改善水泥与混凝土外加剂相容性的技术措施_混凝土外加剂技术措施

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改善水泥与混凝土外加剂相容性的技术措施

随着预拌混凝土的飞速发展，混凝土设计除了虑混凝土强度、耐久性之外，还要注意其施工性；改善施工性能的主要措施是掺加外加剂，同时还在水泥与外加剂是否相适应的问题。水泥与外加不相适应主要表现在：混凝土坍落度经时损失大，凝土凝结过快，甚至造成混凝土结构出现裂缝等况，影响混凝土工作性能。外加剂作为混凝土的组部分，所占的比例虽然很小，但是对混凝土的性能影响很大，它能够明显提高混凝土的坍落度，调节结时间，从而很好改善混凝土施工性能，节约生产本、提高经济效益。水泥与混凝土外加剂相容性不，可能是外加剂本身质量问题，也可能是水泥品质原因及施工时使用方法不当造成的。采取相应的术措施，改善水泥与混凝土外加剂相容性，也是水企业所要面对的问题，因为它关系到企业市场占率和企业经济效益。

1.存在的问题

2007年10月16日山东临沂市某搅拌站使用我司生产PO42.5级水泥预拌混凝土，用户反应使用批次水泥配制混凝土经时流动度损失大，不利于凝土的运输和工地施工。虽然搅拌站采取相应技措施，如增加外加剂掺量，适当提高水灰比等措，但效果不理想，特别是10月18日预拌混凝土到达施工现场施工时发生急凝现象，导致工程被迫中断施工，不得不拆除已施工的路面重新施工，造成相当大的经济损失，同时也影响公司和搅拌站的声誉。好在发现问题及时，该搅拌站共进该批次水泥3000t，只用去500t左右，损失相对较小。双方共同取样进行全套水泥物理检验，但检测结果各项指标均符合GB175-1999标准，即水泥质量没有问题。经进一步了解发现，搅拌站为降低生产成本，刚刚更换了外加剂生产厂家，很有可能是水泥与混凝土外加剂不相适应造成的。为验证这一判断，我们和搅拌站一起使用原来和现在的使用外加剂做水泥净浆流动度对比试验，两种外加剂掺量均按水泥质量的1.5%，原来使用的外加剂水泥净浆初始流动度为2110mm，600min后水泥净浆流动度为1740mm，经时流动度损失为370mm；而现在正使用的外加剂水泥净浆初始流动度为2130 mm，600min后水泥净浆流动度为1490mm，经时流动度损失为640mm，试验结果发现 正在使用的外加剂经时流动度损失大，表明水泥与混凝土外加剂相容性差。

2原因分析及采取技术措施

众所周知，水泥水化反应需要小于水泥质量25%的水量，但水泥遇到水会形成絮状结构将水包裹在里面，因此为了使水泥水化更完全和提高混凝土施工性能，需要加入更多的水。外加剂的加入能够在水泥颗粒表面定向性吸附，使水泥颗粒带相同电荷相互排斥而分离开来，从而释放出水泥絮状结构包裹的水分，使更多的水参与水化反应，提高其施工性能。水泥颗粒对外加剂吸附性的大小及外加剂耗量的大小，均能反应出水泥与外加剂适容性的好坏。外加剂与水泥不相适应的问题主要表现在外加剂对水泥工作性能改善不明显。这既有外加剂本身质量问题，也与水泥矿物组成、煅烧状况、石膏掺量、水泥细度和混合材种类、石膏品种和掺量、水泥粉磨温度、水泥新鲜度有关。虽然水泥物性检验均合格，但发生此次凝结时间异常也有水泥因素在里面。因查对原始生产控制记录和化验台帐发现，这批水泥的出磨水泥温度过高，连续18 h出磨水泥温度超过130℃，因此导致二水石膏绝大部分转化为无水石膏，无水石膏的溶解速度最慢，尽管水泥中有石膏提供足够的SO3含量，但仍不足以抑制C3A的早期水化发生急凝现象，导致水泥浆的流动性能变差。

2.1调整熟料矿物组成水泥熟料四种主要矿物C3S，C2S，C3A，C4AF，它们对外加剂的吸附能力是不一样的，其吸附顺序为：C3A>C4AF>C3S>C2S。其原因是：铝酸盐矿物在水化初期其电动势是正值，能吸附较多的阴离子型的外加剂；而硅酸盐矿物（C3S和C2S）在水泥水化初期其电动势为负值，吸附阴离子型的外加剂的能力较弱。为提高水泥与外加剂的相容性，应适当提高熟料矿物中硅酸盐矿物（C3S+C2S）的含量，降低铝酸盐矿物的含量，特别是C3A的含量。我公司为提高熟料早期强度，曾经提高过C3A含量[即w(C3A)由8.1%提高到9.9%]。为此对熟料矿物进行重新调整，熟料三率值由KH=0.89±0.02，SM=2.65±0.1，IM=1.60±0.1调整

为：KH=0.91±0.02，SM=2.70±0.1，IM=1.50±0.1，且控制熟料中w(Al2O3)=4.8%~5.0%，w(Fe2O3)=3.2%~3.4%，使熟料中w（C3A）值控制在8%以下。

