場的調(diào)查，現(xiàn)在應(yīng)用最多最廣泛的是萘系減水劑，約占市場的份額的50%至70%以上。常用的減水劑均屬于表面活性劑，當(dāng)水泥加水后，由于水泥顆粒在水中的熱運動，顆粒會聚集在一起而形成絮凝狀結(jié)構(gòu)，這種絮凝狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部包裹著一部分拌合水，使混凝土拌合物的流動性降低。當(dāng)水泥漿中加入表面活性劑后，表面活性劑在溶液中可離解為親水基團和憎水基團，親水基團在水泥漿體系中指向溶液，憎水基團則吸附在水泥顆粒表面上，使水泥顆粒表面帶有相同電荷，水泥顆粒間產(chǎn)生電斥力，這種電斥力遠大于顆粒間分子引力，使水泥顆粒形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)被拆散，結(jié)構(gòu)中包裹的水釋放出來，從而增加了拌合物的流動性。同時，利用同種電荷相互排斥的作用，將水泥顆粒推開加大水泥顆粒之間的距離，這樣就增大了水泥顆粒的分散性，起到了改變流動性的作用，有利于水泥顆粒與水的接觸，擴大了水泥與水的反應(yīng)環(huán)境，使水化得以更加深一步的進行，釋放出更多的水化熱。內(nèi)部水化熱的釋放和利用，可以減少對外部供應(yīng)熱的吸取，使水泥和礦粉的潛在活性得以更加充分的發(fā)揮利用。所以，摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)溫度較沒有摻加減水劑的管樁的溫度要低，為此我們做了一個驗證試驗。

　　試驗方案：

　　1.1試驗原材料
　　
　　水泥：普通硅酸鹽水泥，P.O42.5
　　
　　河砂：細度模數(shù)Mx=2.8
　　
　　碎石：河北玉田，連續(xù)粒級5～25mm
　　
　　高爐礦粉：S95
　　
　　高效減水劑：UNF-5

　　1.2配合比設(shè)計
　　
　　混凝土強度等級設(shè)計選用C40，坍落度30～50mm，其配合比見表1。

　　1.3試驗養(yǎng)護條件的選定
根據(jù)以往的經(jīng)驗選定未摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為90℃，對比摻加減水劑的混凝土恒溫溫度為80℃，試件成型后靜停2h，升溫2h，恒溫2h，降溫1h。

　　1.4實驗結(jié)果
　　
　　通過對比試驗條件我們可以看出，兩種養(yǎng)護條件不同的只是恒溫的溫度不相同。最后我們測得兩種試件的脫模強度大致相等，均達到了設(shè)計要求，所以我們可以看出：要達到相同強度等級，摻加了減水劑的混凝土的蒸養(yǎng)溫度可以低10℃左右。其實質(zhì)就是混凝土內(nèi)部水化熱的進一步釋放及充分利用，同時促使管樁的強度增長，提高產(chǎn)品自身質(zhì)量。
　　
　　摻加減水劑后對水泥水化物中的凝膠體和結(jié)晶體的形態(tài)、數(shù)量及排布產(chǎn)生一系列的影響。雖然凝膠體和結(jié)晶體的實質(zhì)是一樣的，但習(xí)慣上仍將其劃分為兩種物質(zhì)。當(dāng)水化物中結(jié)晶體較多時，混凝土表現(xiàn)出較強的剛性，若凝膠體的數(shù)量較多時，混凝土的表現(xiàn)則是徐變性能增大。在水泥漿向水泥石逐步轉(zhuǎn)變的過程中，早期水泥漿中主要存在的是凝膠體形態(tài)的水化粒子，未水化的水泥顆粒和凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的初型，此時的這種結(jié)構(gòu)尚具有觸變復(fù)原性，但是隨著水化反應(yīng)的進行，水化粒子的逐漸大量生成，水泥漿結(jié)晶得到進一步強化，形成凝膠體—晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)使混凝土的觸變復(fù)原性喪失。摻加減水劑后，在分散作用下抑制了水化凝膠體的凝聚傾向，釋放出被粒子包圍的游離態(tài)的水。在相同用水量時，同等增加了水泥漿中液相比例，使得凝膠體的相對濃度變小，膠凝體粒子間的距離增大粒子間的分子間作用力即范德華作用力變小，影響凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成。摻加減水劑后，其分散、潤濕作用的最終結(jié)果是使水化反應(yīng)加速，使水化程度加深，使C-S-H凝膠體在整體內(nèi)達到較好的均勻分布狀態(tài)。促進了溶解—沉淀—析晶動力學(xué)過程，使析出晶體數(shù)量增多，晶體物質(zhì)的濃度加大，利于晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成，混凝土硬化早期凝膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)的主導(dǎo)作用減弱，相反結(jié)晶網(wǎng)結(jié)構(gòu)的作用相對上升。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)不同于凝膠體結(jié)構(gòu)的地方是，晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由化學(xué)鍵連接，而化學(xué)鍵的作用力要大于分子間作用力即范德華力，使晶體分子間的相互連接增強，所以晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu)強度要大的多，從而使早期的強度得到增強。從而可以得出結(jié)論，要達到相同強度等級的話，摻加了減水劑的管樁蒸養(yǎng)溫度要比沒有摻加減水劑的管樁蒸養(yǎng)的溫度要低一些或蒸養(yǎng)溫度相同時相對減少蒸養(yǎng)時間。到這里我們就不難看出，在生產(chǎn)中的一些錯誤理念，即升溫過快過高，恒溫時間過長等現(xiàn)象，原以為會使產(chǎn)品的強度等有所提高，但可能會產(chǎn)生不利的影響。因為從前面的分析我們可以看出來，高溫或長時間恒溫會加劇晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu)的生成、發(fā)展，造成晶體網(wǎng)結(jié)構(gòu)與凝膠體結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力集中，造成局部缺陷進而影響整根管樁的物理性能。
　　
　　由此我們可以看出恒溫溫度和恒溫時間是兩個息息相關(guān)的工藝參數(shù)，在日常生產(chǎn)中都是以℃·h達到某個特定的值后為開池的依據(jù)。從上面的論點來看對于每一種設(shè)定的恒溫溫度都存在有一個臨界的恒溫時間，超過了臨界溫度強度不再增長，相反還會使強度回縮。同時從以往的數(shù)據(jù)對比來看，經(jīng)過蒸養(yǎng)的試件標(biāo)養(yǎng)28d強度要比單純標(biāo)養(yǎng)試件的28d強度要低。結(jié)合摻加減水劑后對恒溫溫度的影響及蒸養(yǎng)試件28d強度的損失情況，我們針對兩者對蒸養(yǎng)條件做了多次試驗。

