談山東地區(qū)混凝土外加劑與水泥的相容性
2006-06-15 00:00
[摘 要] 本文主要針對山東地區(qū)的水泥和混凝土外加劑的實際情況，分析二者的適應(yīng)性不好的表現(xiàn)及影響二者適應(yīng)性的因素，提出改善的措施。
[關(guān)鍵詞] 水泥； 混凝土外加劑； 適應(yīng)性； 試驗方法； 控制措施
1 前言
山東省是水泥大省，水泥廠家多，有的廠家有幾個分廠和多個粉磨站，水泥質(zhì)量參差不齊。此外，山東地區(qū)混凝土外加劑廠家多，許多小廠根本沒有任何產(chǎn)品質(zhì)量保證措施，產(chǎn)品質(zhì)量存在許多問題，市場也比較混亂。因此，商品混凝土質(zhì)量問題時有發(fā)生，而水泥與外加劑的相容性問題則是影響商品混凝 土質(zhì)量的重要因素。
我們對山東地區(qū)的濟南、青島、臨沂、濱州、棗莊、德州、聊城、濟寧、泰安、淄博等地的水泥與混凝土外加劑的相容性進(jìn)行了試驗研究，探討了影響外加劑與水泥適應(yīng)性的因素，并提出了解決這一問題的切實可行的有效措施。本文主要探討外加劑對水泥混凝土工作性能的影響來分析二者的相容性問題。
2 外加劑與水泥適應(yīng)性的定義與試驗方法
外加劑和水泥的相容性應(yīng)該是“雙向適應(yīng)”，而山東地區(qū)實際上還是單純強調(diào)外加劑對水泥的適應(yīng)性，即混凝土外加劑如何去適應(yīng)水泥。關(guān)于混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性有多種描述。
《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119 - 2003附錄A 規(guī)定了混凝土外加劑對水泥的適應(yīng)性檢測方法。其主要內(nèi)容是：對某種水泥需選擇外加劑時，每種外加劑應(yīng)分別加入不同摻量；對某種外加劑選擇水泥時，每種水泥應(yīng)分別加入不同摻量的外加劑。對不同品種外加劑，不同摻量應(yīng)分別進(jìn)行試驗。繪制摻量為橫坐標(biāo)，流動度為縱坐標(biāo)的曲線。其中飽和點(外加劑摻量與水泥凈漿流動度變化曲線的拐點) 外加劑摻量低、流動度大，流動度損失小的外加劑對水泥的適應(yīng)性好。
① 按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，將經(jīng)檢驗符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的某種外加劑，摻入到按規(guī)定可以使用該種外加劑且符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的水泥中，外加劑在所配制的混凝土(或砂漿) 中若能產(chǎn)生應(yīng)有的作用效果，則稱該外加劑與水泥相適應(yīng)；若外加劑的作用效果明顯低于使用基準(zhǔn)水泥的檢驗結(jié)果，或者摻入水泥中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則稱該外加劑與水泥適應(yīng)性不良或不適應(yīng)。
② 按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，將經(jīng)檢驗符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻加到用按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥所配制的混凝土(或砂漿) 中，若能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就認(rèn)為該水泥與這種外加劑是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，則該水泥與這種外加劑不適應(yīng)。
