朱效荣  1970出生,教授、研究员级高级工程师,北京城建集团高级顾问,冀东发展集团首席科学家。
       科技创新
 
 
混凝土泵送剂的配方设计
 

  混凝土泵送剂的配方设计一、 泵送剂配方设计

1、一元复配

   (1) 复配的方法

   一元复配的主体是利用一种高效减水剂和缓凝剂复配泵送剂,必要时适量掺加引气剂,主要考虑减水剂的临界掺量c10和饱和掺量c11以及推荐掺量c,减水剂的临界掺量减水率n10和饱和掺量减水率n11以及推荐掺量下的减水率n,检测外加剂的水泥的标准稠度用水量W0、C3A和SO3。则每吨泵送剂中各种原材料的用量为:

        减水剂的用量M1= 1000*(c10+((n-n10)*(c11 -c10)/(n11-n10)))/c(kg)

        缓凝剂的用量M2=1000*(t*0.01)/c(kg)

  引气剂的用量M3= (1--3)/c(kg)

        溶剂水的用量M4= 1000-M1-M2-M3(kg)

泵送剂一元复配计算表格

复配原材料参数

序号

减水剂

缓凝剂

引气剂

水泥

备注

1

名称

萘系

名称

葡萄糖酸钠

名称

皂苷

品种

硅酸盐水泥

 

2

临界掺量%

 c10

环境温度()

T

引气量%

3

需水量

W0

 

3

临界减水率%

n10

等效缓凝系数

0.001

推荐用量kg

1--3

SO3

m

 

4

饱和掺量%

 c11

有效含量%

96

有效含量%

90

CA3

 

 

5

饱和减水率%

n2

包装kg/袋

50

包装kg/袋

50

包装

散装

 

6

单价(元)

5300

单价(元)

5400

单价(元)

7500

单价(元)

340

 

泵送剂配方(1000kg)

1

技术要求:推荐掺量%为c;减水率% 为n。

检测用材料用量

2

减水剂

缓凝剂

引气剂

是否缺SO3(%)

水泥(g)

泵送剂(g)

水(g)

初始/1h坍落度

3

M1(kg)

M2(kg)

M3(kg)

M4(kg)

 

600

6c

6( W0+2)

220/200(mm)

4

检测结果

初始坍落度

 

1h坍落度

 

初始扩展度

 

1h扩展度

 

(2)复配实例

    水泥的标准稠度用水量为29,SO3为2.3,减水剂的临界掺量c1为0.5%,饱和掺量c2为0.75%),推荐掺量c为2%,缓凝成分使用葡萄糖酸钠,环境温度25摄氏度。

减水剂的用量M1=1000*(0.5+((20-15)*(0.75-0.5)/(25-15)))/2=312.5kg

缓凝剂的用量M2=1000*25*0.01/2=12.5kg

 引气剂的用量M3=(1—3)/2=(0.05—1.5)kg

溶剂水的用量M4= 1000-312.5-12.5-1.5=678.5kg             

2、二元复配

(1)复配方法

    二元复配是利用一种高效减水剂和一种普通减水剂复配泵送剂,主要考虑高效减水剂和普通减水剂的饱和掺量c21、c22以及推荐掺量c,检测外加剂的水泥的标准稠度用水量W0、C3A和SO3。则每吨泵送剂中各种原材料的用量为:

        高效减水剂的用量M1= (1000*c21)/2c

        普通减水剂的用量M2=( 1000*c22)/2c

        缓凝剂的用量M3=1000*(t*0.01)/c

  引气剂的用量M4= (1--3)/c(kg)

        溶剂水的用量M5= 1000-M1-M2-M3-M4

复配原材料参数

序号

高效减水剂

普通减水剂

缓凝剂

引气剂

水泥

备注

1

名称

萘系

名称

木质素

名称

葡萄糖酸钠

名称

皂苷

品种

硅酸盐水泥

 

2

临界掺量%

 c10

临界掺量%

c20

环境温度

T

引气量%

3

需水量

W0

 

3

临界减水率%

n20

临界减水率%

n20

等效缓凝系数

0.001

推荐用量kg

1--3

SO3

m

 

4

饱和掺量%

 c21

饱和掺量%

c22

有效含量%

96

有效含量%

90

出厂时间

3天

 

5

饱和减水率%

n21

饱和减水率%

n22

包装kg/袋

50

包装kg/袋

50

包装

散装

 

