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二次微商法计算混凝土外加剂中氯离子百分含量实例(3)

发布日期:2016-06-12 |
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   由上所述,析晶发生后,由于不确定数量的成分转变成固相,首先引起外加剂有效成分、匀质性和对混凝土的作用性能直接发生了变化;其次,析出的结晶体与混晶物在储存、运输、使用计量等环节上,因堵塞又会诱发一系列的次生技术故障,这两项的后果均会影响到冬季外加剂使用的准确性和安全性。因此,有必要采取有效措施,对低浓萘系母料及其衍生复配产品进行抗晶设防。

三、抗晶设防的不同技术方案及比较
   据笔者对沪苏浙地区的抗晶设防技术方案的调研,总结了几种实用方案。
   方案一:在需抗晶设防的时间段内,切换萘系母料品种,改低浓为高浓,将致晶主体硫酸钠的含量,彻底地降至年度气候最低温度时的饱和溶解度,即临界结晶点以下,从根本上消解结晶生成的条件。
   如:某高浓型粉剂 Na 2 SO 4 含量为 4.2 %、水分 8.0 %、每吨冬季外加剂母料液溶有 340kg 高浓型粉剂,溶液中 Na 2 SO 4 · 10H 2 O 的浓度为 4.84g 。此全高浓母料水剂可以做到在 4 ℃ 无结晶析出;其衍生复配产品 ( 高浓母料水剂吨掺量 73 0 ㎏ ) -3 ℃ 仍无结晶析出。两者的析晶点较理论值低许多,原因是因为上文引用的溶解度常数为纯十水硫酸钠的饱和溶解度,而实际中,在二元盐 ( 萘磺酸甲醛缩合物盐与硫酸钠 ) 、多元盐的共存条件下,混合结晶点 ( 温度 ) 会降低。
   方案的优点:①低碱。以该高浓母料衍生复配的冬季型泵送剂, C30 混凝土粉料总量 41 0 ㎏ / m 3 ,泵送剂掺比 1.2 %,母料落入的总碱量仅为 22.4g -Na 2 O / m 3 ,无碱骨料反应之虞。②安全可靠。笔者认为,由于切换高浓母料方案系在原料的源头、一劳永逸地根除消解了生成结晶的充分必要条件,因此是目前最为安全的方案,即使是在产、运、储、计量链发生电气或机械故障甚至停电时,也不会因加热、打回流中断而失防。因此,是一个治本的抗晶设防技术方案。
  方案的缺点:价昂。高浓萘系工艺,系用钠 - 钙二元碱中和过量的硫酸,并将其大部分转化为溶解度很低的二水石膏 Na 2 SO 4 · 2H 2 O( 100 ℃ 、 20 ℃ 时的饱和溶解度分别为 0.22g 和 0.24g ) ,再利用 固 - 液分离设备将其与成品 ( 溶液 ) 分离开来。由于被分离的二水石膏的形态为极微细的粉体,具有较高的表面能和很强的吸附性,排出的二水石膏湿滤泥因吸附效应,要带走约 15 ~ 25 % ( 占湿泥重 ) 的成品萘磺酸甲醛缩合物,因此,其料损远高于低浓产品。以等效费比衡量,用高浓母料取代低浓母料的抗晶设防技术方案,成本约需增加 8 %~ 10 %,即 140 元/ 吨~ 175 元/吨。而且,原料生产工艺还有固体废弃物滤泥排出,这是个令高浓母料生产厂头疼不已的环保问题,且迄今未有满意的处理解决办法。

