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冬季施工,也要了解一些传质学 精选

已有 4936 次阅读 2022-11-3 12:51 |系统分类:论文交流


一个学员问了我一个问题:混凝土出机状态很好,到现场入模状态也很好,但施工完毕准备养护,发现表面泌了一层水,这让他无所适从,感觉很困惑,不知从何处下手处理,问我从混凝土配合比或材料上如何调整。这是绝大多数技术人员都会遇到的的困惑,其实我也一样,我问了他几个问题:第一,项目地点在哪里?第二,当地环境温度如何?第三,以前是否也经常这样?第四,配合比以及材料是否发生了变化?

他回答我说当地气温偏低,也是11月份,晚上10℃以内,以前没有过这种情况,只是最近这段时间才这样,材料没有更换,配比没有动,外加剂比往常多用了0.2%。我问为什么要多加外加剂,他回答说不这样出机状态很不好,流动性很差,但这样的后果就是能干活了,但后置泌水。

我跟他讲,搅拌时间延长15s试一下,外加剂不要超掺,看看效果。两天后给我电话,说好了,不再有这种情况,他问为什么会这样?这就需要了解些热力学、传质学相关理论,理论是指导实践的基础,没有理论的实践或是经验都是无源之水,同样,没有实践的理论也只是空中楼阁,空对空。

外加剂在混凝土搅拌中和硬化前一直发生着两个过程:传热与传质!任何液态混合物,最终要达到温度和浓度的平衡,这是一个物理现象。

 图片1.png

1 分子的扩散与平衡

我在以前的文章里专门讲了传热学的应用与启示。今天也再了解下传质学!

分子传质,也称分子扩散,简称扩散,是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。扩散与温度有关,是质量传递的一种基本方式,是在浓度差或其他推动力的作用下,由于分子、原子等的热运动所引起的物质在空间的迁移现象。以浓度差为推动力的扩散,即物质组分从高浓度区向低浓度区的迁移,是自然界和工程上最普遍的扩散现象;以温度差为推动力的扩散称为热扩散;在电场、磁场等外力作用下发生的扩散,则称为强制扩散。

在两组分混合物中,给定组分A的热扩散通量用下式表示:

 

 图片2.1.png

式中,

图片2.2.png

 为热扩散系数T为绝对温度;ρ为流体密度。

液体物质的扩散系数值可以从斯托克斯方程——爱因斯坦方程可以推导出为,

DT1/ DT2 = T1/T2 x μT2T1

这里

D 液体物质的扩散系数,m2/s

T1 以开尔文表示的绝对温度的初始值K

T2 以开尔文表示的绝对温度的最终值K

μ液体帕斯卡秒的溶剂的动态粘度Pa·s

从图2,可以直观看到不同物质溶液化合物中,温度对扩散系数的影响。

 

图片2.png 

2 不同溶液扩散系数与温度关系

扩散系数是取决于温度的物理量常数。可见,扩散系数与温度的关系是成正比的,即温度也逐渐升高,扩散系数越大,反之亦然

从分子热运动的角度也可以很好的理解,分子温度高,热运动加强,温度低则热运动减弱

如此一来,环境温度的降低,导致外加剂在混凝土中活性降低、扩散变慢,自然如果不加量,混凝土的工作状态变差,为了保障强度没有加水,但到了现场浇筑完毕,外加剂逐步扩散,发挥了作用,产生了滞后泌水。延长搅拌时间的作用就是加强搅拌、强制扩散,人为加快了外加剂的分散,这也是冬季施工必须延长搅拌时间的理论基础!

无独有偶,又一个学员发微信给我,遇到了不可思议的问题!

每天开工,白天的混凝土必须加5kg水才能出来状态,而到晚上,回归正常,就不用加水了,状态稳定了,问我什么原因。这个也很难理解,虽然我一直在处理疑难杂症,积累了很多经验,但也总会遇到新的难解之谜!当然这也是混凝土的魅力所在。

自然,我首先要了解必要的背景信息,就像我很多时候必须去现场一样,以了解背后的可能被大家忽略的细节——而这往往是关键线索,就像破案。

首先,了解搅拌站地点在哪里,气候环境如何,这种现象是偶然的还是经常如此,材料有无变化。施工季节也是低温时段,反馈的信息是这种现象这段时间一直如此!首先排除偶然,不具备重复性的现象多是偶然因素引发,很难判断,经常性的就有规律性,就有了内在因果关系!排除了偶然,再找内在逻辑关系!

我问他,你的减水剂储罐放在哪里?他说是露天的,也没有保温,就如图3!那好了,问题就该在这里!

 图片3.png

3 露天的外加剂储罐

夜里温度很低,外加剂冻了一夜,温度很低,早上开机使用,活性不足,只能加水才能出效果。白天外加剂罐被晒了一整天,温度提升了,晚上搅拌混凝土,外加剂活性提高了,就不用再加水了,我建议他一定把储罐加外保温和加热,如果放在室内更好。

 图片4.png

4 外加剂进行外保温

 图片5.png

5 外加剂储罐在室内加热保温

等进行了相关的保温处理,问题得到了很好的解决,没有再发生这种现象,由于外加剂和用水用量都没有再提升,没有再发生质量波动,成本控制住了、质量稳定了!

任何现象的发生都有其内在机理和逻辑关系,不要总是盯着原材料和配比,当然这是个质量保障的基础,更多要以宽阔的视野,跳出混凝土来看混凝土,才能更好地做好混凝土,保障质量!




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