谈山东地区混凝土外加剂与水泥的相容性

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[摘　要] 本文主要针对山东地区的水泥和混凝土外加剂的实际情况，分析二者的适应性不好的表现及影响二者适应性的因素，提出改善的措施。[关键词] 水泥； 　混凝土外加剂； 　适应性； 　试验方法； 　控制措施1 前言 山东省是水泥大省，水泥厂家多，有的厂家有几个分厂和多个粉磨站，水泥质量参差不齐。此外，山东地区混凝土外加剂厂家多，许多小厂根本没有任何产品质量保证措施，产品质量存在许多问题，市场也比较混乱。因此，商品混凝土质量问题时有发生，而水泥与外加剂的相容性问题则是影响商品混凝 土质量的重要因素。 我们对山东地区的济南、青岛、临沂、滨州、枣庄、德州、聊城、济宁、泰安、淄博等地的水泥与混凝土外加剂的相容性进行了试验研究，探讨了影响外加剂与水泥适应性的因素，并提出了解决这一问题的切实可行的有效措施。本文主要探讨外加剂对水泥混凝土工作性能的影响来分析二者的相容性问题。2 外加剂与水泥适应性的定义与试验方法　　 外加剂和水泥的相容性应该是“双向适应”，而山东地区实际上还是单纯强调外加剂对水泥的适应性，即混凝土外加剂如何去适应水泥。关于混凝土外加剂与水泥的适应性有多种描述。 《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119 - 2003附录A 规定了混凝土外加剂对水泥的适应性检测方法。其主要内容是：对某种水泥需选择外加剂时，每种外加剂应分别加入不同掺量；对某种外加剂选择水泥时，每种水泥应分别加入不同掺量的外加剂。对不同品种外加剂，不同掺量应分别进行试验。绘制掺量为横坐标，流动度为纵坐标的曲线。其中饱和点(外加剂掺量与水泥净浆流动度变化曲线的拐点) 外加剂掺量低、流动度大，流动度损失小的外加剂对水泥的适应性好。 ① 按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准要求的某种外加剂，掺入到按规定可以使用该种外加剂且符合有关标准要求的水泥中，外加剂在所配制的混凝土(或砂浆) 中若能产生应有的作用效果，则称该外加剂与水泥相适应；若外加剂的作用效果明显低于使用基准水泥的检验结果，或者掺入水泥中出现异常现象，则称该外加剂与水泥适应性不良或不适应。 ② 按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到用按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土(或砂浆) 中，若能够产生应有的效果，就认为该水泥与这种外加剂是适应的；相反，如果不能产生应有的效果，则该水泥与这种外加剂不适应。 ③ 水泥与减水剂的适应性影响到混凝土硬化前，硬化过程中和硬化后的性能。涉及电化学、表面化学、水泥化学和高分子化学诸方面相互影响，十分复杂。大体上可用3 项指标衡量，即：初始流动度，是否有明晰的饱和点和流动度损失大小。国内用水泥净浆流动度方法进行检测。 ④ 作者认为，应从实际应用来考虑，以在外加剂和水泥系统中，掺入某种功能性外加剂能否达到预期的效果来表示外加剂与水泥是否适应。GB50119 -2003 的方法有时会出现误判。最直观地应进行混凝土试验，通过新拌混凝土的坍落度及坍落度损失、保水性、粘聚性等及硬化混凝土的强度和耐久性来综合评定。快速测定方法建议采用《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB/ T8077 - 2000 测定胶砂的减水率或流动度；或者水泥净浆流动度及损失来判定。3 适应性不好的表现 外加剂与水泥的适应性不好有以下表现： ① 混凝土的搅拌过程中出现异常凝结(速凝、假凝) ； ② 外加剂在推荐掺量条件下，混凝土拌合物初始流动性很差，初始坍落度明显达不到设计要求； ③ 外加剂在推荐掺量，或者在适当增大掺量情况下，虽然混凝土拌合物初始流动性良好，初始坍落度能达到设计要求，但是坍落度经时损失过快； ④ 外加剂在推荐掺量，或者在适当增大掺量情况下，虽然混凝土拌合物初始流动性良好，坍落度经时损失也较小，但拌合物泌水严重，出现“扒底”现象； ⑤ 当高效减水剂和水泥的适应性好时，在饱和点以上再增加高效减水剂的掺量，可使混凝土坍落度在长时间保持不损失；当高效减水剂和水泥的适应性不好时，在饱和点以上再增加高效减水剂的掺量，会导致混凝土泌水和离析。