《混凝土外加剂》级.docx

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《混凝土外加剂》级

《混凝土外加剂》试题（2010级）

一．试述萘系高效减水剂的分子结构、性能优缺点，以及在应用过程中存在的问题和今后的研究、发展方向。

（23分）

二、试述泵送剂在使用过程中，容易出现的工程问题，阐述解决这些问题采取的方法（15分）

三、试从混凝土配合比、复合外加剂组分选择及配方、施工养护等三方面阐述如何防止大体积混凝土出现温度应力裂缝。

（25分）

四、当缓凝剂与高效减水剂复合使用时具有那些协同效应？

针对各个协同效应，阐述在实际应用过程中应注意的事项。

（17分）

五、阐述喷射混凝土容易出现的工程质量事故以及施工中应注意的事项；简述速凝剂发展方向。

（20分）

一．试述萘系高效减水剂的分子结构、性能优缺点，以及在应用过程中存在的问题和今后的研究、发展方向。

（23分）

答：

（1）.分子结构：

目前广泛使用的高效减水剂是稠环芳烃磺酸盐甲醛缩合物中的萘磺酸盐甲醛缩合物，即萘系高效减水剂。

环芳烃磺酸盐甲醛缩合物稠环芳烃是由两个彼此共用两个相邻的碳原子相互稠合（或称并合）而成，分子结构式如下：

（2）.性能优缺点：

①萘系高效减水剂是阴离子型高分子表面活性剂，具有较强的固液界面活性作用，分散减水作用机理足以静电斥力作用为主，兼有其他作用力；②萘系减水剂对混凝土几乎无引气作用；③由于不含有羟基，醚基等亲水性强的极性基团，故对水泥无缓凝作用。

④由于萘系高效减水剂提高了拌合物的稳定性和均匀性，因此能减小混凝土的泌水；⑤在混凝土中掺萘系高效减水刑，在水泥用量及水灰比相同的情况下，混凝土坍落度值随该类减水剂掺量增加而明显增大，而混凝土抗压强度并不降低。

⑥在保持水泥用量及坍落度相同的条件下，减水率及混凝土抗压强度将随减水剂掺量的增大而增大，可配制早强、高强和蒸养混凝土，也可配制免振捣自密实混凝土。

保持混凝土的坍落度与强度不变，掺入水泥质量的0.75％的该类减水剂，可节约水泥约20％。

⑦采用萘系减水剂配制的混凝土，不但抗压强度有明显提高，而且抗拉强度，抗折强度、棱柱体强度和弹性模量等均有相应提高，并且对钢筋无锈蚀作用，同时具有早强作用。

⑧对混凝土徐变的影响与对收缩影响的规律相同，只是当掺高效减水剂而小节约水泥时，抗压强度明显提高，而徐变明显减小。

⑨能显著提高混凝土的抗渗性能，对抗冻性能、抗碳化性能均有所提高。

（3）应用中要注意问题：

①混凝土坍落度损失过快给施工带来的影响。

②硫酸钠含量过高影响混凝土耐久性。

（4）今后研究发展方向：

萘系减水剂与缓凝剂复合、聚羧酸改性萘系高效减水剂的研究等。

二、试述泵送剂在使用过程中，容易出现的工程问题，阐述解决这些问题采取的方法（15分）

答：

为了能顺利地进行泵送，混凝土拌合物首先应具有良好的流动性，但过大的流动性不仅对泵送没有好处，而且还会带来泌水、离析等质量问题，甚至使混凝土丧失可泵性，发生堵泵事故。

因此，在原材料选择和配合比设计方面要慎重考虑多重因素，以求配制出流动性保持性满足要求和可泵性良好的混凝土拌合物。

泵送剂在应用过程中尚存在许多技术难点，这也是泵送剂本身的组成复杂性，混凝土其他原材料的多变性，混凝土技术人员对泵送剂认识程度较浅，以及应用技术尚不够成熟等因素造成的。