③ 水泥與減水劑的適應(yīng)性影響到混凝土硬化前，硬化過程中和硬化后的性能。涉及電化學(xué)、表面化學(xué)、水泥化學(xué)和高分子化學(xué)諸方面相互影響，十分復(fù)雜。大體上可用3 項指標(biāo)衡量，即：初始流動度，是否有明晰的飽和點和流動度損失大小。國內(nèi)用水泥凈漿流動度方法進(jìn)行檢測。
④ 作者認(rèn)為，應(yīng)從實際應(yīng)用來考慮，以在外加劑和水泥系統(tǒng)中，摻入某種功能性外加劑能否達(dá)到預(yù)期的效果來表示外加劑與水泥是否適應(yīng)。GB50119 -2003 的方法有時會出現(xiàn)誤判。最直觀地應(yīng)進(jìn)行混凝土試驗，通過新拌混凝土的坍落度及坍落度損失、保水性、粘聚性等及硬化混凝土的強度和耐久性來綜合評定。快速測定方法建議采用《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》GB/ T8077 - 2000 測定膠砂的減水率或流動度；或者水泥凈漿流動度及損失來判定。
3 適應(yīng)性不好的表現(xiàn)
外加劑與水泥的適應(yīng)性不好有以下表現(xiàn)：
① 混凝土的攪拌過程中出現(xiàn)異常凝結(jié)(速凝、假凝) ；
② 外加劑在推薦摻量條件下，混凝土拌合物初始流動性很差，初始坍落度明顯達(dá)不到設(shè)計要求；
③ 外加劑在推薦摻量，或者在適當(dāng)增大摻量情況下，雖然混凝土拌合物初始流動性良好，初始坍落度能達(dá)到設(shè)計要求，但是坍落度經(jīng)時損失過快；
④ 外加劑在推薦摻量，或者在適當(dāng)增大摻量情況下，雖然混凝土拌合物初始流動性良好，坍落度經(jīng)時損失也較小，但拌合物泌水嚴(yán)重，出現(xiàn)“扒底”現(xiàn)象；
⑤ 當(dāng)高效減水劑和水泥的適應(yīng)性好時，在飽和點以上再增加高效減水劑的摻量，可使混凝土坍落度在長時間保持不損失；當(dāng)高效減水劑和水泥的適應(yīng)性不好時，在飽和點以上再增加高效減水劑的摻量，會導(dǎo)致混凝土泌水和離析。
4 影響外加劑與水泥適應(yīng)性因素
4.1 水泥
4.1.1 水泥生產(chǎn)常用的混合材
常用的混合材有：礦渣、粉煤灰、石灰石粉、沸石、煤矸石、煤渣、爐渣、火山灰、硅錳渣、磷礦渣、增鈣液態(tài)渣、硫酸鋁渣、赤泥、部分金屬尾礦等。沸石、硫酸鋁渣具有極大的內(nèi)比表面積，爐渣、煤矸石不僅含有碳，而且呈多孔結(jié)構(gòu)，吸附性強，都與外加劑的適應(yīng)性較差。
4.1.2 水泥生產(chǎn)用的調(diào)凝劑
常用的調(diào)凝劑：二水石膏、半水石膏、硬石膏、工業(yè)廢石膏(氟石膏、磷石膏等) 、檸檬酸渣、電石渣，工業(yè)廢石膏大都顯微酸性。氟石膏的溶解度要大于天然硬石膏。調(diào)凝劑的溶解度影響水泥的水化速度，不同的調(diào)凝劑影響水泥與外加劑的相容性。
4.1.3 水泥助磨劑
具有對水泥助磨、增強、活性激發(fā)、調(diào)凝、安定、染色、改善水泥性能等多種功能。一般是一些含有極性基團(tuán)如：羥基、胺基、羧基、羰基、及混合基等具有強的吸附和分散能力的表面活性劑。常用的有：油酸、硬脂酸、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、乙二醇胺、木鈣、多聚磷酸鹽等，對水泥與外加劑的相容性有不同程度的影響。
4.1.4 水泥化學(xué)成分———礦物組成
由表1 可見，山東地區(qū)的水泥的特點：
① 堿含量在014 %～018 %內(nèi)，不會影響外加劑與水泥的適應(yīng)性；
② Al2O3 的量差別大，Al2O3/ SO3 為1.7～4.7 ，對水泥的性能影響很大。
C3A 的結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)中鈣離子和鋁離子都具有較大的活性；結(jié)構(gòu)中具有較大的空穴，OH- 離子容易進(jìn)入晶格內(nèi)部。C3A 與水接觸后立即溶解，并且很快在過飽和溶液中形成六方板狀水化物，接著轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的C3AH6 。
