水泥与减水剂相容性的检验与探索
水泥 企航传媒 2020-02-13
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关于水泥与减水剂的相容性，发改委于2008年颁布并实施了行业标准JC/T1083《水泥与减水剂相容性试验方法》，使水泥行业对水泥与减水剂相容性的检验、评价有了标准依据。我国水泥厂重视和控制水泥流变性能的历史较短，对水泥流变性的研究处于初级阶段。修订与颁布《水泥与减水剂相容性试验方法》标准时，国内减水剂市场还是萘系减水剂的天下，现在减水剂市场呈多元化状态，聚羧酸系减水剂成为市场主角。减水剂市场的变化使得《水泥与减水剂相容性试验方法》在某些方面存在滞后的情况。
1、水泥与减水剂相容性的现象特征
关于水泥与减水剂相容性的现象特征，《水泥与减水剂相容性试验方法》对水泥与减水剂相容性的定义包含了初始流动性、流动性经时损失和减水剂用量三个要素。实际上，在饱和掺量(或接近饱和掺量，下同)下的保水性也是水泥与减水剂相容性的一个重要方面。要全面表征水泥与减水剂相容性，至少应包括以下指标：减水剂的饱和掺量、减水剂推荐掺量下的净浆初始流动度、减水剂推荐掺量下的净浆60min(30min)经时流动度、一定减水剂掺量下净浆的保水性。
水泥与减水剂相容性的检验与探索
《水泥与减水剂相容性试验方法》中定义的水泥与减水剂相容性未包含保水性，也未包含保水性检验方法。某些减水剂和水泥虽然可以得到很大的净浆流动度，但如果已经产生明显泌水，则净浆流动度再大也是没有应用意义的。上述表征水泥与减水剂相容性的指标，对应着混凝土性能的不同方面，全部被水泥的使用者所关注。水泥厂对水泥与减水剂相容性的控制，应该至少包括上述4项指标。
水泥与减水剂相容性良好，应包括以下现象特征：饱和掺量点明确；饱和掺量不高，初始流动度较大；经时流动度损失较小；一定减水剂掺量时净浆没有明显泌水。上述任何一个方面存在问题，均视为水泥与减水剂相容性不好。某种与减水剂相容性不好的水泥，可能存在其中一个问题，也可能同时存在多个问题。问题不同，给混凝土带来的影响不同，在水泥厂的质量控制方法、纠正措施也不同。减水剂的饱和掺量是随减水剂掺量增加、净浆初始流动度不再明显增加的掺量，也可以是经时流动度损失不再明显减小的掺量。《水泥与减水剂相容性试验方法》只规定了前一个饱和掺量，但在很多实际应用场合，后一种饱和掺量同样重要。一般情况下，两者存在明显的差异，后者则大于前者。
多数情况下，饱和掺量接近或超过水泥浆体开始泌水的临界掺量，而泌水将对混凝土的性能产生一系列不良影响，降低混凝土的耐久性。为了防止泌水，也为了提高减水剂的性价比，工程应用时减水剂的掺量多数应控制在饱和掺量以下。从实用角度考虑，综合混凝土最大(或接近最大)坍落度、没有明显泌水和经济性等方面因素得出的减水剂掺量即推荐掺量。推荐掺量接近或低于饱和掺量。
2、水泥的流变性能与相容性
按GB/T1346-2011检验的标准稠度用水量、按GB/T2419-2005检验的胶砂流动度，反映的是水泥自身的流变性能。按《水泥与减水剂相容性试验方法》检验的水泥净浆流动度，则反映了在有减水剂的条件下水泥的流变性能，既包含了水泥自身的流变性能，又包含了水泥与减水剂之间的一些相互作用。标准稠度用水量在多数情况下可以决定净浆流动度。一般可以得到这样的结论：两个标准稠度用水量相差较大的水泥，标准稠度用水量较大者，其净浆流动度较小。某些对水泥流变性能可能产生影响的因素是减水剂，减水剂对标准稠度用水量和净浆流动度有不同甚至相反的作用。例如，在水泥中掺入一些颗粒更细的混合材料，对水泥流变性能的影响是，一方面较细的颗粒填充了水泥颗粒堆积空隙，提高了水泥颗粒的堆积密度，从而减少了水泥和混合材料的填充水量；另一方面，混合材料比表面积更大，在颗粒表面形成水膜需要的水就更多，同时细颗粒更容易形成絮凝结构而包裹部分水。对水泥流变性能的影响是上述两个因素综合作用的结果。多数情况下，在水泥中掺入更细的矿渣粉、粉煤灰和石灰石粉后，水泥的标准稠度用水量将会略有提高。但在有减水剂存在的条件下，以净浆流动度评价的流变性能却可以明显改善。产生上述现象的原因在于，减水剂可以明显减小水泥颗粒表面水膜厚度，即表面吸附水量，同时可以破坏絮凝结构，释放出其中包裹的水成为自由水，但不能明显减少填充水，而矿物细粉恰好可以有效减少填充水，却要增加部分表面吸附水和形成絮凝结构。没有减水剂存在时，矿物细粉减少的填充水被增加的表面吸附水、絮凝结构限制的非自由水抵消。有减水剂存在时，矿物细粉增加的表面吸附水被减水剂减少，絮凝结构中的非自由水变为自由水，减少填充水的作用凸显，表现为使水泥的流变性能改善。在水泥行业有一种夸大水泥标准稠度用水量作用的倾向，近年来逐步被用来评价水泥的流变性能，并进一步与混凝土的工作性能相联系。试验结果表明，水泥的标准稠度用水量与混凝土的工作性能之间并没有很好的相关性。水泥厂质量控制的最终目标应该是保证水泥在混凝土中具有优秀的性能。过度关注标准稠度用水量往往会偏离这个最终目标。