具体来说，泵送剂的应用技术存在以下特点。

1.混凝土减水率与净浆流动度、砂浆减水率的关系不密切。

  这一点对工程中常用净浆流动度和砂浆减水率评价减水剂性能的做法提出了严峻挑战。

2.混凝土坍落度保持性与净浆流动度保持性关系不密切。

掺加某种泵送剂的净浆流动度在1h～2h内可以保持得很好，但混凝土坍落度损失却异常迅速，而有些泵送剂尽管在净浆中表现不是很好，但在混凝土中却有上佳表现。

3.混凝土抗压强度比与泵送剂减水率之间关系不甚密切。

各因素对水泥水化进程均有不同程度的影响。

4.减水效果对泵送剂掺量的依赖性很大。

泵送剂的减水效果对其本身的掺量十分敏感，只有达到它的饱和掺量，才能起到良好的减水效果，而相反，掺量过大又往往会引起离析、泌水，导致减水、增强效果严重下降，甚至会带来混凝土结构开裂、渗漏和耐久性严重降低等危害。

5.所配制的混凝土拌合物的性能对用水量十分敏感。

大多数采用聚羧酸系减水剂复配而成的泵送剂制备的混凝土拌合物，其性状对用水量十分敏感。

有时用水量只增加1kg/m3～3kg/m3，混凝土拌合物便立刻严重泌水，采用这种拌合物绝对无法保证浇筑体的均匀性，易导致结构物表面出现麻面、起砂、孔洞等难以接受的缺陷，且结构体强度和耐久性严重下降。

6.所配制的大流动性混凝土容易分层离析。

7.与不同厂家、不同批次的水泥、掺合料存在适应性问题。

解决这些问题采取的方法：

1、注意泵送剂与水泥、掺合料的适应性，并通过混凝土试验来验证泵送剂的适用性。

　在特定的试验环境下的试验数据得出的，其结论不一定适合具体工程。

在实际应用时，如果不进行全面的混凝土试验，则应用过程中很易出现减水率不足、拌合物泌水、离析、流动性损失过快等现象。

所以必须通过大量的混凝土试验，选择合适的泵送剂品种，并确定最佳的掺量。

2、验证试验必须采用工地现场的原材料和可能的混凝土配合比，并模拟浇筑现场的温度、湿度环境条件。

3、泵送剂的品种、掺量应根据环境温度、泵送高度、泵送距离等随时进行调整。

4、坚决摒弃单纯依靠净浆流动度或砂浆减水率评价泵送剂性能的传统做法。

5、避免不同厂家、不同类型的泵送剂混装、混用。

6、严格计量泵送剂，建立泵送剂超掺预警机制，将泵送剂超掺造成的损失降低到最小程度。

7、后添加泵送剂的量必须提前经过试验确定，并指派专人指导和监督。

　在不可预测情况下造成商品混凝土拌合物流动性损失过大时，可采用后添加泵送剂的方法掺入混凝土搅拌运输车中，必须快速运转，搅拌均匀后，测定坍落度符合要求后方可使用。

后添加的泵送剂的量必须预先进行试验确定，后添加的过程必须指派专人进行指导和监督，以避免酿成工程事故。

三、试从混凝土配合比、复合外加剂组分选择及配方、施工养护等三方面阐述如何防止大体积混凝土出现温度应力裂缝。

（25）

答：

大体积混凝土配合比设计要求：

一般基础大体积混凝土的强度等级多为C30～C55、抗渗等级为S10。

在大体积混凝土中掺加复合防水剂，将泵送混凝土的坍落度控制在12±2cm范围内。

混凝土配合比设计要求：

水灰比的选择：

从工程的防开裂的角度出发，水灰比控制在0.35左右较为合理，由于现场大面积施工要满足泵送的需要，坍落度有一定的要求，坍落度选择为10～14cm（一般大体积混凝土多用于基础工程坍落度不需要太大），控制混凝土中的水灰比不大于0.4。

砂率的选择：

砂率控制在40%以下，既可保证混凝土的泵送性能，又对混凝土的抗裂较为有利。

水泥的选择：

选择水泥的原则是，水泥的水化热尽量比较低，水泥的强度发展时间较长，后期强度等级要满足使用要求。

大体积混凝土多采用搅拌站供应的商品混凝土，因此要求搅拌站根据施工现场提出的技术要求，做好混凝土的试配。

配合比应以试配来确定。

按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计配合比。

粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂量。

另外应充分考虑到水泥的稳定供应，满足连续施工的要求。

复合外加剂组分选择及配方：

（1）缓凝剂与高效减水剂同时掺加时存在显著的辅助塑化作用。

所谓辅助塑化作用是指缓凝剂单独使用时，其减水作用（或塑化作用）很小，或根本没有减水作用，但当与高效减水剂复合使用时，两种外加剂的总减水率远远大于高效减水剂与缓凝剂单独使用的减水率之和。

