CN114227914B - 一种控制预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法，预拌混凝土中各种原材料对亚甲蓝粉末吸附量不同，试验得到预拌混凝土中除外加剂外各原材料的亚甲蓝值，获得每千克亚甲蓝粉末所对应聚羧酸系外加剂的固体含量，在已知所用聚羧酸系外加剂的固含量时，利用增加的亚甲蓝粉末量计算出需要增加的聚羧酸系外加剂掺量，以使得现场质量操作人员可以据此调整混凝土配合比的聚羧酸系外加剂用量。本发明是根据原材料亚甲蓝值的变化调整外加剂的掺量，能够使出厂的商品混凝土质量更加稳定，该方法适用性、适应性强、操作简单，极大地提高出厂商品混凝土的质量稳定性，可以推广应用到商品混凝土的日常质量控制中。
Description
技术领域
本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的简易方法。
背景技术
混凝土拌合物中聚羧酸系外加剂对单位用水量的敏感性以及砂、石等原材料品质的波动总会给生产企业的技术质量管理人员带来很多困扰，因为水胶比基本决定了混凝土的抗压强度，控制真实用水量是控制混凝土质量的有力手段；这就决定了我们平时控制混凝土质量的方法是以调整外加剂掺量为主，而多年来我们都是以“经验”或“试验”以及不怎么相关的一些原材料检测指标在指导外加剂掺量的调整，大多数时候真实用水量都搞不清楚，那么外加剂的适宜掺量就只能凭“经验”了也就是看混凝土的状态来调整，这多少有些滞后，很多时候调整的并不到位，调整好了，混凝土的坍落度损失还是比较大。
不同种类的砂品质相差较大，随着资源的紧张，不仅是黄砂，商品混凝土中的其他原材料的质量也是处于一个动态的变化中，包括：石子、粉煤灰等等。面对如此复杂的原材料状况，往往让我们的质量监控人员无所适从。尤其是砂石等原材料品质波动较大时，怎样及时调整外加剂掺量，使出厂混凝土拌合物的工作性始终处于受控状态，确保出厂商品混凝土拌合物的质量。现有技术中外加剂的添加都是凭经验进行，外加剂的厂家的建议掺量本身就是一个很大的范围，根本无法为实际混凝土生产过程中产品的质量控制服务。
发明内容
本发明通过大量实践经验对影响外加剂掺量变化的各因素进行分析比对，克服现有技术中存在的不足，找到影响预拌混凝土中聚羧酸系外加剂掺量的主要因素为原材料对外加剂的吸附作用。本发明的计算方法根据原材料的变化调整外加剂的掺量，能够做到在减少质量工作人员工作量的同时使出厂的商品混凝土质量更加稳定。
为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：
一种调整预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法，在预拌混凝土中各种原材料对亚甲蓝粉末吸附量不同，试验得到预拌混凝土中除聚羧酸系外加剂外各原材料的亚甲蓝值，获得每千克亚甲蓝粉末所对应聚羧酸系外加剂的固体含量为0.16～0.24千克，在已知所用聚羧酸系外加剂的固含量时，利用增加的亚甲蓝粉末量计算出需要增加的聚羧酸系外加剂的掺量，以使得现场质量操作人员据此调整聚羧酸系外加剂的用量。
在本发明调整预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法中，该方法包括有如下步骤：
第一步，测定预拌混凝土中各种原材料的亚甲蓝值，亚甲蓝值代表每千克该种原材料出现色晕所消耗的亚甲蓝粉末的克数；
第二步，当原材料有变化时得到前后的亚甲蓝值之差，乘以相应的材料用量，得到因该种原材料变化引起的亚甲蓝粉末量的变化量，不同品种混凝土原材料对应的亚甲蓝值范围如下:
第三步，根据原材料亚甲蓝值的变化量计算聚羧酸系外加剂用量的变化量，如下公式所示：
M总＝∑(ΔMBi×mi)/1000 (1)
M外固＝M总×α (2)
W外＝M外含/a (3)
式中，M总为所有原材料消耗亚甲蓝粉末的总变化量，单位为Kg；
ΔMBi为配合比中各原材料MB值的变化量，MB值为亚甲蓝值，单位为g/Kg；
mi为配合比中各原材料的对应质量，单位为Kg；
M外固为聚羧酸系外加剂固含调整量，单位为Kg；
α为亚加蓝粉末与聚羧酸系外加剂固含的转换系数，其经验值为0.16～0.24，
