淺析高效減水劑和水泥適應(yīng)性的影響因素

2006/08/23 00:00 來源：

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     混凝土外加劑在混凝土中的廣泛應(yīng)用，已使其成為混凝土中必不可少的第五組份?；炷镣饧觿┑奶攸c(diǎn)就是品種多、摻量少，在改善新拌和硬化混凝土性能中起著重要作用。高性能混凝土是當(dāng)前國內(nèi)混凝土研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，高性能混凝土是一種具有良好施工性能、強(qiáng)度高、體積穩(wěn)定性好及高耐久性的混凝土。

      混凝土達(dá)到高性能最重要的技術(shù)途徑是使用優(yōu)質(zhì)的高效減水劑和礦特外加劑（有時稱外摻料），前者能降低混凝土的水膠比，改善新拌混凝土工作性和控制混凝土坍落度損失，賦予混凝土高密實(shí)和優(yōu)良施工性能；后者礦物外加劑能填充膠凝材料的孔隙、參與膠凝材料水化、改善混凝土中漿體與集料的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)性、強(qiáng)度和耐久性。

      一、適應(yīng)性的概念

      外加劑性能是指在混凝土檢驗(yàn)用材料、試驗(yàn)條件作了嚴(yán)格規(guī)定的條件下，對混凝土中使用外加劑而引起的必然變化而表示的。經(jīng)過按國家標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)合格的外加劑，在有的水泥系統(tǒng)中，高效減水劑在低水灰比的混凝土中不同程度地存在坍落度損失快的問題；而在另一些水泥系統(tǒng)中，水泥和水接觸后在初始60~90分鐘內(nèi)，大坍落度仍能保持，沒有離析和泌水現(xiàn)象。前者，外加劑和水泥是不適應(yīng)的，后者是適應(yīng)的。

      關(guān)于外加劑和水泥之間適應(yīng)與否，目前還不能定量地表示，大多以外加劑和水泥系統(tǒng)中，摻入某種功能外加劑，能否達(dá)到預(yù)計(jì)的效果來表示是否適應(yīng)。

      研究資料表明：摻入高效減水劑的水泥漿體，有一個臨界摻量，超過這一摻量繼續(xù)摻加時，水泥漿體的流動性和混凝土的初始坍落度不再增加，這一點(diǎn)稱為飽和點(diǎn)，此時外加劑摻量稱為飽和摻量。

      在有些情況下，在飽和點(diǎn)上增加減水劑摻量，可以在長時間內(nèi)保持大坍落度，此時外加劑和水泥是適應(yīng)的；而在另外一些情況下，在飽和點(diǎn)以上增加減水劑摻量，會導(dǎo)致混凝土離析和泌水，此時外加劑和水泥是不適應(yīng)的。

      二、適應(yīng)性的檢測方法

      水泥和高效減水劑適應(yīng)性可以用初始流動度、是否有明確的飽和點(diǎn)以及流動性損失等三方面來衡量。

      研究資料表明：水泥稠度試驗(yàn)、混凝土坍落度損失試驗(yàn)、凈漿流動度試驗(yàn)、砂漿跳桌流動度等試驗(yàn)方法，所得到的飽和點(diǎn)摻量、流動度損失速度與程度的規(guī)律是一致的。凈漿流動度試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性比砂漿跳桌流動度要好，目前普通采用凈漿流動度反映混凝土中水泥與高效減水劑的適應(yīng)性。

      對于同一種高效減水劑，飽和點(diǎn)因水泥不同而異；對同一水泥，飽和點(diǎn)也會因高效減水劑不同而異。對于大多數(shù)高效減水劑—水泥體系，其飽和點(diǎn)摻量大約為0.8~1.2%，飽和點(diǎn)摻量不僅受高效減水劑的質(zhì)量、水泥細(xì)度、石膏類型與含量等因素影響，而且還受攪拌機(jī)類型和運(yùn)行參數(shù)的影響。在配置高性能混凝土?xí)r，高效減水劑的摻量通常要接近和等于其飽和點(diǎn)摻量，特別是配置坍落度大于20cm以上的高流動性混凝土?xí)r，繼續(xù)增大摻量，不僅不會改善工作性能或增大減水率，還容易出現(xiàn)明顯的泌水和離析現(xiàn)象。

      三、影響高效減水劑和水泥適應(yīng)性的因素

      影響水泥高效減水劑和水泥適應(yīng)性的因素是多方面的、錯綜復(fù)雜的，其主要因素有水泥的物化性能、高效減水劑的性能以及混凝土拌合物的性能，下面主要介紹水泥物化性能對適應(yīng)性的影響。