4 影响外加剂与水泥适应性因素4.1 水泥4.1.1 水泥生产常用的混合材 常用的混合材有：矿渣、粉煤灰、石灰石粉、沸石、煤矸石、煤渣、炉渣、火山灰、硅锰渣、磷矿渣、增钙液态渣、硫酸铝渣、赤泥、部分金属尾矿等。沸石、硫酸铝渣具有极大的内比表面积，炉渣、煤矸石不仅含有碳，而且呈多孔结构，吸附性强，都与外加剂的适应性较差。4.1.2 水泥生产用的调凝剂 常用的调凝剂：二水石膏、半水石膏、硬石膏、工业废石膏(氟石膏、磷石膏等) 、柠檬酸渣、电石渣，工业废石膏大都显微酸性。氟石膏的溶解度要大于天然硬石膏。调凝剂的溶解度影响水泥的水化速度，不同的调凝剂影响水泥与外加剂的相容性。4.1.3 水泥助磨剂 具有对水泥助磨、增强、活性激发、调凝、安定、染色、改善水泥性能等多种功能。一般是一些含有极性基团如：羟基、胺基、羧基、羰基、及混合基等具有强的吸附和分散能力的表面活性剂。常用的有：油酸、硬脂酸、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、乙二醇胺、木钙、多聚磷酸盐等，对水泥与外加剂的相容性有不同程度的影响。4.1.4 水泥化学成分———矿物组成 由表1 可见，山东地区的水泥的特点： ① 碱含量在014 %～018 %内，不会影响外加剂与水泥的适应性； ② Al2O3 的量差别大，Al2O3/ SO3 为1.7～4.7 ，对水泥的性能影响很大。 C3A 的结构特征：结构中钙离子和铝离子都具有较大的活性；结构中具有较大的空穴，OH- 离子容易进入晶格内部。C3A 与水接触后立即溶解，并且很快在过饱和溶液中形成六方板状水化物，接着转变为更为稳定的C3AH6 。 4.1.5 水泥温度 我们用新鲜的水泥进行了试验，试验结果见表2 。制成时间短的水泥有时温度较高，水泥- 外加剂- 水体系的熵值大，水泥水化速度较快，其与减水剂的适应性会降低，表现出减水剂减水率低，混凝土的坍落度损失会增大。表2 可见，对试验用水泥，当水泥温度小于70 ℃时对减水剂的塑化效果影响不大，而当水泥温度超过80 ℃时对减水剂的塑化效果降低明显。当水泥温度更高时，可能会造成二水石膏脱水变成半水石膏或无水石膏，使减水剂与水泥的适应性明显变差。 4.1.6 水泥的新鲜度- 陈放时间 出磨时间短的水泥，由于粉磨时产生的电荷，颗粒间相互吸附、凝聚的能力较强，另一方面新鲜水泥的正电性强，吸附阴离子型表面活性剂多。因此表现出减水剂减水率低，混凝土的坍落度损失快的现象，与减水剂的适应性较差。4.1.7 水泥厂家的稳定性　 同一水泥生产厂家，不同时期的水泥的性能差别较大。有的水泥生产厂生产熟料的原材料不够稳定，有的混合材不稳定，而有的水泥生产厂只是一粉磨站，由于各方面的原因使熟料的来源不固定，自已根本左右不了水泥的性能。 表3 可见，对于该水泥，不同的取样时间，试验结果相差非常大。 4.1.8 同一品牌而不同生产厂家 水泥集团往往有多家水泥生产厂，生产的水泥为一个品牌，水泥的性能有时相差很大。表4 为同一品牌不同产地的P·O32.5 的净浆试验结果。同一牌号的水泥，只能说明是属同一集团公司的产品，但由于不同的分厂和粉磨站都各有自己的利益，因此，生产水泥所用的熟料、混合材、缓凝剂等原料都各不相同，生产的水泥的性能相差很大。 4.1.9 不同厂家、不同水泥强度等级 不同的水泥强度等级是如何影响净浆流动度?是否有一定的规律? 不同厂家的水泥，各种因素对水泥与外加剂适应性的影响的程度不同。如表5 中A厂随水泥强度等级的提高，水泥对高效减水剂吸附的数量愈多，起分散作用的有效高效减水剂数量愈少，表现出净浆流动度初始值逐渐减小，并且损失也快；而B 厂则有相反的试验结果。可能由于A 厂掺加的掺合料和外加剂的适应性较好，影响水泥净浆流动度的主要因素是水泥熟料；而B 厂掺加的掺合料和外加剂的适应性不好，并且掺合料较水泥熟料对净浆流动度的影响大。这一点单纯从水泥化学成分分析中是看不出来的。 4.1.10 不同厂家、同一水泥强度等级 对于不同水泥生产厂的同一强度等级的水泥，净浆流动度相差较大，有个别样品感到不正常。实际上，对于生产同一强度等级的水泥，不同厂家所用水泥熟料的强度等级不一定相同，掺合料的品种、用量相差也较大，表现出对净浆流动度的影响较大。配制的混凝土具有相同的坍落度时，高效减水剂的用量相差较大。有的水泥对萘系高效减水剂的适应性非常差“， 吃”外加剂非常厉害。 同时还可以看出，水泥净浆不能很好反映水泥与外加剂的适应性；水泥净浆流动度和混凝土坍落度不完全一致。 