2.2石膏的品种和掺量

石膏作为水泥的缓凝剂，遇水后溶解为Ca2+、SO42-，如果在水泥水化初期能抑制C3A水化速率，水泥和混凝土就能得到所需要的工作性能，因此水泥中硫酸盐的数量和溶解度至关重要。但不同品质，不同形态的石膏溶解度和溶解速度差异很大，它们对水泥的缓凝作用不同。二水石膏应用的最多，但它的溶解度和溶解速度不是最大的，因此在生产中要控制好出磨水泥温度。水泥磨内温度偏低时产生半水石膏少，不能抑制C3A的早期水化，导致急凝，与外加剂相容性变差；水泥磨内温度偏高时几乎全部二水石膏都转化为硬石膏，易导致水泥假凝；水泥磨内温度适当高，使部分二水石膏转化为溶解速度大的半水石膏，能很好地抑制C3A的早期水化，与外加剂适应性好。同时水泥中石膏的掺量对外加剂也有影响，在水泥凝结时间控制范围内，适当提高水泥中SO3的含量，有利于改善水泥与外加剂的相容性，但适宜的SO3含量应根据水泥中C3A的含量、碱含量、水泥比表面积及生产水泥的品种来确定。通过以上分析可知，由于熟料中C3A量上升，而生产中水泥SO3控制指标并没有及时做出相应提高，导致水泥凝结时间缩短；再加上粉磨温度过高，二水石膏转化为溶解速度小的无水石膏，导致水泥凝结时间不正常。为此在调整熟料三率值的基础上，通过实验确定w(SO3)控制指标由2.2%±0.2%调整为2.5%±0.2%，同时对磨机筒体采用淋水的方法，使出磨水泥温度控制在120~130℃。

2.3水泥细度及颗粒级配

在外加剂掺量相同的条件下水泥颗粒越细，其比表面积越大，外加剂对其的塑化效果要差些。因为比表面积越大时，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，在相同水灰比的情况下，水泥颗粒之间的自由水就相应减少，水泥浆体流动性变差；同时水泥比表面积越大，水泥早期水化速度越快，絮状水化产物形成越快，水泥浆体流动性变差，同样导致水泥与外加剂相容性变差。水泥颗粒级配也对外加剂有影响，水泥颗粒平均粒径过小时，水泥中的细粉较多，比表面积大，与外加剂相容性差；而水泥颗粒平均粒径过大时，水泥净浆泌水性增大，同样与外加剂相容性变差。公司为提高水泥早期强度，采取提高水泥比表面积的技术措施，这样不但因水泥比表面积过大，产生水泥与外加剂不相适应的问题；而且在研磨比表面积过大的水泥时，研磨温度会上升，导致更多的二水石膏转解成无水石膏，进一步导致水泥与外加剂相容性变差。为此调整出磨水泥比表面积控制指标由（370±10）m2/kg降为（350±10）m2/kg。

2.4延长水泥出库时间

刚磨制的水泥比较干燥，温度高，正电性较强，与水化合快，对外加剂吸附大，降低了外加剂对其的塑化效果，与外加剂相容性差。10月份是水泥销售黄金季节，水泥供不应求，库存量少。为此在保证发货量的基础上，增加水泥库存量，搞好均化搭配，相应延长水泥出库时间，降低水泥温度，当水泥库存小于10m时，禁止水泥出库。

2.5调整混合材品种

水泥中混合材的品种、颗粒形貌及掺量对外加剂均有影响。根据试验和实践表明，水泥中混合材对外加剂相容性由差到好的顺序为：煤矸石＜粉煤灰＜矿渣。这是因为火山灰质混合材具有较大的内表面积，对外加剂有吸附性；另外就是不同品质的粉煤灰对外加剂的相容性相差也较大，优质粉煤灰、超细粉煤灰相容性好，粗粉煤灰和含碳量大的粉煤灰对外加剂相容性差。粒化高炉矿渣本身具有胶凝性和火山灰性，磨细的矿渣粉，还具有填充效果，有利于提高混凝土的流动性，与外加剂相容性好；但如果矿渣粉较粗，水泥易泌水，与外加剂相容性差。为此在确保水泥质量不变的情况下，对水泥配比进行了调整。水泥原质量配比为：熟料∶石膏∶矿渣∶炉渣∶粉煤灰∶石灰石=76∶4∶6∶8∶3∶3，调整后为熟料∶石膏∶矿渣∶炉渣∶粉煤灰∶石灰石=76∶4∶9∶4∶3∶4。经检验水泥各项技术指标均符合控制要求。

3结语

（1）生产实践表明，水泥与外加剂相容性的影响因素众多，很多因素之间既相互作用又相互依赖，几乎所有影响水泥与外加剂相容性的因素都与水泥的其他性能有关。

（2）采取以上技术措施后，公司所生产PO42.5级水泥与外加剂相容性进一步加强，得到了混凝土搅拌站的认可，不但使产品牢牢地占稳市场，增强了市场竞争力，而且提高企业的经济效益。