水泥與水泥土外加劑的雙向適應性 |
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2016-02-29 11:07:40 |
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近年來，特別是高強高性能混凝土、泵送混凝土已經在工程中得到了廣泛應用，此時外加劑與水泥的適應性問題對于工程質量顯得更加突出。在某些時候，如果單純依靠調整外加劑的配方來適應某個特定水泥，技術上是很難實現的。這樣做不但解決不了問題，反而增加了外加劑的成本。例如，對于“欠硫化水泥”即使幾倍甚至幾十倍的添加緩凝劑也解決不了其坍落度操作損失太快的問題。于是國內外的有識之士就提出了“雙向適應”的問題。也就是說不僅要求外加劑適應水泥，同時也要求水泥通過調整其熟料礦物組成、細度及顆粒級配等來適應外加劑，使水泥與外加劑雙向適應。確實，混凝土的性能不僅取決于水泥的性能，也取決于外加劑的性能，更取決于二者之間的“相容性”。工程實際和科學研究證明只有“雙向適應”，才能配制出性能優(yōu)異施工方便的混凝土。
總體來講，影響水泥與外加劑適應性的因素包括三個方面:一是水泥方面，其主要因素包括:水泥礦物成份、石膏種類及摻量、堿含量、游離氧化鈣含量、混合材料種類及摻量、細度及顆粒組成、制成時間(新鮮程度)和溫度等。二是外加劑方面。如高效減水劑的化學成份，分子量、交聯度、磺化程度和平衡離子度，以及緩凝劑的種類與用量等:三是環(huán)境條件，如濕度、溫度、時間等。
1.適應性問題中水泥方面的因素
1.1水泥熟料礦物成分:水泥熟料中四大礦物成分C3S、C2S， C3A、C4AF對外加劑的吸附能力是不一樣的。經研究發(fā)現其中C3A對減水劑的吸附量遠高于其它礦物成分，依次是C3A>C4AF>C3S>C2S，其原因主要取決于水泥水化速度及水化產物的比表面積。
由于C3A水化速度快，它對減水劑的吸附量也最大，因此，從適應性上講，水泥熟料礦物中C3A的含量應量盡低一些，而C3S含量高一些較為有利。
1.2石膏的種類和摻量:當水泥粉磨溫度過高，所摻加二水石膏會部分脫水較變?yōu)榘胨啵@就容易導致水泥凈漿發(fā)生快凝而影響與減水劑的適應性。石膏摻量過少，當水泥中SO3含量較低時，使用減水劑時會產生坍落度損失很大，甚至急凝現象。
1.3混合材料的種類:不同種類混合材料對減水劑的吸附產生不同影響，礦渣對萘系減水劑的吸附量小于煤矸石，因此一般情況下摻礦渣的水泥對減水劑的適應性優(yōu)于摻煤矸石的水泥。摻火山灰的水泥與減水劑的適應性較差，主要表現流動性差，經過損失也大。而摻不同品種粉煤灰時水泥與減水劑的適應性差異較大。使用優(yōu)質粉煤灰(含碳量≤5% )時塑化效果好，而使用粗粉煤灰，含碳量>5%的粉煤灰時塑化效果差。
1.4堿含量:隨著水泥堿含量的增大，高效減水劑對水泥的塑化效果變差。還會導致砼凝結時間縮短和坍落度損失變大，并存在有堿——骨料反應的潛在危險。應盡量使用堿含量≤0. 6%的低堿水泥。
1.5f-CaO：立窯由于其燒成溫度低等工藝條件所限，熟料中f-CaO含量較高，燒成質量不穩(wěn)定，總體上其與減水劑的適應性不如旋窯。
1.6水泥細度及顆粒組成:水泥中粗細顆粒級配恰當，則可得到良好的流變性能。水泥中3~30μm的顆粒主要起強度增長作用，而大于60μm的顆粒則對強度不起作用，因此3~30μm以下的顆粒只起早強作用。但顆粒小于10μm的需水量大，因此流動性能好的水泥10μm以下的顆粒應當少于10%。我國多數水泥的生產只考慮細度，甚至用增加比表面積來提高水泥強度。在我國目前的多數生產條件下，水泥顆粒越細，細顆粒越多，需水量越大。需水量增大，必將加劇混凝土的坍落度損失。
一般情況下隨著水泥細度的提高，水泥顆粒比表面積增加，對減水劑的吸附量越大，減水塑化的效應就降低，而且經時損失也會增加。
1.7水泥制成時間及溫度:制成時間短的水泥有時溫度較高，其對減水劑塑化作用影響較大，所以使用剛出磨和出磨溫度較高(≥50℃)的水泥，就會出現減水率低，坍落度損失快的現象。因此，盡量使用陳放時間稍長的水泥，就可避免出現上述現象。
2.外加劑方面的影響因素
外加劑對適應性的影響，首先是高效減水劑的品質與性能，化學成分、分子量、交聯度、磺化程度和平衡離子等。目前商用高效減水劑主要是萘系減水劑和三聚氰胺減水劑。前者用量最大，其中萘系減水劑中硫酸鈉含量是影響其性能的一個重要指標，硫酸鈉含量高減水效果差，坍落度損失相應增大。
值得注意的是，有些生產廠家為了降低成本，提高競爭能力，采取了不正當的手段:一是使用品位低的粗萘，部分或全部取代高品位的工業(yè)萘;二是萘系減水劑中摻入成本較低的木鈣，致使減水劑的質量下降。
隨著科學技術的發(fā)展，目前學術界已研發(fā)出新型的聚羧酸鹽系減水劑，氨基磺酸鹽系減水劑用于工程實際，其與水泥具有很好的適應性。在考慮外加劑與水泥的適應性時，對流態(tài)高強泵送混凝土常常必須同時考慮外加劑與礦物摻合料(如磨細礦渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉、膨脹劑等)的適應性。
3.環(huán)境條件的影響因素
在考慮水泥與外加劑的適應性能時，離不開一定的環(huán)境條件，最主要的有溫度、時間、濕度等。如泵送砼坍落度值會隨時間的延長而損失，會隨溫度的增加而加大損失速率，早強劑會隨濕度的降低而損失強度等等。
結束語
外加劑與水泥的適應性問題由來已久，要從根本上認識和解決還需要有個過程。只要外加劑及水泥的生產開發(fā)部門都重視起來，加強相互的交流和協作，采取切實可行的有效措施，通過改善和提高減水劑與水泥的適應性以避免因適應性而對工程造成的危害是完全可以做到的。
——摘自《中國水泥協會》