影响水泥和减水剂相容性因素浅析
混凝土 2012-08-24
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进入夏季，混凝土搅拌站反馈最多的是混凝土塌落度损失大、减水剂相容性差等问题。水泥厂接收到的搅拌站投诉问题中，最多的也是水泥和减水剂相容性差。
如何改善水泥性能，使水泥和不同减水剂均相容较好，是水泥厂所关注的问题。我们将水泥生产工艺做了相应的调整，做了大量试验，但是由于自己所处是粉磨站企业，存在很多局限性，水泥和减水剂相容性问题，始终没有得到彻底改善。于是很多公司便把水泥和减水剂适应性差的原因归结到助磨剂的使用上，所以非常有必要和大家共同探讨影响水泥和减水剂相容性因素。此文中，本人对影响相容性因素做的几点总结。
1、混凝土性能
水泥和减水剂的相容性最终都表现在混凝土的性能中，混凝土的性能分为新拌混凝土性能及硬化混凝土性能，重要的几点列举如下：
a.和易性：混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌合物的稠度、流动性、可塑性、抗分层离析泌水的性能及易抹面性等；
b.强度：强度是混凝土最主要的性能，它是混凝土构件中所能承受荷载的压力。
c.变形：混凝土在一定荷载作用下产生的变形。
d.耐久性：凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。
2、水泥和减水剂相容性的评价
2.1 水泥和减水剂相容性的评价内容包括如下三点：
a.同一配合比条件下配制相同强度等级、相同流动性能的混凝土拌和物，所需减水剂用量的多少.
b.混凝土拌和物塌落度经时损失的大小.
c.混凝土拌和物离析、泌水性能的好坏.
2.2 相容性的评价方法
检测方法按中华人民共和国建材行业标准JC/T1083-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》进行。
饱和点掺量小，饱和点Marsh时间短，Marsh时间经时损失小，浆体抗离析泌水性能好，则水泥与外加剂相容性好。
3. 影响水泥和减水剂相容性的因素鱼刺图
影响混凝土性能的所有因素都会影响水泥和减水剂相容性，混凝土性能的影响因素可以用鱼骨图（见下图）生动形象地表现出来。
3.1助磨剂的影响
助磨剂类型有：提产型、早强型、后强型、早后强型，不同类型的助磨剂对水泥与减水剂的相容性影响不一样。
水泥助磨剂会使水泥颗粒变小及细颗粒集中，因此水泥吸水面积增大。另一方面助磨剂中的化学成分会促进水泥水化，早强型助磨剂水化速度更快。所以使用助磨剂后水泥的需水量会增加。
但是大部分使用助磨剂的水泥，在混凝土的使用中并没有表现出异常，一是相对于减水剂来说，水泥助磨剂的掺量小。二是水泥助磨剂的成分与减水剂的成分并不冲突，反而有很多是一样的。当然并不排除会有少量的因为助磨剂或减水剂的成分问题引起相容性的问题，所以在助磨剂的国家标准中，对混凝土性能也有要求检测，上规模的助磨剂公司也会相应配备混凝土实验室。
在我们的实验中发现，使用助磨剂的水泥虽然吸水量大，但胶砂流动度变化不大，有的甚至提高。这点更接近使用助磨剂的水泥在混凝土中的性能表现。不仅我们自己发现了这一规律，而且，目前国内也在研讨是否用胶砂流动度来确定水泥与减水剂的相容性更合适。
3.2减水剂的影响
减水剂类型有：木质素磺酸系类、奈系高效减水剂、氨基磺酸高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、脂肪族类高效减水剂及聚羧酸系高性能减水剂。减水剂的掺加量一般为0.8%~2%。
目前市场上较普遍的减水剂有奈系、脂肪族及聚羧酸减水剂。其中，奈系减水剂对骨料的要求不高，与水泥的适应性较好。但是减水率低，流动度损失大。脂肪族减水剂对碱含量高的水泥适应性强，而且容易泌水，即平常所说的冒黄浆，而且减水剂一般。聚羧酸与水泥适应性很好，减水率高，流动度损失小。缺点：对骨料要求高。[Page]
3.3 水泥混合材的影响
掺混合材的水泥与减水剂的相容性问题主要取决于混合材对减水剂的吸附作用。由吸附量实验得知，作为水泥混合材的吸附量由大到小，一般为煤矸石＞粉煤灰＞矿渣。掺矿渣的水泥与减水剂的适应性优于掺煤矸石的。一般来说火山灰质混合材具有较大的内表面积，故吸附量大，不同品质的粉煤灰适应性差异很大，优质的粉煤灰适应性好，粗粉煤灰、含碳量大的需水量大，适应性差。
