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水泥外加剂适应性-水泥对外加剂的适应性

发布时间:2017-09-10 所属栏目:水泥外加剂适应性

一 : 水泥对外加剂的适应性

配制流态化混凝土所使用的外加剂主要有萘磺酸盐甲醛缩合物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、改性木质素磺酸盐、多元醇系等,单一外加剂不能满足流态混凝土的流化效果、强度、干缩、抗冻性、耐久性及运输过程中的经时损失要求,为达到综合效果,视混凝土的特性要求,需加入一部分缓凝剂、膨胀剂、早强剂以及上述外加剂的复合。 目前较难控制的是混凝土经时损失,从外加剂的调制和加入方式上均应能得到解决,但搅拌站使用的是多家厂商的水泥,有不同的外加剂适应特点,不便于对各种水泥进行专配。 为此,对水泥外加剂适应性的控制达到施工特性要求是水泥厂需采取一些技术措施,这也是本文章所要解决的问题。

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1 水泥外加剂的作用

外加剂均是表面活性剂,水泥厂所关注的是外加剂的分散作用,尽可能降低立方混凝土用水量,保持混凝土的流动性和稳定性,达到高强度的目的。 水泥与水接触即发生水化反应,机械搅拌过程使水泥分散成碎片,但这样的分散体系是不稳定的,特别是过粉磨的小粒径的粒子更容易絮凝,一部分游离水被包裹在絮凝水泥粒子团中间, 水泥的持水量与水泥的物理、化学性质、水泥的矿物组成及水泥的分散度有一定关系, 不同厂家的水泥持水量在很大范围内变化,持水量决定水泥混凝土用水量,这就构成了各厂家水泥的使用特点。外加剂的分散作用能够提高水泥凝聚体的分散度,改变结合水、吸附水和游离水的比例,提高游离水,以提高水泥浆的流动性和稳定性,其作用机理有:

1)在固-液界面产生吸附,降低颗粒表面能,使水泥分散体的热力学不稳定性降低, 获得相对稳定。

2)增大水泥粒子表面的动电电位,从而增大粒子之间的静电排斥,破坏了水泥粒子的絮凝结构。

3)吸附在粒子表面的外加剂形成熔剂化膜,阻止凝聚结构的形成。

4)由于在水泥粒子表面形成吸附层,产生对水泥初期水化的抑制作用,提高了游离水和水泥浆的流动性。

5)引入稳定均匀的微小气泡,减少水泥粒子之间的摩擦,以提高水泥浆的分散性和稳定性。

水泥分散体系是固-液分散体系,同时伴随着水泥水化过程和相变过程,随着水化的进行,液体量减少,固相量增大,逐渐失去流动性,在运输及泵运过程中保持一定的流动性,满足施工要求。 水泥的持水量和水化速度是决定用水量及经时损失的主要因素,同时构成了各厂家水泥的特点,有些适应性好,有的较差。水泥用水量可在水泥生产中适当加入一些表面活性剂,即助磨剂,加以解决。

2 坍落度及经时损失

坍落度6cm~8cm的基准混凝土,掺外加剂后可得到坍落度为20~22cm的流态混凝土,配置基准混凝土时,用水量越小越好,水灰比低,混凝土强度越高。 现原则上要求每立方混凝土用水量控制在185kg内,各水泥厂用水量相差较大,这与水泥熟料、混合材种类及水泥细度有很大关系,用水量低的水泥混凝土强度较好。新配混凝土随时间的延长,坍落度逐渐减小,最终失去流动性, 其损失的速度取决于外加剂的品种。

拌和温度及水泥的早期硬化特性!坍落度及经时损失机理主要是水泥水化反应所引起的物理凝聚现象,在这里只谈一谈水泥的水化影响。水泥的水化速度影响有矿物组成及水泥细度,其矿物还取决于矿物晶形及组成,结晶完整水化速度较慢,对外加剂的适应性相对较好。矿物组成中铝酸三钙、铁铝酸四钙、水泥中碱含量及硅酸三钙影响较大, 硅酸三钙水化速度最快,为控制水泥的初始凝结过程,水泥生产中石膏掺入量应与熟料中的硅酸三钙及碱含量相匹配,浆体中的铝酸盐、硫酸盐、钙离子比例合适,所形成的钙矾石沉淀在水泥颗粒的表面使硅酸三钙水化速度减慢,这样浆体在整个诱导期保持流动性。由于流态化混凝土中所掺外加剂含有硫酸盐及碱, 降低了水泥中so32-的含量,影响矾石形成量不足,大量外加剂难以控制混凝土使用特征,我们称为欠硫化现象;另外水泥颗粒在20μm内含量特别是3μm以下颗粒水化速度较快,对初始用水量及经时损失影响较大。