6

单价(元)

5300

单价(元)

5400

 

 

单价(元)

7500

单价(元)

340

 

泵送剂配方(1000kg)

1

技术要求:推荐掺量%为c;减水率% 为n。

检测用材料用量

2

萘系减水剂

木质素

缓凝剂

引气剂

SO3

成本元

水泥g

泵送剂g

水g

初始/1h扩展度

3

M1

M2

M3

M4

M5

2.5

 

600

12

6( W0+2)

220/200(mm)

4

检测结果

初始坍落度

 

1h坍落度

 

初始扩展度

 

1h扩展度

 

 

 

(2)复配实例

    例如:水泥的标准稠度用水量为27,SO3为2.3,高效减水剂的临界掺量c11为0.5%,饱和掺量c21为0.75%,普通减水剂的临界掺量c12为0.2%,饱和掺量c22为0.3%),推荐掺量c为2%,缓凝成分使用葡萄糖酸钠,环境温度25摄氏度。

高效减水剂的用量M1=(1000*0.75)/2*2=187.5.5kg

普通减水剂的用量M2=(1000*0.3)/2*2=75kg

缓凝剂的用量M3=1000*25*0.01/2=12.5kg

 引气剂的用量M4=(1—3)/2=(0.05—1.5)kg

溶剂水的用量M5= 1000-187.5-75-12.5-1.5=723.5kg

3、三元复配

    (1)复配方法

    三元复配是利用两种高效减水剂和一种普通减水剂复配泵送剂,主要考虑两种高效减水剂和普通减水剂的饱和掺量c31 、c32 、c33以及推荐掺量c,检测外加剂的水泥的标准稠度用水量W0、C3A和SO3。则每吨泵送剂中各种原材料的用量为:

        高效减水剂1的用量M1= (1000*饱和掺量c31)/推荐掺量3c

        高效减水剂2的用量M2= (1000*饱和掺量c32)/推荐掺量3c

        普通减水剂的用量M3=( 1000*饱和掺量c33)/推荐掺量3c

        缓凝剂的用量M4=1000*(施工现场温度t*0.01)/推荐掺量c

  引气剂的用量M5= (1--3)/推荐掺量c(kg)

        容剂水的用量M6= 1000-M1-M2-M3-M4-M5

 

 

复配原材料参数

序号

高效减水剂

高效减水剂

普通减水剂

缓凝剂

引气剂

水泥

备注

1

名称

萘系

名称

脂肪族

名称

木质素

名称

葡萄糖钠

名称

皂苷

品种

硅酸盐水泥

 

2

临界掺量%

 c10

临界掺量%

c20

临界掺量%

c30

环境温度

t

引气量%

3

需水量

W0

 

3

临界减水率%

n10

临界减水率%

n20

临界减水率%

n30

等效缓凝系数

0.001

推荐用量kg

1--3

SO3

M

 

4

饱和掺量%

 c31

饱和掺量%

c32

饱和掺量%

c33

有效含量%

96

有效含量%

90

出厂时间

3天

 

5

饱和减水率%

n31

饱和减水率%

n32

饱和减水率%

n33

包装kg/袋

50

包装kg/袋

50

包装

散装

 

6

单价(元)

5300

单价(元)

5400

单价(元)

3000

 

 

单价(元)

7500

单价(元)

340

 

 

 

 

 

泵送剂配方(1000kg)

1

技术要求:推荐掺量%为c;减水率% 为n。

检测用材料用量

2

萘系减水剂

萘系减水剂

木质素

缓凝剂

引气剂

SO3

水泥g

泵送剂g

水g

初始/1h扩展度

3

M1

M2

M3

M4

M5

M6

2.5

600

12

6( W0+2)

220/200(mm)

4

检测结果

初始坍落度

 

1h坍落度

 

 

初始扩展度

 

1h扩展度

 

 

(2)复配实例

    例如:水泥的标准稠度用水量为30,SO3为2.3,高效减水剂1的临界掺量c11为0.5%,饱和掺量c21为0.75%;高效减水剂2的临界掺量c12为0.4%,饱和掺量c22为0.6%;普通减水剂的临界掺量c13为0.2%,饱和掺量c23为0.3%),推荐掺量c为2%,缓凝成分使用葡萄糖酸钠,环境温度25摄氏度。