4.1.5 水泥溫度
我們用新鮮的水泥進(jìn)行了試驗，試驗結(jié)果見表2 。制成時間短的水泥有時溫度較高，水泥- 外加劑- 水體系的熵值大，水泥水化速度較快，其與減水劑的適應(yīng)性會降低，表現(xiàn)出減水劑減水率低，混凝土的坍落度損失會增大。表2 可見，對試驗用水泥，當(dāng)水泥溫度小于70 ℃時對減水劑的塑化效果影響不大，而當(dāng)水泥溫度超過80 ℃時對減水劑的塑化效果降低明顯。當(dāng)水泥溫度更高時，可能會造成二水石膏脫水變成半水石膏或無水石膏，使減水劑與水泥的適應(yīng)性明顯變差。
4.1.6 水泥的新鮮度- 陳放時間
出磨時間短的水泥，由于粉磨時產(chǎn)生的電荷，顆粒間相互吸附、凝聚的能力較強，另一方面新鮮水泥的正電性強，吸附陰離子型表面活性劑多。因此表現(xiàn)出減水劑減水率低，混凝土的坍落度損失快的現(xiàn)象，與減水劑的適應(yīng)性較差。
4.1.7 水泥廠家的穩(wěn)定性
同一水泥生產(chǎn)廠家，不同時期的水泥的性能差別較大。有的水泥生產(chǎn)廠生產(chǎn)熟料的原材料不夠穩(wěn)定，有的混合材不穩(wěn)定，而有的水泥生產(chǎn)廠只是一粉磨站，由于各方面的原因使熟料的來源不固定，自已根本左右不了水泥的性能。
表3 可見，對于該水泥，不同的取樣時間，試驗結(jié)果相差非常大。
4.1.8 同一品牌而不同生產(chǎn)廠家
水泥集團(tuán)往往有多家水泥生產(chǎn)廠，生產(chǎn)的水泥為一個品牌，水泥的性能有時相差很大。表4 為同一品牌不同產(chǎn)地的P·O32.5 的凈漿試驗結(jié)果。同一牌號的水泥，只能說明是屬同一集團(tuán)公司的產(chǎn)品，但由于不同的分廠和粉磨站都各有自己的利益，因此，生產(chǎn)水泥所用的熟料、混合材、緩凝劑等原料都各不相同，生產(chǎn)的水泥的性能相差很大。
4.1.9 不同廠家、不同水泥強度等級
4.1.10 不同廠家、同一水泥強度等級
對于不同水泥生產(chǎn)廠的同一強度等級的水泥，凈漿流動度相差較大，有個別樣品感到不正常。實際上，對于生產(chǎn)同一強度等級的水泥，不同廠家所用水泥熟料的強度等級不一定相同，摻合料的品種、用量相差也較大，表現(xiàn)出對凈漿流動度的影響較大。配制的混凝土具有相同的坍落度時，高效減水劑的用量相差較大。有的水泥對萘系高效減水劑的適應(yīng)性非常差“， 吃”外加劑非常厲害。
同時還可以看出，水泥凈漿不能很好反映水泥與外加劑的適應(yīng)性；水泥凈漿流動度和混凝土坍落度不完全一致。
4.2 外加劑
4.2.1 減水劑種類
表8 可見，不同品種高效減水劑同一水泥的凈漿流動度影響不同，氨基磺酸鹽和新型三聚氰胺高效減水劑對水泥的飽和摻量均比萘系高效減水劑的摻量小。
4.2.2 復(fù)合型外加劑
復(fù)合型混凝土外加劑的各組分對混凝土坍落度及其損失影響差別較大，本試驗所用水泥配制的混凝土來選擇泵送劑的配方，表9 的試驗結(jié)果知，對坍落度及其損失影響最大的是減水劑組分A ，配方組成可考慮A2B3C2 。同時可看出，復(fù)合型外加劑較單摻萘系減水劑具有更好的性能。
表10 可看出，不同組成的泵送劑對混凝土的坍落度及其損失具有不同的影響，同一泵送劑對不同水泥的影響也較大。
4.2.3 緩凝組分、保坍組分
混凝土泵送劑組成中的緩凝、保塑組分對混凝土坍落度及其損失的影響很大。表11 可見，不同緩凝保塑組分、同一緩凝保塑組分的不同摻量對混凝土坍落度及其損失都會有不同的影響。
4.2.4 膨脹劑、摻合料、纖維
優(yōu)質(zhì)的粉煤灰和礦渣微粉可減小坍落度損失；PNC 膨脹劑能減小混凝土的坍落度損失，而市場的混凝土膨脹劑往往會使混凝土坍落度損失增大。摻加纖維，減水劑的用量要增加20 %以上。
4.3 混凝土的制備———試驗方法、生產(chǎn)
在混凝土設(shè)計生產(chǎn)中，影響正確選擇混凝土外加劑的幾個主要問題：
