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            影響水泥與外加劑相容性的因素

            2007-04-30 00:00
            隨著預(yù)拌混凝土的飛速發(fā)展.混凝土配合比設(shè)計(jì)除了考慮混凝土強(qiáng)度、耐久性之外,還更注重其工作性能,水泥與減水劑的相容性是影響混凝土工作性的重要因素。水泥與外加劑相容性不好.可能是外加劑的原因,可能是水泥品質(zhì)的原因.也可能是使用方法造成的,或幾種因素共同起作用引起的。在實(shí)際工作中,若不能分辨出確切原因.容易引起各方的爭(zhēng)議。本文從水泥熟料礦物組成、燒成溫度和燒成速度、冷卻制度,混合材種類(lèi)和品質(zhì).堿含量和fCaO含量,石膏的種類(lèi)和存在形式.水泥比面積和顆粒分布,水泥新鮮度、溫度等方面對(duì)水泥與減水劑間相容性問(wèn)題進(jìn)行分析.并提出改善水泥與外加劑問(wèn)相容性的一些方法和思路。 
            1  水泥熟料礦物組成及工藝制度的影響 

            1.1  熟料四種主要礦物含量的影響     
            四種礦物對(duì)減水劑吸附量由大到小的順序?yàn)镃3A>C4F>C3S>C2S。尤其C3A的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他三種熟料礦物。這是因?yàn)闇p水劑主要吸附在水化產(chǎn)物上,吸附量與其水化產(chǎn)物的數(shù)量和表面性質(zhì)有關(guān).凡水化快,水化產(chǎn)物比表面大的熟料礦物.吸附量就大,而使溶液中的減水劑大大減少。C2A的水化速度最快。C4F,C3S次之,C2S最慢,C2A的水化產(chǎn)物比面積大。所以含C2A多的水泥,減水劑的適應(yīng)性差。 

            1.2熟料燒成溫度和燒成速度     
            高溫?zé)傻氖炝吓c低溫?zé)傻氖炝媳憩F(xiàn)出的性能不同,高溫快燒的熟料.硅酸鹽礦物固熔較多其他組分(如C3S固熔A120,、Fe20,、Mg0等形成A礦),這增加了硅酸鹽礦物的含量及性能.提高了水化活性.并使C2A與CAF含量減少。其固熔量隨溫度的升高及燒成速度的加快而增大。故高溫快燒的熟料,A礦發(fā)育良好,尺寸適中.邊棱清晰,水泥強(qiáng)度較高,與外加劑相容性好。低溫?zé)傻氖炝希杷猁}礦物活性較差,水泥強(qiáng)度較低,并且由于C2S固熔Al:03、Fe20,減少,熟料礦物中析晶出來(lái)C2A與C4AF較多,水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大.與外加劑相容性差。 

            1.3冷卻制度的影響     
            熟料在較高溫度范圍(1 450℃:~l 200 ℃的快速冷卻,有利于A(yíng)礦保持良好的晶型,C2S粉化,硅酸鹽礦物活性較高:溶劑礦物多以玻璃體存在,大量減少C2A與C4F的析晶,因而對(duì)于快冷熟料,即使C2A與C4AF計(jì)算含量較高.由于大部分以玻璃體存在,所磨制的水泥仍與外加劑相容性好。凝結(jié)時(shí)間正常,水泥強(qiáng)度較高。慢速冷卻時(shí),熟料中β—C2S轉(zhuǎn)變?yōu)棣靡籆2S,礦物活性降低,C2A與CAF大量析晶,水泥與外加劑相容性差。 

            2  混合材料種類(lèi)和品質(zhì)的影響     
            混合材對(duì)減水劑具有吸附作用。由吸附量實(shí)驗(yàn)得知.作為水泥混合材的吸附量由大到?。话銥槊喉肥?gt;粉煤灰>礦渣。摻礦渣的水泥適應(yīng)性?xún)?yōu)于摻煤矸石的。一般來(lái)說(shuō)火山灰質(zhì)混合材具有較大的內(nèi)表面積。故吸附量大.不同品質(zhì)的粉煤灰適應(yīng)性差異很大。優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、超細(xì)粉煤灰適應(yīng)性好;粗粉煤灰、含碳量大的吸附量大.適應(yīng)性差。     