并且缓凝剂与高效减水剂复合使用时，也可以显著减小混凝土拌合物的坍落度经时损失。

（2）缓凝剂与高效减水剂复合使用时，存在协同缓凝作用。

尤其是在水灰比不变时，与单掺缓凝剂相比，缓凝剂与高效减水剂复合使用使初凝和终凝时间都进一步延长。

如果保持坍落度相同，则由于缓凝剂与高效减水剂复合使用时的辅助塑化效应，会降低水灰比，此时的凝结时间变化需通过具体试验确定。

萘系高效减水剂掺量（质量分数）为0.8%，葡萄糖酸钠掺量为0.05%。

（3）高效减水剂或缓凝剂与硫铝酸盐型膨胀剂复合使用时，都会降低膨胀剂的有效膨胀能。

这是由于缓凝剂或高效减水剂的掺加加速了钙矾石的形成，使在硬化后期生成的钙矾石数量相对减少，导致膨胀效能下降。

因此，高效减水剂或缓凝剂与膨胀剂复合使用时，需适当加大膨胀剂的用量。

（4）当高效减水剂、缓凝剂与膨胀剂三元复合时，复掺高效减水剂增大了游离水量，使水泥和膨胀剂的水化充分进行，而缓凝剂的掺入延长凝结时间，特别是高效减水剂与缓凝剂的复合协同效应使缓凝作用大大增强。

这样，混凝土拌合物塑性阶段时间延长，此阶段膨胀剂的无效膨胀增多，而混凝土硬化后的有效膨胀降低。

因此，要达到相同的膨胀效果，应加大膨胀剂用量。

此外，还应通过试验确定三者之间的匹配性，避免复合外加剂复掺产生的协同效应引起混凝土长时间不凝、膨胀效能降低、强度下降等负面影响。

施工养护：

延缓混凝土降温速度

（1）选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开在炎热天气浇筑。

（2）掺加相应的缓凝型减水剂。

（3）大体积混凝土浇筑后为了减少升温阶段内外温差，防止产生裂缝，应给予正当的保温养护和潮湿养护。

对混凝土进行保温、保湿养护，可使混凝土水化热降温速度延缓，减少结构内外温差，防止产生过大的温度应力和温度裂缝。

（4）采用长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

（5）合理安排施工工序，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大。

在结构完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。

（6）加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制。

随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基础表面温度与底面温度均控制在20℃以内。

及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至过大。

改进混凝土施工工艺：

（1）原材料降温，为了防止太阳直接照射，在砂石堆场搭设遮阳棚。

将矿场石子利用井水连续浇水.。

（2）严格控制混凝土入模温度，大体积混凝土最好选在春秋季施工，如果确需在夏季高温施工，浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接爆晒。