3、水泥与减水剂相容性结果的局限
实践证明，在多数情况下，净浆流变性能与混凝土流变性能具有一定相关性，但也有一些时候这种相关性并不存在。试验结果也得到相同的结论。在实际应用中，水泥厂在检验净浆流变性能的同时，还应该关注混凝土的流变性能。
4、水泥与减水剂相容性检验的若干问题
4.1 Marsh筒法和净浆流动度法的选择
《水泥与减水剂相容性试验方法》并列了两种水泥与减水剂相容性检验方法，即Marsh筒法和净浆流动度法。前者为标准法，后者为代用法。二者在原理上并无本质区别。对部分水泥，Marsh筒法可以比净浆流动度法更准确地确定饱和掺量。目前，在混凝土行业普遍采用净浆流动度法，极少使用Marsh筒法。在与顾客进行技术交流，或处理有关水泥与减水剂相容性的质量投诉时，如果水泥厂采用Marsh筒法将无法进行对比。从这个角度考虑，建议水泥厂优先选择净浆流动度法作为日常检验方法。
4.2检验用减水剂的选择
《水泥与减水剂相容性试验方法》规定了一种基准减水剂，这是一种质量稳定的萘系减水剂，但是标准中没有规定基准减水剂长期稳定性的要求。另外，普遍存在一种观点，夸大了某一种特定的高效减水剂(或某一种特定配方的高效减水剂)对某一种特定水泥相容性的单一对应性。这一观点使得对基准减水剂的使用效果产生一种疑问，即能否保证使用基准减水剂的检验结果与实际使用的减水剂具有一致性。据2007年统计数据，当时国内市场的萘系减水剂占88%，在萘系减水剂质量稳定的前提下，基准减水剂的检验结果是具有普遍意义的。现今，萘系减水剂的市场份额在日益缩小，萘系以外的减水剂，如聚羧酸系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂与水泥相容性的规律，与萘系减水剂不尽相同；如果萘系减水剂与缓凝剂、引气剂和防冻剂中的一种或几种复合使用，复合减水剂与水泥相容性的规律，与基准减水剂也有些差别。上述两种情况，特别是前一种情况，应考虑使用特定的减水剂进行相容性检验的必要性。应该注意观察基准减水剂与这些特定减水剂检验结果的对比规律，探讨使用基准减水剂的检验结果代替特定减水剂检验结果的可能性。随着新型减水剂应用的普及，也许将来需要有一种非萘系的基准减水剂。
4.3单一减水剂掺量的检验方法
《水泥与减水剂相容性试验方法》规定的检验方法，除了一定掺量下净浆的保水性以外，比较全面地反映了水泥与减水剂相容性的各个方面，更适合于对水泥质量的全面评价，但用于日常质量控制显得繁琐、复杂。实际操作中，可以将检验方法和指标适当简化。如果检验时选择一个小于饱和掺量的单一掺量点，检验其初始流动度、流动度经时损失和保水性，即可以粗略反映水泥与减水剂相容性除饱和掺量以外的所有指标。生产实践表明，单一减水剂掺量的检验方法在多数情况下可以满足生产控制的需要。事实上，在混凝土行业，按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》或《混凝土外加剂应用技术规范》检验净浆流动度，多数情况下是使用了单一减水剂掺量的检验方法。
《水泥与减水剂相容性试验方法》规定了基准减水剂掺量为0.8%的单一减水剂掺量，但同时规定“根据水泥和减水剂的实际情况，可以增加或减少基准减水剂的掺量点”。因此，使用方仍可根据实际需要选择其他的减水剂掺量。事实上，单一减水剂掺量的检验方法更适合于水泥厂对固定品种和强度等级的水泥，且在水泥与减水剂相容性变化不大时，作为日常检验的手段。对相容性差别较大的多个水泥样品进行比较时，单一减水剂掺量的检验方法更适合采用多点减水剂掺量的全面检验方法。
5、水泥与减水剂相容性检验的影响因素
5.1样品的储存时间
随着水泥中一些组分如C3A、fCaO的预水化，水泥与减水剂相容性将逐渐变好。因此，样品的储存时间、是否有良好密封、环境湿度对水泥与减水剂相容性检验结果有显著影响。
5.2净浆搅拌
水泥与减水剂相容性检验的一个最主要误差来源是搅拌锅黏样，使样品不能均匀搅拌。为减少这一影响因素，在搅拌间隔的15s内，应迅速将搅拌锅内壁黏附的样品尽量刮净，合并于锅内的净浆中。
6、结语
减水剂的饱和掺量、推荐掺量下的净浆初始流动度，推荐掺量下的净浆60min/30min经时流动度和一定减水剂掺量下净浆的保水性，共同组成了表征水泥与减水剂相容性的参数。
单一减水剂掺量的净浆流动度法或Marsh筒法，检验过程便捷，能够反映水泥与减水剂相容性除饱和掺量以外的所有指标，适合于水泥厂的日常生产控制使用，但是实际应用过程中，更适合采用多点减水剂掺量的全面检验方法。
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