3 解决水泥对外加剂适宜性的措施

基于上述对混凝土工作特性影响,本文提出思路性措施,可根据本情况在实验基础上解决,高硅率配料的熟料各矿物组成较合理,解决途径主要从混合材种类及水泥颗粒组成着手;对低硅率配料的熟料融矿物相对较多,除了细度与混合材种类外,可考虑在水泥中加入表面活性剂、碳酸钠、硫酸纳及糖钙加以解决。笔者通过外加剂适应性较差的水泥试验,其数据见表1、表2。

表1 实验用混凝土配比水泥外加剂适应性 水泥对外加剂的适应性

注:实验用混凝土配比采用0.01m3配制,水泥采用重庆腾辉特种水泥有限公司生产的p.o42.5水泥,粗集料采用5~25连续级配的石灰石碎石,细集料采用重庆地区特细河砂。

表2 外加剂使用试验

水泥外加剂适应性 水泥对外加剂的适应性

腾辉水泥采用湿法生产,用高细磨粉磨,硅酸三钙及颗粒控制较差,3μm以下颗粒占20%。从实验看,有欠硫及水化快的特点,采取相应措施混凝土使用特性能得到控制。

1)控制熟料中的铝酸三钙的含量!

2)粉磨水泥最好采用圈流系统,减少3μm以下颗粒含量。

3)水泥中加入助磨剂,可减少立方混凝土用水量。

4)在实验的基础上确认是否有欠硫现象,可加入少量的硫酸钠及糖钙,糖钙要适量,稍过量有泌水现象。

总之,水泥外加剂适用性是一个系统问题,通过外加剂的调整及掺入方法均能得到解决,但各搅拌站使用各种品牌水泥,外加剂调整有一定难度,水泥厂根据自身产品特点采取上述措施对产品进行改进,适应顾客的这一特性要求。

来源:中国水泥杂志

二 : 水泥与外加剂适应性的影响因素

1 前 言

目前商品混凝土工程界对水泥性能抱怨最多的是水泥与外加剂(减水剂)相适应性问题,水泥与外加剂适应性不好可能是外加剂的原因,可能是水泥品质的原因,也可能 是使用方法造成的,或者是几种因素共同作用引起的。在实际的生产工作中,如果不能及时辨明原因,将影响到整个施工的进行,影响到工程的质量,容易引起各方 的争议笔者根据相关资料,从水泥熟料矿物组成、工艺制度、混合材种类 和品质碱含量 、石膏的种类及掺量 、粉磨细度(比表面积)及颗粒级配、水泥温度及存放时间等对水泥与外加剂适应性的影响因素做几点探讨。

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2 水泥成份及工艺制度的影响

水泥的主要在成份为C3S、C2S、C3A及C4AF这些矿物成份,其吸附活性顺序通常认为是C3A>C4AF>C3S>C2S。其中 C3A水化速度最快的吸附量最大,而使溶液中的减水剂大大减少,因此,在减水剂掺量一定时,商品混凝土流动性随着C3A含量增大而降低,坍落度经时损失率也随 之增大,有人作多次试验,当水泥中C3A含量超过8%时,减水剂的适应性差。

另外,在水泥生产过程中,熟料烧成温度、烧成速度 、冷却制度等工艺制度对水泥熟料矿物成份有着极大的影响,也影响着与外加剂的相容性。高温快烧急冷的熟料,硅酸盐矿物活性高,C3S固熔Al203、 Fe203、MgO等形成的A矿多,而使C3A,C4AF含量减少,A矿发育良好,尺寸良好,边棱清晰,多以玻璃体存在,大量减少C3A与C4AF的析 晶,因而对快冷熟料,即使C3A与C4AF计算含量较高,由于大部分以玻璃存在,所磨制的水泥仍与外加剂相容性好,凝结时间正常,水泥强度高。与外加剂相 容性好,反之,低温锻烧、慢冷的熟料,硅酸盐矿物活性差,C2S粉化,水泥强度较低 ,熟料矿物中结晶出来的C3A和C4AF较多,水泥标准稠度用水量大,与外加剂相容性差。

3 水泥含碱量的影响

水泥中的可溶性碱通常以Na20当量表示,它主要来源于生产水泥的粘土及混合材中,适量的可溶性碱有利于促进水泥水化,更有利商品混凝土早期强度发展。试验证 明。水泥商品混凝土流动性随着碱含量的增加而提高,但是到达一定量时,水泥会急剧水化,水泥浆流动性大幅度下降掺人减水剂后塑化效果也明显降低。减水剂用于商 品商品混凝土及泵送商品混凝土,施工坍落度经时率增大。主要原因是水泥中的碱对铝酸三钙的溶出产生了促进作用,此时水泥在缓凝剂CaSO4·2H20参与下很快形 成了一定量的AFt晶体,并包裹在C3A的表面,抑制了C3A直接水化,改善了水泥浆的流动性。但是如果水泥中碱含量过高,必然会消耗大量的 CaSO4·2H20,加速了C3A的水化,增大了对外加剂的吸附作用,反而使流动度下降,外加剂用于水泥适应性必然会降低,主要表现在减水率不够塑化效 果差,坍落度经时损失率增大。一般水泥中可溶性碱最佳含量一般认为在0.4%~0.6%之间。