W外为聚羧酸系外加剂调整量，单位为Kg；
a为聚羧酸外加剂固含量；
第四步，现场质量操作人员在已知所用聚羧酸系外加剂的固含量时，利用原材料亚甲蓝值的变化计算出需要增加或减少的外加剂质量，据此调整混凝土配合比中聚羧酸系外加剂用量。
在本发明调整预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法中，所述第一步中，各原材料亚甲蓝值代表该种原材料每千克干物料出现色晕所需的亚甲蓝粉末的克数，将亚甲蓝值乘以每立方米相应物料的材料用量，得到每立方米此种物料所对应的总的亚甲蓝粉末量，进而得到不同原材料对应亚甲蓝粉末的变化量。
在本发明调整预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法中，所述第一步中，测定各原材料的亚甲蓝值的过程如下：首先称取干的原材料样品，加入蒸馏水或自来水搅拌，然后再加入亚甲蓝溶液进行搅拌，分次加入亚甲蓝溶液并搅拌后蘸取测试，直到出现色晕后继续搅拌一分钟后不消失，得到所加入亚甲蓝溶液的总量，计算得到该原材料的亚甲蓝值。
基于上述技术方案，本发明的方法与现有技术相比具有如下技术优点：
1.本发明采用亚甲蓝吸附方法表征原材料吸附能力，并建立亚甲蓝消耗量变化和外加剂掺量变化之间的关系，本方法中所述各种原材料的亚甲蓝值的试验方法，以及亚甲蓝粉末与聚羧酸系外加剂固含量的对应关系，提出了原材料变化后外加剂掺量变化的量化公式，可以作为日常控制预拌混凝土聚羧酸系外加剂适宜掺量调整，使出厂的商品混凝土质量更加稳定。
2.本发明在大量的实践操作过程中发现影响外加剂掺量的几大因素，并对其进行了影响性质和影响比例的划分，形成了一套切实有效的操作方式。可以让经验不足的当班人员也可以像有经验的当班人员一样得心应手的去调整外加剂的掺量。
具体实施方式
下面我们结合具体的实施例来对本发明控制预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其操作过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。
对于混凝土而言，混凝土中的外加剂最优掺量时对应的状态具有较好的和易性及流动性。此时，在配合比设计比较理想以及一定的原材料质量的前提下，混凝土的比较好的状态会随着以下的一些情况发生变化如下表所示：
表1用水量和外加剂量变化对性能影响
随着原材料质量的变化，外加剂是有一个适宜掺量的范围的，外加剂的掺量在此范围内，再加上用水量合适，混凝土的质量(状态、抗压强度等)就有保证。
在配置混凝土过程中，泥即我们平时所说的粘土，它的主要成分是二氧化硅、三氧化二铝及结晶水及少量碱金属。其矿物组成主要是含水铝硅酸盐，矿物类型为高岭土类，蒙脱石类和伊利石类三种。其中，蒙脱石晶层间有可交换阳离子，钙，镁，钠等。其与晶层间通过静电引力连接，连接力较弱易被置换。水和其它极性分子能够渗入结构单元层之间，并引起晶格沿纵轴方向的膨胀。外加剂的大分子结构也会被吸附其中，而无法发挥作用。因此，主要要判断含泥量中的蒙脱石类矿物的量的含量。这样的“泥”才是导致外加剂掺量增加的根本原因。
亚甲蓝可以表征原材料吸附能力，原材料吸附能力和聚羧酸减水剂吸附分散作用产生竞争。亚甲蓝值能够反映出原材料含泥量，尤其是以蒙脱石类矿物为主的泥，而泥对外加剂的吸附性作用，与亚甲蓝相仿，在原材料的亚甲蓝值的大小与外加剂的用量之间建立一定的关联，为外加剂掺量的调整起到一定的辅助作用。
在本发明的外加剂适宜掺量实现方法中，各种材料的亚甲蓝值的试验方法可与建设用砂GB14684-2011以及行标普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ 52-2006中规定相同，唯一不同的是不需要过筛，取样要有代表性即可，试验样品的质量不一定是200g，为了快速得到结果，有时可以估计含水率用湿样品直接做，亚甲蓝溶液也可以用质量法称量，还有就是建议人工搅拌，节约时间的同时试验准确度也不低，大量试验表明因为机器搅拌时搅拌容器底部四周的物料未得到充分的搅拌而使检测出的亚甲蓝值偏小，最后的结果计算也与标准一致。即出色晕后继续搅拌一分钟后不消失。试验中所加入的亚甲蓝溶液的总体积(ml)除以干式样的质量(g)后乘以10，得到此种材料的亚甲蓝值。该亚甲蓝值代表每千克此种原材料出现色晕所消耗的亚甲蓝粉末的质量为多少克。如果将亚甲蓝换成外加剂，即代表每千克此种原材料使聚羧酸系外加剂发挥出作用的掺量为多少克。