① 對保羅米公式的不正確認(rèn)識———認(rèn)為保羅米公式不再適用，這實際上要完全放棄混凝土配合比設(shè)計的“根本”；
② 一味追求“好的外加劑”不考慮混凝土強度等級等各方面要求，不去按混凝土性能進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計，不去考慮正確、合理分配各方利益；
③ 混凝土外加劑是萬能的———不能正確分析和處理影響混凝土性能的各方面因素，一切問題由混凝土外加劑廠解決；
④ 混凝土外加劑生產(chǎn)廠不合理的競爭。
4.3.1 外加劑的添加順序
如何很好地解決商品混凝土坍落度經(jīng)時損失非常重要。泵送劑的分次摻加或后摻法，是非常有效的方法，在澆灌混凝土前摻入部分泵送劑能很好地體現(xiàn)出后摻法的效果，實際上，這種方法是避開了經(jīng)時損失。這種摻加方法有很多優(yōu)點，但實施有點難度，往往不被重視。
4.3.2 混凝土配合比設(shè)計
混凝土配合比設(shè)計對外加劑的摻加量影響較大?；炷镣饧觿┥a(chǎn)廠家較多，市場競爭激烈，為混凝土生產(chǎn)企業(yè)追求最大利益提供了條件。較突出的表現(xiàn)是：非常少的膠凝材料用量(如用P·O32.5 配制C30 泵送商品混凝土，膠凝材料用400kg/ m3 ) ，較小的水膠比，假定較大的混凝土密度(如：C30 混凝土假定2480kg/ m3) ，這樣的要求意味選用的泵送劑減水率要達(dá)到20 %以上。這些難題要前來競爭外加劑的廠家來解決，如果達(dá)不到要求就被認(rèn)為外加劑與水泥的適應(yīng)性不好。
4.3.3 試驗環(huán)境
環(huán)境的溫濕度對混凝土坍落度損失的影響較大，考察外加劑對水泥的適應(yīng)性時應(yīng)考慮這一因素。
4.3.4 試驗方法
由于試驗方法選擇的不合理也會錯誤判斷外加劑與水泥的適應(yīng)性。選用的試驗方法，是采用混凝土、凈漿，還是砂漿試驗? 選用的試驗材料，主要是指使用基準(zhǔn)水泥、工程用水泥，還是試驗室常用水泥?選用的混凝土配合比，是試驗室常用配合比，還是工地用配合比? 是人工拌制，還是機械拌制? 試驗設(shè)備狀況如何，是否涮盤? 一次試驗用混凝土量是多少?測坍落度損失的方法(動態(tài)靜態(tài)) 與條件等。要正確認(rèn)識試驗室試驗結(jié)果與攪拌樓生產(chǎn)的區(qū)別。
5 適應(yīng)性不好的控制措施
5.1 水泥生產(chǎn)廠家：應(yīng)保證出廠水泥各項指標(biāo)滿足國標(biāo)的前提下，確保各項指標(biāo)的穩(wěn)定，使外加劑更好地適應(yīng)水泥變化。
5.2 混凝土公司：盡量避免如下現(xiàn)象： ①水泥供應(yīng)不及時，臨時改換了水泥； ②臨時更換摻合料、膨脹劑；③泵送劑供應(yīng)不及時，臨時改換了泵送劑； ④不同外加劑廠家的產(chǎn)品被放入同一罐中； ⑤使用不過篩而含有大量泥塊的骨料等。
5.3 混凝土外加劑廠家：生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的外加劑，科學(xué)設(shè)計泵送劑，復(fù)配外加劑時，正確選用高效減水劑的品種、摻量，正確選用有機、無機緩凝劑、保塑劑等組分。
5.4 配制混凝土不能只注重節(jié)省費用，而無視水泥、摻合料等對外加劑摻量的實際需求，只管強調(diào)傳統(tǒng)觀念上或自己習(xí)慣的水泥或摻合料固定值，對外加劑提出過分的要求。
5.5 合理科學(xué)設(shè)計混凝土配合比，適當(dāng)提高混凝土拌合物的初始坍落度，適當(dāng)增加外加劑摻量，條件許可時可以采用外加劑分次或后加法等。
6 結(jié)束語
水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性問題是比較復(fù)雜的，除了技術(shù)性問題外，還有許多人為因素，可通過水泥制造者、混凝土外加劑廠以及混凝土配制者等部門共同協(xié)作解決。
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