            粉煤灰:粉煤灰為多孔性的中空?qǐng)A球體,優(yōu)質(zhì)的粉煤灰含有大量球形度良好的玻璃體.由于球形玻璃體的“滾珠效應(yīng)”.可以改善水泥的流變性能,提高水泥與外加劑的適應(yīng)性。粗粉煤灰和含碳量大的粉煤灰中含有較多未燃盡的碳.而未燃燼的碳具有多孔結(jié)構(gòu),能吸附大量的減水劑和水分.這種“吸附效應(yīng)”使水泥與減水劑的相容性變差。     

            礦粉:粒化高爐礦粉除具有膠凝性和火山灰性,還具有微填充效應(yīng)?;炷馏w系可理解為連續(xù)級(jí)配的顆粒堆積體系。粗集料間隙由細(xì)集料填充.細(xì)集料間隙由水泥顆粒填充.水泥顆粒之間的間隙則由更細(xì)的集料填充.礦渣微粉的細(xì)度比水泥顆粒細(xì).在取代了部分水泥以后.這些小顆粒填充在水泥顆粒間的空隙中.置換期問(wèn)的的填充水.因而使拌和物的表面水相應(yīng)大量增加,促進(jìn)了混凝土流動(dòng)性的改善。同時(shí),由于磨細(xì)礦渣的需水性低于硅酸鹽水泥.因而替代部分水泥后所形成的膠凝體系的總需水量下降.富余的水分有利于提高混凝土的流動(dòng)性。這就是礦渣的微填充效應(yīng),它有助于提高水泥與外加劑的相容性。 

            4  作為水泥調(diào)凝劑石膏品種和摻加量的影響    

             (1)石膏的種類(lèi)對(duì)其與減水劑相容性的影響也很大.因?yàn)椴煌N類(lèi)石膏的溶解速度和溶解度差別較大.他們對(duì)水泥的緩凝作用不同,而對(duì)水泥與減水劑相容性影響也不同。天然二水石膏與高效減水劑適應(yīng)性好.硬石膏有不利的影響應(yīng)限制,工業(yè)副產(chǎn)品石膏中的某些微量成分可能使水泥與高效減水劑的相容性變差。    ’     

            (2)水泥中S03含量及石膏的形態(tài)影響與外加劑的適應(yīng)性。在水泥凝結(jié)時(shí)間可以接受的范圍內(nèi),適當(dāng)提高水泥中S02含量有利于改善水泥與高效減水劑相容性,適宜的S02含量應(yīng)根據(jù)水泥中C3A、堿含量和比面積來(lái)確定。 

            3水泥含堿量和fCaO含量的影響    

            3.1水泥堿含量     
            水泥的堿含量主要是指水泥中Na20和K20的含量。堿含量對(duì)水泥與減水劑的適應(yīng)性會(huì)產(chǎn)生很大的影響。堿的存在使水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大,使水泥水化速度加快,減水劑的塑化效果變差,含堿量越高,水泥與減水劑的適應(yīng)性越差.還將導(dǎo)致混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失增大。目前國(guó)內(nèi)最普遍使用的是萘系高效減水劑.而堿含量是控制萘系減水劑與水泥相容性良好的關(guān)鍵因素之一。2000年在法國(guó)召開(kāi)的第六屆國(guó)際化學(xué)外加劑會(huì)議上.我國(guó)留學(xué)生姜施平博士等,發(fā)表的文章指出:水泥的可溶性堿含量、細(xì)度、C,A含量和石膏類(lèi)型.是控制摻萘系減水劑水泥漿和混凝土流變性能的關(guān)鍵參數(shù)。最佳可溶性堿含量在0.4%~0.6%當(dāng)量的Na20。萘系減水劑在水泥顆粒上的吸附率和水泥水化速率受這些參數(shù)影響.它們控制混凝土流動(dòng)度的損失速率。使用可溶性堿含量低的水泥時(shí),不僅當(dāng)減水劑劑量不足時(shí)坍落度損失較快.且當(dāng)劑量稍高于飽和點(diǎn)時(shí).又會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的離析和泌水。 