用本发明亚甲蓝值的试验方法对多种不同的原材料进行亚甲蓝值的检测，得到各种原材料亚甲蓝值的范围大致如下表所示。
表2原材料亚甲蓝值的范围
通过对十几种砂石材料的实际应用，发现亚甲蓝值高的同样外加剂的需求量也大。可见用亚甲蓝值表征原材料对外加剂的吸附作用是可行的，通过理论分析和实际的应用都说明了它比含泥量更具有实际的应用意义。在平时的生产过程中的砂石等原材料的质量控制，大多数拌站以经验或含泥量为主要控制目标进行控制。在生产中控制混凝土配合比外加剂掺量时，就以亚甲蓝值高的要多加外加剂，亚甲蓝值低的就减少外加剂用量。发明人经过多年的实践操作，逐步掌握了亚甲蓝值的变化与外加剂用量的改变大致的对应关系，如下面公式所示。
M总＝∑(ΔMBi×mi)/1000
M外固＝M总×α
W外＝M外含/a
式中，M总为所有原材料消耗亚甲蓝粉末的总变化量单位为Kg；
ΔMBi为配合比中各原材料MB值的变化量单位为g/Kg；
mi为配合比中各原材料对应质量单位为Kg；
M外固为外加剂固含调整量单位为Kg；
α为亚加蓝粉末变化量对应外加剂固含变化量的转换系数，经验值为0.2左右，
W外为外加剂变化量单位为Kg；
a为聚羧酸外加剂含固量；
亚甲蓝值代表每千克物料出现色晕所需的亚甲蓝粉末的克数，所有材料的亚甲蓝值的变化乘以相应的材料量，可以得到此种材料的总的亚甲蓝粉末量的变化，所有原材料亚甲蓝值的变化得到配合比所有材料总的亚甲蓝粉末量的变化，正值代表吸附性增加需要提高外加剂掺量，负值代表吸附性减弱需要适当降低外加剂掺量，得到亚甲蓝粉末的变化量与外加剂掺量的变化量之间的关系，我们就可以利用总亚甲蓝粉末的变化量来计算外加剂的调整量。
发明人应用本发明方法通过大量的实际商品混凝土质量控制经验中得出每千克亚甲蓝粉末所消耗的外加剂(按有效固含量计算)为0.20千克左右(一般为0.16～0.24千克，该值的大小代表敏感性，即调整的充分程度的大小)。如果已知所用聚羧酸外加剂的固含量，就能利用增加的亚甲蓝值推算出需要增加的外加剂的掺量，并以此给质量控制人员一个调整外加剂用量的依据是有现实意义的，因为平时亚甲蓝值变化大部分集中在砂石原材料的变化，亚甲蓝值试验快速、简单，调整有效程度高，大量试验证实了其实用性。
下面我们以两种混凝土的应用案例来阐述其应用方法。
实施例1
本实施例中是以C30混凝土的配合比在原材料变化后如何确定外加剂掺量变化量的应用实例。
C30混凝土配合比及亚甲蓝值计算：
表3C30混凝土配合比和亚甲蓝值
依照本发明专利的计算公式计算如下：
M总＝∑(ΔMBi×mi)/1000＝(0.1*312+0.5*465+0.1*300)/1000＝0.2937Kg
M外固＝M总×α＝0.2937*0.2＝0.05874Kg
所使用的聚羧酸系外加剂的有效固含量为12％，可以得到外加剂掺量的变化量为：
W外＝M外含/a＝0.05874/0.12＝0.4895Kg
最后计算原材料变化后配合比外加剂用量＝6.81+0.4895＝7.3Kg
通过小试试拌，得到初始及原材料变化后C30混凝土性能如下：
| C30 | 坍落度 | 扩展度 | 和易性 | 28天抗压强度 |
| 初始 | 205mm | 440*450mm | 良好 | 37.1Mpa |
| 变化 | 210mm | 450*460mm | 良好 | 37.5Mpa |
此案例中，初始与变化的混凝土试拌小样的状态、性能及抗压强度基本接近，说明按本发明的方法计算混凝土配合比外加剂掺量调整量准确性较高。
实施例2
本实施例是另外以一个C50的混凝土配合比为例来阐述本发明专利的应用：
表4C50混凝土配合比和亚甲蓝值
依照本发明专利的计算公式计算如下：
M总＝∑(ΔMBi×mi)/1000＝(0.1*1010-0.1*725)/1000＝0.282Kg
M外固＝M总×α＝0.282*0.2＝0.0564Kg