在水泥中添加石灰石可以改善水泥与减水剂相容性。有些时候我们在实际中得到了相反的结论，主要原因在于石灰石中含有过多的黏土。黏土中的云母为片状物，会降低水泥的流动性。建议石灰石Al2O3小于1.0%。
3.4 石膏的影响
不同品种及品质的石膏均会对水泥与减水剂相容性产生影响，随着石膏不溶物的增加，水泥和减水剂的相容性变差。水泥中SO3一般控制在2.2%-2.9%之间，最佳控制点不但要考虑水泥的强度、凝结时间，还有和减水剂相容性。
3.5 粉磨工艺（颗粒形貌）的影响
不同粉磨工艺对需水量会产生影响，立磨生产的水泥需水量比管磨的大，闭路磨比开路磨的需水量大，随着需水量大增加，水泥和减水剂的适应性变差。建议水泥需水量控制小于27%，最好低于26%。
3.6 水泥细度（比面积）的影响
水泥颗粒对减水剂分子的吸附与水泥的比表面积有关，在掺加减水剂的水泥浆体中，水泥颗粒越细，意味着其比表面积越大，减水剂在相同掺量情况下，对于细度（比表面积）大的水泥，其塑化效果要差一些；
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，相同水灰比条件下，颗粒之间的自由水相应减少，水泥浆体流动性变差，水泥与减水剂适应性不好；
水泥比表面积越大，意味着水泥细颗粒多，水泥与水早期反应速度加快，水化产物絮状结构形成快，水泥浆体流动性差，水泥与减水剂相容性不好。
3.7水泥的放置（陈化）
放置一段时间的水泥比刚出磨的水泥和减水剂相容性好。出库水泥的管理，尽量避免上入下出现象。
3.8出磨水泥的温度
出磨水泥温度越高，水泥与减水剂相容性不好。比如南水北调一罐工程，为了提高混凝土的和易性，购置一台水冷却机，夏天水的温度控制在4度，目的是为了水泥和减水剂的适应性，改善混凝土的性能。
3.9熟料的影响
水泥熟料是影响水泥和减水剂相容性的决定性因素，主要表现为：
f-CaO的影响：
随着水泥中的f-CaO的增加，水泥和减水剂相容性变差。我们研究发现f-CaO高的水泥经时流动度明显会变差。一情况下，水泥中的f-CaO应控制在小于0.9%。
b.熟料烧失量的影响：
随着熟料烧失量的增加，和减水剂相容性变差。
c.熟料矿物组成：
熟料中四种矿物对减水剂吸附量由大到小的顺序为C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。尤其C3A的吸附量远远大于其他三种熟料矿物。这是因为减水剂主要吸附在水化产物上，吸附量与其水化产物的数量和表面性质有关，水化越快，水化产物比表面大的熟料矿物，吸附量就大，而使溶液中的减水剂大大减少。C3A的水化速度最快，C4AF，C3S次之，C2S最慢。C3A的水化产物比表面积大，C3A含量高，水泥与减水剂的适应性随着C3A含量的增加，和外加剂相容性变差。所以建议C3A含量小于7.0%。
d.碱含量：
随着水泥中的碱含量增大，和减水剂相容性变差。所以在生产高强度水泥过程中，尽可能使用碱含量低的物料。
e.熟料的烧成温度和烧成速度
高温烧成的熟料与低温烧成的熟料表现出的性能不同，高温快烧的熟料，硅酸盐矿物固熔较多其他组分（如C3S固熔Al2O3、Fe2O3、MgO等形成A矿），这增加了硅酸盐矿物的含量，提高了水化活性，并使C3A与C4AF含量减少。其固熔量随温度的升高及烧成速度的加快而增大。低温烧成的熟料，硅酸盐矿物活性较差，水泥强度较低，并且由于C3S固熔Al2O3、Fe2O3减少，熟料矿物中析晶出来C3A与C4AF较多，熟料标准稠度用水量大，水泥与减水剂相容性差。
熟料的冷却速度越快，水泥和减水剂相容性越好。
3.10凝结时间的影响
为了使不同季节水泥和减水剂的相容性较好，建议从5月份开始至10月份，将水泥的凝结时间适当延长，从10月份开始逐渐把水泥凝结时间缩短，满足不同季节水泥和减水剂适应性的需要。
4、小结
总的来说，影响混凝土特性的所有因素都会影响水泥与减水剂的相容性，并不能简单地把减水剂使用时的缺陷归结于水泥或是减水剂，更不能把解决不了的问题全部推给水泥助磨剂。应该综合考虑多方面因素，水泥助磨剂厂家、水泥企业和混凝土搅拌站更应该相互信任，达成统一战线，解决使用过程中出现的所有问题。
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