            3.2水泥fCaO含量     

            水泥fCa0含量高明顯影響與外加劑的適應(yīng)性。這一點(diǎn)國(guó)內(nèi)資料報(bào)道的少.據(jù)國(guó)外及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得知,這一影響不可忽視。    5  水泥比面積和顆粒分布的影響 

            水泥顆粒對(duì)減水劑分子的吸附與水泥的比表面積有關(guān).在摻加減水劑的水泥漿體中,水泥顆粒越細(xì),意味著其比表面積越大,減水劑在相同摻量情況下,對(duì)于細(xì)度大的水泥.其塑化效果要差一些;同時(shí),比表面積越高時(shí).水泥與水接觸的面積越大,水泥顆粒表面形成水膜所需水量就大,相同水灰比條件下,顆粒之間的自由水相應(yīng)減少.水泥漿體流動(dòng)性變差,水泥與減水劑適應(yīng)性不好:另外,水泥比表面積越大,意味著水泥細(xì)顆粒多。水泥與水早期反應(yīng)速度加快,水化產(chǎn)物絮狀結(jié)構(gòu)形成快.水泥漿體流動(dòng)性差,水泥與減水劑相容性不好。     

            水泥的顆粒分布對(duì)水泥與減水劑的適應(yīng)性影響包括兩方面。一方面,水泥均勻性系數(shù)大時(shí),顆粒分布范圍窄.其堆積空隙率大,需要更多水來(lái)填充這些空隙.自由水相應(yīng)減少,外加劑摻量大,水泥與外加劑適應(yīng)性差.均勻性系數(shù)小時(shí),情況正好相反。另一方面,水泥顆粒平均粒徑小時(shí),水泥中細(xì)粉較多,比面積較大.水泥與外加劑相容性不好。 

            6水泥新鮮度的影響     

            水泥的新鮮度是一個(gè)與水泥儲(chǔ)存時(shí)間、環(huán)境的溫度、濕度有關(guān)的概念。儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、儲(chǔ)存環(huán)境的溫度、濕度高,水泥與高效減水劑的相容性提高。這是因?yàn)樾迈r水泥干燥度高,正電性較強(qiáng),對(duì)減水劑吸附大,降低了減水劑對(duì)其的塑化效果.使水泥漿體流動(dòng)性大大降低。這一點(diǎn)對(duì)配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土尤其明顯。 

            7水泥溫度的影響     
            水泥粉磨溫度高.二水石膏脫水成半水石膏和硬石膏.而半水石膏和硬石膏較二水石膏溶解度下降,不能有效阻止水泥快速水化生成絮凝結(jié)構(gòu).減水劑對(duì)其的塑化作用差.混凝土坍落度損失也快.水泥與高效減水劑相容性差。控制粉磨溫度為110~120℃為宜:出廠(chǎng)水泥溫度高.水泥水化反應(yīng)速度快.水泥與減水劑適應(yīng)性差。 

            8  結(jié)束語(yǔ)     

            采取以下方法可提高水泥與外加劑的相容性     
            1)合理選擇熟料礦物組成。提高燒成溫度和速度.熟料采用急冷:    
             2)選擇品質(zhì)好的水泥混合材和石膏;     
            3)在滿(mǎn)足早期強(qiáng)度要求下,降低水泥比面積,選擇合理的顆粒分布:     
            4)降低水泥堿含量和fCaO含量;     
            5)延長(zhǎng)水泥儲(chǔ)存時(shí)間,降低水泥新鮮度;     
            6)降低水泥粉磨和出廠(chǎng)(使用)時(shí)的溫度???nbsp;

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