高效减水剂1的用量M1=(1000*0.75)/3*2=125.5kg

高效减水剂2的用量M2=(1000*0.6)/3*2=100kg

普通减水剂的用量M3=(1000*0.3)/3*2=50kg

缓凝剂的用量M4=1000*25*0.01/2=12.5kg

 引气剂的用量M5=(1—3)/2=(0.05—1.5)kg

溶剂水的用量M6= 1000-125-100-50-12.5-1.5=711kg

(6) 计算结果与复配试验

项目

水泥(g)

水(g)

泵送剂(g)

初始流动度(mm)

1h流动度(mm)

一元复配产品

600

186

12

235

210

二元复配产品

600

174

12

225

215

三元复配产品

600

196

12

235

230

    由以上试验验证说明,根据减水剂、缓凝剂和引气剂的技术参数,结合水泥的需水性能,能够精确设计计算混凝土泵送剂的配方。泵送剂配方设计方法可用于缓凝减水剂、缓凝高效减水剂、超缓凝高效减水剂、高效泵送剂、高效引气减水剂等的配方计算,并且可用于外加剂系列产品的配方设计。泵送剂配方设计的研究、开发和应用经过十多年的实践,取得了良好的技术经济效益。

二、泵送剂对水泥的适应性

    采用以上技术复配的泵送剂大多数条件下使用效果良好,但有时也会出现适应性不好的情况,现将生产过程中常见的几种情况介绍如下。

1、高效减水剂对水泥的适应性

    高效减水剂对水泥的适应性是通过坍落度损失程度判断的。高效减水剂在低水胶比的混凝土中一个突出的问题是不同程度上存在坍落度损失快:而在另一些情况下,水泥和水接触后,在开始60~90min内,大坍落度仍能保持,没有离析和泌水现象。前者,外加剂和水泥是不适应的,后者是适应的。适应性取决于水泥矿物CA3、可溶SO3和碱含量。

(1)适应性好,外加剂与水泥充分兼容,CA3与高可溶SO3的比例控制在3:1左右;碱含量0.4%左右。

(2)适应性稍差(兼容稍差):中等可溶性硫酸盐和碱含量的水泥;CA3与高可溶SO3的比例在2:1左右

(3) 不适应(不兼容):可溶性硫酸盐少和低碱水泥。CA3与高可溶SO3的比例小于2:1,最佳可溶性碱量为0.4%~0.6%。

解决泵送剂对水泥适应性问题必须针对不同的胶凝材料采用相应的复合泵送剂组成体系,复合泵送剂配方设计的优点就在如此。

2、坍落度损失与“欠硫化”现象的关系

    有些硅酸盐水泥配制流态混凝土时,用调整泵送剂中缓凝剂的掺量和品种的方法不能控制坍落度损失,即使缓凝组分超剂量掺用坍落度损失仍然较快,我们将此种情况称为“欠硫化”现象。产生“欠硫化”现象的原因是由于水泥中可溶性SO3的含量不足,或外部因素使石膏溶解度降低,破坏了SO3与C3A和碱含量的平衡,使水泥凝结较快, 浆体很快失去流动性。产生这种“欠硫化”现象的原因是:

(1) 泵送剂降低了石膏的溶解度,使SO3不足;

(2)最佳石膏量是铝酸三钙的一半,掺加掺合料使SO3总量减??;

(3) 掺含碱量高的外加剂改变了石膏与C3A的平衡。

(4)二水石膏脱水变为半水石膏,由于半水石膏吸水引起的假凝现象.

    采用高浓萘系高效减水剂配制泵送剂,使坍落度损失加快,而改用低浓萘系高效减水剂配制的泵送剂,坍落度损失减小。因为低浓萘系高效减水剂中硫酸钠含量高(20%左右),补充SO3的不足。另外,泵送剂中含增加石膏溶解度或代替石膏作用的辅助剂,也可以减小坍落度损失。因此为了避免欠硫化现象的产生,泵送剂应由高效减水剂、缓凝剂和辅助剂组成。在泵送剂复配过程中,我们控制胶凝材料中CA3与SO3的比例控制在3:1左右。例如在水泥中含有SO32.3%时,检验外加剂与水泥的适应性很好,在配制混凝土时,水泥用量240kg,矿渣粉100kg,粉煤灰60kg,由于矿渣粉和粉煤灰中含有大量的Al2O3但是SO3含量很小,因此配制混凝土的胶凝材料总SO3降低,由水泥中的2.3%降为复合胶凝材料的1.38%,这时石膏的缓凝作用由于SO3浓度过低而无法发挥,在混凝土配制过程中表现为坍落度损失很大。为了解决这一问题我们应该采取的措施是在100kg矿渣粉和 60kg粉煤灰中加入与2.3%的SO3对应的石膏6.26kg,这样就有效解决了由于欠缺SO3导致的混凝土坍落度损失问题。如果混凝土坍落度损失过大是由于半水石膏吸水引起的假凝产生的,则处理这一问题的方法是利用柠檬酸钠作为缓凝成分掺入混凝土解决坍落度损失问题。