混凝土拌制前应保证水泥库通风良好，并对碎石洒水降温，自来水预先放入地下蓄水池中降温。

对混凝土运输机具进行保温防晒等措施，控制混凝土的入模温度在25℃以内。

如果在低温季节施工，混凝土的入模温度不宜低于10℃。

拌合混凝土时，可根据当时的气温变化，调整拌制用水温度，如采用热水拌制，水温不应高于80℃。

（3）控制混凝土浇筑温度，紧密配合施工进度，确保混凝土连续均匀供应。

混凝土输送管外壁四周用麻袋包裹．并在其上覆盖草包并淋水、降温，防止混凝土在输送过程中引起温度升高。

采取分层均匀浇筑，错开层与层之间浇筑推进时间以利下层混凝土散热。

由于泵送混凝土浆体相对较多，在浇筑平整后用直尺刮均匀，避免浆体集中积聚。

（4）控制浇捣工艺，根据泵送大体积混凝土的特点，采取薄层浇灌，合理分层（30cm左右）。

采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的施工方法。

为提高混凝土的极限抗拉强度，防止混凝土沉落而出现裂缝，减少内部微裂，提高混凝土密度，还采取混凝土密实度二次振捣法。

（5）混凝土浇注过程中，如混凝土表面有泌水应及时清除。

加强浇筑后的养护：

（1）蓄热法苫盖养护。

、早期养护，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受温度变形的。

侵袭，防止有害的冷缩和干缩；另一方面使水泥水化作用顺利进行，从而达到设计要求和抗裂拉力。

采用“蓄热法”进行早期养护是一种好的方法，用塑料膜作为密封层，塑料布间用胶带封口，搭接严密，防止混凝土热量散发，封住水分，保证塑料布内有凝结水。

中间铺设两层土工布，洒水浸透，最上一层用塑料薄膜覆盖压住。

在混凝土的终凝前利用混凝土的水化蒸发水达到养护目的。

混凝土浇筑5—7天后，混凝土处于开始降温状态，揭去薄膜层，仅留一层土工布。

在混凝土结构上侧两边缘采用25mm塑料管，再隔200—300mm钻lmm左右水孔，临时挂在外露拉条筋上，对混凝土进行保湿养护，养护不得少于14天。

（2）蓄水养护。

采用蓄水法保温养护，在混凝土施工期间可通入冷却循环水，以便加快大体积混凝土内部热量的散发。

如采用内散外蓄综合养护措施，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，对超厚大体积混凝土施工尤其适用。

四、当缓凝剂与高效减水剂复合使用时具有那些协同效应？

针对各个协同效应，阐述在实际应用过程中应注意的事项。

（17）

答：

所谓协同缓凝效应，即是指无缓凝所用或缓凝作用很小的高效减水剂与缓凝剂复合使用时，总的缓凝效果远大于单独使用缓凝剂所产生的缓凝效果。

（1）固定水灰比时，高效减水剂的掺入使缓凝剂对水泥浆体及混凝土的缓凝效果都明显增强，并随减水剂掺量增加而增大，存在显著的协同缓凝效应；

（2）水灰比是影响凝结时间的重要因素，标准稠度水泥净浆的凝结时间与固定水灰比水泥净浆相比明显缩短，缓凝剂与高效减水剂复合使用的协同缓凝效应显著降低；

（3）氨基磺酸盐高效减水剂由于其自身具有一定缓凝性，因此与缓凝剂复合时的协同缓凝效应最显著。

缓凝剂与高效减水剂复合使用可以减少混凝土的坍落度损失。

混凝土中掺加缓凝剂，往往也能达到节省水泥用量的目的。

商品混凝土和泵送混凝土的实现有赖于缓凝剂和缓凝减水剂的应用，目的在于有效地控制混凝土坍落度损失以及混凝土的凝结时间，保证混凝土具有优良的施工性能和均匀稳定的质量。

2．夏季高温施工混凝土，尤其是泵送混凝土施工更易受到以上因素的影响造成泵送困难，甚至堵泵。

使用缓凝剂和缓凝减水剂是解决混凝土坍落度损失过快的一种有效的方法。

3．在多年的大体积混凝土通过缓凝剂、缓凝减水剂的使用来延长水化时间，避免水化热的集中释放，降低温度峰值，同时辅以外部保温措施，就可以达到预期目的。

①根据使用目的和使用温度选择缓凝减水剂，由于羟基羧酸及其盐在高温时对硅酸三钙水化反应的抑制程度明显减弱，因而高温时缓凝效果降低，必须加大掺量。

而醇、酮、酯类缓凝剂对硅酸三钙水化反应的抑制程度受温度变化影响小，掺量不可随意变动。

缓凝减水剂随气温降低，其缓凝时间都将明显延长，所以冬季施工条件下不宜单独使用缓凝剂或缓凝减水剂，必须使用时掺量应慎重选取，并需经试验确定。

另外，缓凝剂或缓凝减水剂不宜用于蒸养混凝土。

②根据对缓凝时间的要求选择缓凝剂在缓凝减水剂中，木质素磺酸盐类具有引气性，超量掺加将引起混凝土后期强度的降低。

糖蜜类缓凝减水剂不引气，但缓凝作用明显，超量掺加也会引起混凝土后期强度增长缓③通过试验确定合适掺量使用缓凝剂或缓凝减水剂时，掺量应事先经混凝土试验确定，计量必须准确，超量掺加1—2倍使用将会使混凝土长时间不凝固，若引气量很大时，甚至会严重降低混凝土强度，造成事故。