所使用的聚羧酸系外加剂的有效固含量为18％，可以得到：
W外＝M外含/a＝0.0564/0.18＝0.3133
最后计算原材料变化后配合比外加剂用量＝5.8+0.3133＝6.113Kg，通过小试试拌，得到调整C50混凝土性能如下：
| C50 | 坍落度 | 扩展度 | 和易性 | 28天抗压强度 |
| 初始 | 225mm | 520*520mm | 良好 | 58.9Mpa |
| 变化 | 220mm | 510*520mm | 良好 | 59.1Mpa |
以上案例中，初始与变化的混凝土试拌小样的状态、性能及抗压强度基本接近，说明按本发明的方法计算混凝土配合比外加剂调整量准确性较高。
本发明通过提供计算混凝土配合比中聚羧酸系外加剂变化量的公式，可以大致对使用聚羧酸系外加剂的一般强度等级的商品混凝土配合比，针对生产过程中原材料质量的变化，推算出配合比中所使用的外加剂的用量的变化，本发明应用在控制调整混凝土配合比外加剂掺量中，简化了复杂、耗时的原材料试验项目，使出厂商品混凝土的质量的稳定性得到了一定的提升，实践证明了它的实用性。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。
Claims (4)
1.一种控制预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法，其特征在于，预拌混凝土中各种原材料对亚甲蓝粉末吸附量不同，试验得到预拌混凝土中除聚羧酸系外加剂外各原材料的亚甲蓝值，获得每千克亚甲蓝粉末所对应聚羧酸系外加剂的固体含量为0.16～0.24千克，在已知所用聚羧酸系外加剂的固含量时，利用增加的亚甲蓝粉末量计算出需要增加的聚羧酸系外加剂的掺量，根据原材料亚甲蓝值的变化量计算聚羧酸系外加剂用量的变化量，如下公式所示：
M总＝∑(ΔMBi×mi)/1000 (1)
M外固＝M总×α (2)
W外＝M外含/a (3)
式中，M总为所有原材料消耗亚甲蓝粉末的总变化量，单位为Kg；
ΔMBi为配合比中各原材料MB值的变化量，MB值为亚甲蓝值，单位为g/Kg；
mi为配合比中各原材料的对应质量，单位为Kg；
M外固为聚羧酸系外加剂固含调整量，单位为Kg；
α为亚加蓝粉末与聚羧酸系外加剂固含的转换系数，其经验值为0.16～0.24，
W外为聚羧酸系外加剂调整量，单位为Kg；
a为聚羧酸外加剂固含量；
以使得现场质量操作人员据此调整聚羧酸系外加剂的用量。
2.根据权利要求1所述的一种控制预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法，其特征在于，该方法包括有如下步骤：
第一步，测定预拌混凝土中各种原材料的亚甲蓝值，亚甲蓝值代表每千克该种原材料出现色晕所消耗的亚甲蓝粉末的克数；
第二步，当原材料有变化时得到前后的亚甲蓝值之差，乘以相应的材料用量，得到因该种原材料变化引起的亚甲蓝粉末量的变化量，不同品种混凝土原材料对应的亚甲蓝值范围如下:
第三步，根据原材料亚甲蓝值的变化量计算聚羧酸系外加剂用量的变化量；
第四步，现场质量操作人员在已知所用聚羧酸系外加剂的固含量时，利用原材料亚甲蓝值的变化计算出需要增加或减少的外加剂质量，据此调整混凝土配合比中聚羧酸系外加剂用量。
3.根据权利要求2所述的一种控制预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法，其特征在于，所述第一步中，各原材料亚甲蓝值代表该种原材料每千克干物料出现色晕所需的亚甲蓝粉末的克数，将亚甲蓝值乘以每立方米相应物料的材料用量，得到每立方米此种物料所对应的总的亚甲蓝粉末量，进而得到不同原材料对应亚甲蓝粉末的变化量。
4.根据权利要求3所述的一种控制预拌混凝土中聚羧酸系外加剂适宜掺量的方法，其特征在于，所述第一步中，测定各原材料的亚甲蓝值的过程如下：首先称取干的原材料样品，加入蒸馏水或自来水搅拌，然后再加入亚甲蓝溶液进行搅拌，分次加入亚甲蓝溶液并搅拌后蘸取测试，直到出现色晕后继续搅拌一分钟后不消失，得到所加入亚甲蓝溶液的总量，计算得到该原材料的亚甲蓝值。
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