　　2.1試驗原材料
　　
　　水泥：普通硅酸鹽水泥P.042.5
　　
　　河砂：細度模數(shù)Mx=2.8
　　
　　碎石：連續(xù)粒級5～25mm
　　
　　高爐礦粉：S95
　　
　　高效減水劑：UNF-5

　　2.2混凝土配合比設(shè)計

　　設(shè)計選用強度等級為C60。恒溫溫度為70℃、90℃、100℃，恒溫時間設(shè)定為4h、6h、8h、12h、15h降溫1h。

　　2.3實驗結(jié)果

　　我們在不同的恒溫溫度和恒溫時間做了系統(tǒng)的實驗，實驗結(jié)果見表2。

　　從表中數(shù)據(jù)可以得出，采用70℃時混凝土的早期強度和標(biāo)養(yǎng)強度都隨時間增長而增長，但恒溫12h才能達到放張強度。采用90℃、100℃蒸養(yǎng)時，兩者都具有較高的脫模強度。且100℃時略高于90℃，但需要掌握好升溫速度。90℃、100℃蒸養(yǎng)后的強度都隨時間的延長而增長，而28天的強度則是90℃時的要比100℃的蒸養(yǎng)制度的高些，在恒溫時間達到某一特定值以后強度有下降的趨勢。通過試驗我們可以看出，最佳的蒸養(yǎng)溫度是90℃；考慮到經(jīng)濟效益等方面最佳的蒸養(yǎng)試件是4h～6h；蒸汽養(yǎng)護的溫度也不是越高強度越高，過高有強度下降的趨勢，恒溫時間也不是越長越好。
　　
　　我們通過另外一組試驗對最佳的蒸養(yǎng)制度進行選擇。還是相同的配合比，恒溫溫度設(shè)定在90℃，恒溫時間為4h、5h、6h、7h、8h，降溫1h。試驗結(jié)果見表3。

實驗結(jié)果表明早期的脫模強度隨著恒溫時間的增長而增強，但當(dāng)恒溫時間超過7h以后，強度增長的速度就慢下來了。而且當(dāng)恒溫時間超過7h以后，28d強度略有下降的趨勢。考慮到管模周轉(zhuǎn)周期、企業(yè)經(jīng)濟效益及28d強度損失情況等方面因素，采用恒溫溫度90℃、恒溫時間4h的蒸汽養(yǎng)護制度較為合理。