方案二:机械轧晶、破晶方案。
   机械轧晶、破晶方案的机理与设备配置,集中体现于“抗结晶储罐”,这是流行于沪苏浙地区搅拌站的一种方法式。其罐的关键结构为:底出阀管径增至 1.5 寸以上,阀下设一个功率约 5kW 的齿轮泵 ( 相当于在管路中安装了 1 台辊齿式破碎机 ) ,回流返罐管的入口设在淤积线以上约 400mm 处,并以切线方向进入。设计的创意在于:借助高于离心泵的负压与泵吸力,冬季将有害的晶须、晶针裹夹于“打回流”的液流中,混同抽入泵腔,借助泵腔内啮合旋转的齿轮将结晶体轧破、轧碎成极微细的小粒,其颗粒尺寸小到可以无障碍地通过管、泵、阀与计量器;而切线进入的液流又可在罐体内形成强力的涡流,得以顶托晶须、晶针,助其呈悬混状态,液体、固体一并吸入齿轮泵;罐内的强力涡流还可限制晶体的发育接延,以维持住晶体的小尺寸。机械破晶方案,需在 1 天内不时地 ( 间隔要短 ) 启动泵打循环回流,用动态来维持和巩固其破晶、碎晶的条件,以达到抗结晶的效果,这是该方案的前提。
   在较稳定的环境条件下,如过饱和浓度、静止状态、极慢的降温速度、常压等晶体就会充分地发育,会“长”得异常的粗大。笔者曾做过仲冬条件下的室外自然试验 ( 上海地区元月日平均最低温度 4.3 ℃ ) ,无论用何种容器,只要不气密,容器内的结晶体均呈连体底座的晶簇,状如足球场的草皮 ( 底座 ) 与草丛 ( 晶簇 ) 。“抗结晶储罐”在冬季如能严格按设定的时间程序运行,在不时地的抽吸动态条件下,晶格不可能链式接延,晶体很难发育、长大,只能呈类似于细纤维状的碎晶须、短晶针状,并星散分布。而一旦搅拌站夜间停机,外加剂储存、输送、计量体系处于静态,晶格就有可能链式生长,成为具有连体底座的晶簇,其时的晶针有绒线棒针甚至筷子粗。如若在管道、阀门等咽狭处一旦有晶簇生成,“管有多粗,则底座就有多粗”。由于晶簇底座基本堵塞了流通的截面,即使是齿轮泵的高值抽吸力 , 此时也无法启动打回流,因此无从破晶、碎晶。另外,频繁进行的破晶打回流,也使原已集中在储罐淤积线下的泥质沉淀物,重又悬浮起来,并裹夹于液流中,转移淤积在更难清理的阀门处,新增了因闭合不严而引起的渗液、漏液。齿轮泵原设计是适用于输送黏质油液的泵类,在其使用的限制条件中即明白注有“不适用输送含有固体颗粒的介质”。尽管十水硫酸钠晶体性脆、强度低,泵体齿轮付的齿面也断然经不住这种日损月磨的。方案的设备选型本就有误,因此,该方案不能说是成功的方案。
   方案三:加热控温将液温始终控制、保持在该成分浓度条件下的饱和结晶温度以上的技术方案。
   以某低浓萘系粉剂 Na 2 SO 4 ,含量 19.2 %、水分 8.0 %、衍生复配的外加剂浓度为 34 %、萘系母料占 86 %计算,理论推算该溶液的 Na 2 SO 4 · 10H 2 O 的浓度为 20.7g 。依经验估计,其结晶点大约在 14 ℃ ~ 17 ℃ ,如再加一定的富余量,将运、储、用全程的温限设定在 > 25 ℃ 是合理和有保证的。
   沪苏浙纬度地区的罐体冬季防结晶负荷配置,容量 20t 以下的储罐,可配置 3 根 3kW 的电发热棒,发热棒呈“品”字形设置,包夹外加剂的输出口,发热棒和接线盒设遮雨、防尘罩。测温探头设在距发热棒的最远处,即罐内液体温度最低的部位,温控仪的温度设定值为 45 ℃ ,外加剂竖输管段的尾段外层,再缠以一定长度的电热线,以补偿接力加温,使流进计量筒的外加剂温度 > 35 ℃ 为宜。缠电热线的管段,外层应包以可靠、耐尘的绝缘物,以保证安全。某搅拌站冬季 11 月 10 日 到第二年 3 月 15 日期间 ( 生产天数 85 天 ) ,混凝土的生产量为 7.5 万 m 3 ,耗冬季型泵送剂 723t ,计量筒处外加剂出液的平均温度,实际抽查为 39 ℃ ,整个冬季无结晶堵塞事故发生。在发热棒实际加热工作时数内累计耗电 1.47 万 kWh ,按工作时段的峰一平一谷电价,整个冬季的加热控温抗晶电费计 6868 元,折合吨外加剂 9.50 元,仅为冬季型泵送剂售价 (2150 元/吨 ) 的 0.44 %。

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