影響水泥與外加劑相容性的因素
http://m.dcyhziu.cn 2007/6/26 源自:中華職工學(xué)習(xí)網(wǎng) 【字體：
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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
四種礦物對減水劑吸附量由大到小的順序為C3A>C4F>C3S>C2S。尤其C3A的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他三種熟料礦物。這是因為減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，因而對于快冷熟料，即使C2A與C4AF計算含量較高．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)時間正常，水泥強(qiáng)度較高。慢速冷卻時，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 混合材料種類和品質(zhì)的影響
混合材對減水劑具有吸附作用。由吸附量實(shí)驗得知．作為水泥混合材的吸附量由大到小．一般為煤矸石>粉煤灰>礦渣。摻礦渣的水泥適應(yīng)性優(yōu)于摻煤矸石的。一般來說火山灰質(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圓球體，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)。混凝土體系可理解為連續(xù)級配的顆粒堆積體系。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)了混凝土流動性的改善。同時，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)石膏的種類對其與減水劑相容性的影響也很大．因為不同種類石膏的溶解速度和溶解度差別較大．他們對水泥的緩凝作用不同，而對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。堿含量對水泥與減水劑的適應(yīng)性會產(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)時損失增大。目前國內(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年在法國召開的第六屆國際化學(xué)外加劑會議上．我國留學(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度的損失速率。使用可溶性堿含量低的水泥時，不僅當(dāng)減水劑劑量不足時坍落度損失較快．且當(dāng)劑量稍高于飽和點(diǎn)時．又會出現(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)國內(nèi)資料報道的少．據(jù)國外及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗得知，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，對于細(xì)度大的水泥．其塑化效果要差一些；同時，比表面積越高時．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．水泥漿體流動性差，水泥與減水劑相容性不好。
水泥的顆粒分布對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，顆粒分布范圍窄．其堆積空隙率大，需要更多水來填充這些空隙．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，情況正好相反。另一方面，水泥顆粒平均粒徑小時，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與水泥儲存時間、環(huán)境的溫度、濕度有關(guān)的概念。儲存時間長、儲存環(huán)境的溫度、濕度高，水泥與高效減水劑的相容性提高。這是因為新鮮水泥干燥度高，正電性較強(qiáng)，對減水劑吸附大，降低了減水劑對其的塑化效果．使水泥漿體流動性大大降低。這一點(diǎn)對配制高強(qiáng)度等級混凝土尤其明顯。
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
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）延長水泥儲存時間，降低水泥新鮮度；
6）降低水泥粉磨和出廠(使用)時的溫度。口
1．1 熟料四種主要礦物含量的影響
四種礦物對減水劑吸附量由大到小的順序為C3A>C4F>C3S>C2S。尤其C3A的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他三種熟料礦物。這是因為減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，因而對于快冷熟料，即使C2A與C4AF計算含量較高．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)時間正常，水泥強(qiáng)度較高。慢速冷卻時，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 混合材料種類和品質(zhì)的影響
混合材對減水劑具有吸附作用。由吸附量實(shí)驗得知．作為水泥混合材的吸附量由大到小．一般為煤矸石>粉煤灰>礦渣。摻礦渣的水泥適應(yīng)性優(yōu)于摻煤矸石的。一般來說火山灰質(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圓球體，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)。混凝土體系可理解為連續(xù)級配的顆粒堆積體系。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)了混凝土流動性的改善。同時，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)石膏的種類對其與減水劑相容性的影響也很大．因為不同種類石膏的溶解速度和溶解度差別較大．他們對水泥的緩凝作用不同，而對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。堿含量對水泥與減水劑的適應(yīng)性會產(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)時損失增大。目前國內(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年在法國召開的第六屆國際化學(xué)外加劑會議上．我國留學(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度的損失速率。使用可溶性堿含量低的水泥時，不僅當(dāng)減水劑劑量不足時坍落度損失較快．且當(dāng)劑量稍高于飽和點(diǎn)時．又會出現(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)國內(nèi)資料報道的少．據(jù)國外及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗得知，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，對于細(xì)度大的水泥．其塑化效果要差一些；同時，比表面積越高時．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．水泥漿體流動性差，水泥與減水劑相容性不好。
水泥的顆粒分布對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，顆粒分布范圍窄．其堆積空隙率大，需要更多水來填充這些空隙．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，情況正好相反。另一方面，水泥顆粒平均粒徑小時，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與水泥儲存時間、環(huán)境的溫度、濕度有關(guān)的概念。儲存時間長、儲存環(huán)境的溫度、濕度高，水泥與高效減水劑的相容性提高。這是因為新鮮水泥干燥度高，正電性較強(qiáng)，對減水劑吸附大，降低了減水劑對其的塑化效果．使水泥漿體流動性大大降低。這一點(diǎn)對配制高強(qiáng)度等級混凝土尤其明顯。
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
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）延長水泥儲存時間，降低水泥新鮮度；
6）降低水泥粉磨和出廠(使用)時的溫度。口
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