④缓凝减水剂使用前应进行水泥适应性试验。

五、阐述喷射混凝土容易出现的工程质量事故以及施工中应注意的事项；简述速凝剂发展方向。

（20）

答：

在喷射混凝土施工中,由干配合比、施工条件、操作人员的熟练程度等原因,产生堵管和质量事故是不可忽视的,它直接影响工程质量和工程进度。

喷射混凝土的质量事故有空壳、塌落、收缩裂缝厚度等。

1.喷射混凝土施工中出现空壳现象的原因在于喷射前受喷面上的粉尘未清洗干净,致使混凝上与围岩的粘结脱节,水灰比过小,使混凝土中夹裹了干粉层。

对于喷锚支护,由于钢筋网间距过小,使回弹过大,特别在钢筋网焊接头处,由于喷射角度掌握不佳,常常出现空壳。

为了防止喷射混凝土和围岩粘结发生空壳现象,喷射前应将喷射面用高压水冲洗干净,使混凝土与围岩粘结密贴,防止中间夹层。

同时操作人员应及时调正水灰比,防止从喷枪中喷出时干时湿的混凝土,水灰比应以0.45~0.5为宜。

在喷锚支护中钢筋网间距以20cmX20cm为宜,钢筋焊接头处不能垂直喷射,喷射时应以45°一60°角喷射为宜。

对于检查喷射后的混凝土是否有空壳现象,一般采用铁锤敲击,以声音来辨别是否有空壳,如有空壳,应及时敲下,重新喷射。

2.喷射混凝土施工中出现塌落的原因在于被喷面围岩整体光滑;喷面上未清洗干净,喷射程序错误;一次喷射厚度过大,喷射问隔时间过小,速凝剂用量过小或失效,水灰比过大,砂石料含泥量过大等。

为了防止喷射混凝土塌落,喷射前应对被喷面进行高压水冲洗,同时对整体光滑面凿毛。

喷射时应先下后上逐步进行,喷射厚度应根据不同位置确定。

速凝剂用量应为水泥用量的2%~3%,超过3%效果不一定最佳,同时速凝剂应保持新鲜。

新鲜速凝剂应是洁白晶体,如速凝剂呈水红色,应烘烤后再用或不用。

水灰比宜调正为0.45~0.5。

砂石料在喷射前应清洗干净,含泥量应在2%以下。

3.喷射混凝土出现收缩裂缝的原因在于混凝土与岩石紧密粘结受到岩石约束,混凝土本身收缩导致内部拉应力产生。

其次喷射混凝土中细骨料成分较多,单位体积内水泥用量增多。

第三喷射混凝土中含有速凝剂,使未充分水化的水泥使混凝土的收缩变形加大。

因此加强养护,可以克服速凝剂带来的不利因素,减少混凝土的收缩变形。

在喷射后1~2h即进行浇水养护,浇水养护时间应不少于14d。

第一昼夜浇水间隔时间不应超过2h,第二、三昼夜每次浇水时间不应超过3h,从第四天起每昼夜均匀浇水养护不少于6次。

从而克服速凝剂和其它因素带来的不利因素,使混凝土失水现象减弱,同时应严格控制水泥用量,减少混凝土的收缩裂缝。

4.厚度。

喷射混凝土无论作临时支护或永久支护,根据设计要求必须达到一定的厚度。

由于一已洞开挖并不是很规则再加上喷射时无论人工或机械手掌握枪头,厚度均难以保证。

支撑不了围岩变形而塌落或由于喷射混凝土厚度超过设计要求,增加了工程造价。

为了使喷射混凝土厚度符合设计要求,必须采取相应的措施。

在开挖时尽可能采用,光面爆破,使毛洞尽量达到不欠不超,同时在毛洞岩壁大根据设计要求作出相应的标志,使工人在喷射时心中有数。

另一方面,在喷射后检查厚度,可使用铁道部科学研究院铁建所研制的C一1微测探仪。

速凝剂发展方向：

为提高喷射混凝土的施工性能和质量、克服碱骨料反应的发生、方便施工减少污染和对人体的伤害，低碱或无碱性是今后速凝剂的发展方向。

为了降低喷射混凝土28d强度损失率，减少回弹率，减少粉尘，可将高效减水剂与速凝剂复合使用，所以液态复合试剂也是发展其发展方向。