3、三乙醇胺的作用

    在泵送剂中三乙醇胺的作用是早强、降低黏聚性和延长水化诱导期。由铝酸盐水泥水化放热曲线可以看出掺三乙醇胺使初水化减慢、峰值降低,因此能降低拌合物的流动度损失,由于三乙醇胺促进钙矾石(AFt)的形成使C3A的水化受到阻碍,因此延长水泥水化诱导期,使流动度损失减慢。相反、含碱量增加使石膏溶解度减小,生成Aft量減少,使C3A的水化加速、流动度损失增加。

4、外加剂、对水泥早期水化放热过程的影响

    掺外加剂能控制水泥早期水化过程(预诱导期和诱导期),使诱导期延长,这样就能减小坍落度损失。根据这一观点能延长水化诱导期的不仅是缓凝剂,而且可以是早强剂和特殊高分子化合物。影响泵送剂对水泥适应性的因素比较复杂,同一配方的泵送剂在不同胶凝材料体系中可以得到相反的结果。我国水泥的成分和品种变化复杂,因此必须针对胶凝材料的变化建立相应的泵送剂配方体系才能解决水泥适应问题。

三、聚羧酸减水剂合成及复配生产应用实例

1、合成配比及工艺(5000 KG)

(1)先将2000kg水加热到70℃,加入1800kg APEG,10分钟后。

(2)升温72~75℃开始滴加190kg丙烯酸,15kg双氧水,3小时滴完,6kg巯基乙酸,3.5小时滴完。

(3) 滴完后温度在70~75℃间,保温反应3小时后,降温到40℃以下。

(4)将液碱300kg加入反应釜。

(5)将葡萄糖酸钠250kg加入反应釜,反应0.5小时即可检验下料。

配比

APEG

丙烯酸

巯基乙酸

双氧水

火碱

兑水

2000 KG

110 KG

294 KG

285 KG

200 KG

用量

1800 KG

190 KG

6 KG

15 KG

100 KG

滴定温度

72摄氏度

 

滴定时间

0

3.0h

3.5h

3.0h

0

保温时间

3.0h

 

降温时间

1.5h

 

加碱温度

40摄氏度

葡萄糖酸钠

40摄氏度加入250KG

2、中和前检验

水泥

葡萄糖酸钠

减水剂

初始值

1h值

3h值

300

105

0

1.5

270

265

270

300

105

0.15

1.5

300

290

300

300

87

0.15

1.5

260

270

260

300

87

0.15

1.2

265

235

215

300

105

0.15

1.2

300

290

300

3、中和后加入5%葡萄糖酸钠生成的减水剂进行检验

水泥

减水剂

初始值

1h值

300

105

1.2

265*270

260*270

300

87

1.2

265*270

235*250

4、减水剂销售试验(水泥用量300

水泥

减水剂

初始值大于

1h值大于

1(已存水泥)

105

1.2

240

220

2(已存水泥)

87

1.2

240

220

3(客户水泥)

105

1.2

240

220

4(客户水泥)

87

1.2

240

220

5(现场水泥)

105

1.5

240

220

6(现场水泥)

87

1.5

240

220

7(现场水泥)

105

1.5

240

220

8(现场水泥)

87

1.5

240

220

5、泵送剂配方及销售试验(水泥用量300

序号(掺量)

减水剂

葡萄糖酸钠

初始值大于

1h值大于

1(2.0%)

2(2.0%)

3(2.0%)

200

12.5

787.5

240

220

175

12.5

812.5

240

220

150

12.5

837.5

240

220

4(2.5%)

5(2.5%)

6(2.5%)

160

10

830

240

220

140

10

850

240

220

125

10

865

240

220

7(3.0%)

8(3.0%)

9(3.0%

135

8.5

856.5

240

220

115

8.5

876.5

240

220

105

8.5

886.5

240

220

 

 
 

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