4.2 外加剂4.2.1 减水剂种类 表8 可见，不同品种高效减水剂同一水泥的净浆流动度影响不同，氨基磺酸盐和新型三聚氰胺高效减水剂对水泥的饱和掺量均比萘系高效减水剂的掺量小。 4.2.2 复合型外加剂 复合型混凝土外加剂的各组分对混凝土坍落度及其损失影响差别较大，本试验所用水泥配制的混凝土来选择泵送剂的配方，表9 的试验结果知，对坍落度及其损失影响最大的是减水剂组分A ，配方组成可考虑A2B3C2 。同时可看出，复合型外加剂较单掺萘系减水剂具有更好的性能。 表10 可看出，不同组成的泵送剂对混凝土的坍落度及其损失具有不同的影响，同一泵送剂对不同水泥的影响也较大。4.2.3 缓凝组分、保坍组分 混凝土泵送剂组成中的缓凝、保塑组分对混凝土坍落度及其损失的影响很大。表11 可见，不同缓凝保塑组分、同一缓凝保塑组分的不同掺量对混凝土坍落度及其损失都会有不同的影响。 4.2.4 膨胀剂、掺合料、纤维 优质的粉煤灰和矿渣微粉可减小坍落度损失；PNC 膨胀剂能减小混凝土的坍落度损失，而市场的混凝土膨胀剂往往会使混凝土坍落度损失增大。掺加纤维，减水剂的用量要增加20 %以上。4.3 混凝土的制备———试验方法、生产 在混凝土设计生产中，影响正确选择混凝土外加剂的几个主要问题： ① 对保罗米公式的不正确认识———认为保罗米公式不再适用，这实际上要完全放弃混凝土配合比设计的“根本”； ② 一味追求“好的外加剂”不考虑混凝土强度等级等各方面要求，不去按混凝土性能进行混凝土配合比设计，不去考虑正确、合理分配各方利益； ③ 混凝土外加剂是万能的———不能正确分析和处理影响混凝土性能的各方面因素，一切问题由混凝土外加剂厂解决； ④ 混凝土外加剂生产厂不合理的竞争。4.3.1 外加剂的添加顺序 如何很好地解决商品混凝土坍落度经时损失非常重要。泵送剂的分次掺加或后掺法，是非常有效的方法，在浇灌混凝土前掺入部分泵送剂能很好地体现出后掺法的效果，实际上，这种方法是避开了经时损失。这种掺加方法有很多优点，但实施有点难度，往往不被重视。4.3.2 混凝土配合比设计 混凝土配合比设计对外加剂的掺加量影响较大。混凝土外加剂生产厂家较多，市场竞争激烈，为混凝土生产企业追求最大利益提供了条件。较突出的表现是：非常少的胶凝材料用量(如用P·O32.5 配制C30 泵送商品混凝土，胶凝材料用400kg/ m3 ) ，较小的水胶比，假定较大的混凝土密度(如：C30 混凝土假定2480kg/ m3) ，这样的要求意味选用的泵送剂减水率要达到20 %以上。这些难题要前来竞争外加剂的厂家来解决，如果达不到要求就被认为外加剂与水泥的适应性不好。4.3.3 试验环境 环境的温湿度对混凝土坍落度损失的影响较大，考察外加剂对水泥的适应性时应考虑这一因素。4.3.4 试验方法 由于试验方法选择的不合理也会错误判断外加剂与水泥的适应性。选用的试验方法，是采用混凝土、净浆，还是砂浆试验? 选用的试验材料，主要是指使用基准水泥、工程用水泥，还是试验室常用水泥?选用的混凝土配合比，是试验室常用配合比，还是工地用配合比? 是人工拌制，还是机械拌制? 试验设备状况如何，是否涮盘? 一次试验用混凝土量是多少?测坍落度损失的方法(动态静态) 与条件等。要正确认识试验室试验结果与搅拌楼生产的区别。5 适应性不好的控制措施5.1 水泥生产厂家：应保证出厂水泥各项指标满足国标的前提下，确保各项指标的稳定，使外加剂更好地适应水泥变化。5.2 混凝土公司：尽量避免如下现象： ①水泥供应不及时，临时改换了水泥； ②临时更换掺合料、膨胀剂；③泵送剂供应不及时，临时改换了泵送剂； ④不同外加剂厂家的产品被放入同一罐中； ⑤使用不过筛而含有大量泥块的骨料等。5.3 混凝土外加剂厂家：生产质量稳定的外加剂，科学设计泵送剂，复配外加剂时，正确选用高效减水剂的品种、掺量，正确选用有机、无机缓凝剂、保塑剂等组分。5.4 配制混凝土不能只注重节省费用，而无视水泥、掺合料等对外加剂掺量的实际需求，只管强调传统观念上或自己习惯的水泥或掺合料固定值，对外加剂提出过分的要求。5.5 合理科学设计混凝土配合比，适当提高混凝土拌合物的初始坍落度，适当增加外加剂掺量，条件许可时可以采用外加剂分次或后加法等。6 结束语 水泥与混凝土外加剂的适应性问题是比较复杂的，除了技术性问题外，还有许多人为因素，可通过水泥制造者、混凝土外加剂厂以及混凝土配制者等部门共同协作解决。

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