4 混合材料种类与品质的影响

根据我国水泥标准,水泥中可以大量掺人混合材,前使用较多的为粉煤灰、火山灰、矿渣等。这些混合材中的活性 、需水性、烧失量等对外加剂的吸附性能区别较大影响了外加剂对水泥的适应性。

粉煤灰中烧失量对外加剂相溶性影响最大,烧失量即粉煤灰中未燃尽的碳的含量,烧失量越大,未燃尽碳含量越高,与外加剂相溶性越差。未燃尽的碳为多孔颗粒, 易吸水,在商品混凝土中需水量高,溢出后更会增大商品混凝土的泌水,并会增大商品混凝土收缩变形 ,还会影响水泥浆与集料界面的粘结性能 。

粒化高炉矿渣除具有胶凝性和火山灰性,还具有微填充效应。商品混凝土体系可理解为连续及配的颗粒堆积体系粗集料间隙 由细集料填充,细集料间隙由水泥颗粒填充水泥颗粒之间的间隙则由更细的集料填充,矿渣微粉的细度地比水泥颗粒细,在取代了部分水泥以后,这些小颗粒填充在 水泥颗粒间的空隙中,置换期间的填充水,因而使料和物的表面水相应大量增加 ,促进了商品混凝土流动性改善同时,由于磨细矿渣的需水性低于水泥,因而替代部份水泥后所形成的胶凝体系的总需水量下降,富余的水分有利于提高商品混凝土的流动 性,这就是矿渣 的微填充效应,它有于提高水泥与外加剂的相容性。

5 石膏品种和掺加量的影响

石膏的品种不同,其溶解度和溶解速度差别较大,对水泥的缓凝作用不同,而对减水剂适应性影响也不同。天然的二水石膏与高效减水剂适应性好。

硬石膏 、工业副产品石膏等 ,对水泥与减水剂的影响较大。同时,石膏的掺量也影响水泥与外加剂的适应性,掺量少水泥易发生‘快凝’成为废品,与外加剂的适应性差,掺量多,水泥中 SO3过高,影响水泥强度,起安定性不良,影响水泥与外加剂的适应性,为避免水泥外加剂的水相容,在水化过程中,石膏的掺人量要足以满c3A能够在石膏、 石灰的饱和溶解中生成钙钒石,适量的SO3含量应根据水泥中c3A碱含量和比表面积来确定。

6 水泥的存放时间及温度影响

水泥出磨存放时间较短的水泥称为‘新鲜水泥’,由于水泥存放时间短,水泥温度较高,水泥水化速度极快,会造成石膏脱水,影响水泥的正常凝结,加之由于水泥 在研磨过程中产生电荷颗粒之间相互吸附,影响了减水剂的分散作用,增大了商品混凝土坍落度损失率。事实上,出磨水泥的时间越短,水泥颗粒间吸附、凝聚的能力越 强,因而致使外加剂的适应性变差.

7 水泥细度(比表面积)及颗粒的级配和颗粒分布的影响

一般来说水泥磨得越细(比表面积越高),细颗粒越多水泥水化越快,水化产物絮状结构形成快,水泥浆体流动性差,水泥与减水济相容性不好。减水剂在相同掺量 情况下,对细度大的水泥,其塑化效果要差一些,同时,比表面积越高时,水泥与水接触的面积越大,水泥颗粒表面形成水膜所需水量就大,与外加剂相容性越差, 水化热越大,甚至开裂敏感性越大。

在水泥细度问题上,不能顾此失彼,而应科学合理地作出处理,以改善水泥与外加剂的适应性。研究表明:水泥中3μm-30μm颗粒对水泥强度增长起主要作 用。>60μm的颗粒则对水泥强度不起作用,但起‘填充’作用,可是熟料的潜力得到充分发挥,因此3μm-30μm的颗粒应占90%;流变性能好的 水泥<10μm的颗粒应当<10%,因此,合理的颗粒级配既有利于水泥厂节能增产,也能提高水泥与外加剂的适应性。

水泥的颗粒分布对水泥与减水剂的适应性能,影响包括两方面:一方面,水泥均匀性系数大时,颗粒分布范围窄,其堆积空隙率大,需要更多水来填充这些空隙,自 由水相应减少,外加剂掺量大,水泥与外加剂适应性差,均匀性系数小时,情况正好相反;另一方面 ,水泥颗粒平均粒径小时,水泥中细粉较多,比表面积较大,水泥与外加剂相容性不好。

8 结束语

从水泥的角度分析影响水泥与外加剂的因素是远远不够的,因为,从学科发展的角度,水泥学科和商品混凝土学科不可分开,任何水泥的应用研究都要考虑用该水泥所配制的商品混凝土或砂浆综合环境,有些水泥做不到或很难做到的事,可以考虑商品混凝土外加剂所能起的重要作用。

本文标题:水泥外加剂适应性-水泥对外加剂的适应性
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