      1、水泥的礦物組成

      水泥中四大主要礦物成份C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF對高效減水劑的吸附作用是不一樣的，其吸附順序?yàn)镃₃A>C₄AF>C₃S>C₂S，即鋁酸鹽礦物對高效減水劑的吸附能力大于硅酸鹽礦物。實(shí)踐表明，在高效減水劑摻量相同的情況下，C₃A和C₄AF含量較高的水泥漿體中，減水劑的分散效果就較差。

      2、石膏形態(tài)和摻量

      石膏用于調(diào)節(jié)硅酸水泥和凝結(jié)時間及硬化速度，因?yàn)樗嘀蠧₃A礦物的水化速度非?？?，而溶解的Ca₂₊和SO₄^2-在水化初期起到抑制C₃A礦物水化的作用，以滿足水泥漿體和混凝土所需要的工作性能。不同形態(tài)石膏的溶解度差異較大，對水泥的水泥、凝結(jié)硬化影響也較大。

      不同形態(tài)石膏的溶解度（25℃，以無水CaCO₄計(jì)）

石膏形態(tài)	溶解度（g/l）
石膏（二水石膏）	2.08
α--半水石膏	6.20
β--半水石膏	8.15
可溶性無水石膏	6.30
天然無水石膏	2.70

      水泥混凝土孔隙液中的SO₄^2-在來源于硅酸鹽水泥中不同形式的硫酸鹽，直接影響到水泥的水化和混凝土的工作性，而石膏是作為一種提供硫酸根離子的物質(zhì)加入到水泥熟料中，但在粉磨過程中，由于磨機(jī)內(nèi)物料的溫度較高，二水石膏部分脫水變成溶解度大的半水石膏；如果溫度太高就會形成大量的半水石膏，導(dǎo)致水泥的假凝；如果溫度太低，半水石膏數(shù)量不足，可能導(dǎo)致水泥急凝。

      3、混合材的種類

      水泥中大多摻有不同種類和數(shù)量的混合材，目前所用的混合材種類有：礦渣、粉煤灰、石灰石、火山灰、燒煤矸石等。由于混合材品種、性質(zhì)和摻量等不同，因此對高效減水劑作用效果的影響也不一樣。

      高效減水劑對礦渣水泥和粉煤灰水泥的適應(yīng)性較好；而對炎山灰、燒煤矸石等混合材的水泥適應(yīng)性較差，要達(dá)到預(yù)期效果，需要適當(dāng)增加高效減水劑的摻量。

      4、水泥的細(xì)度

      水泥細(xì)度明顯影響到高效減水劑的分散效果，如果用表面吸附理論來說明減水劑的分散作用，則水泥比面積越高，對高效減水劑的吸附量就越多。如果水泥細(xì)度過細(xì)，為了達(dá)到同樣的效果，需要適當(dāng)增加高效減水劑的摻量。

      5、水泥的陳放時間

      水泥陳放時間越短，水泥越新鮮，高效減水劑對其塑化作用越差。使用剛出磨的水泥和出磨水泥溫度還較高的水泥，會出現(xiàn)減水率低、坍落度損失快的現(xiàn)象。

      6、水泥的堿含量

      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。堿含量的增大，還會導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時間縮短和坍落度經(jīng)時損失變大。

      四、改善高效減水劑和水泥適應(yīng)性的措施

      高效減水劑與水泥之間不適應(yīng)造成了混凝土質(zhì)量的波動。因此，外加劑和水泥生產(chǎn)商必須采取必要的措施減少或避免不適應(yīng)的現(xiàn)象發(fā)生，主要有以下措施：

      1、適當(dāng)降低熟料中的C₃A含量。

      2、重視控制水泥中硫酸鈣的含量和溶解速度。主要控制水泥石膏配比和水泥SO₃含量檢測。要通過調(diào)整石膏用量來調(diào)節(jié)混凝土的工作性能時，一要盡可能用天然二水石膏，二要控制水泥粉磨的溫度，防止二水石膏脫水，三要控制可溶性鋁酸鹽的含量在0.4%~0.6%。

      3、適當(dāng)控制水泥細(xì)度，降低循環(huán)負(fù)荷率，提高選粉效率，減少過粉磨現(xiàn)象。

      4、選擇適宜的水泥品種，要選擇流變性好、反應(yīng)性能低的水泥，也就是說，一經(jīng)攪拌僅結(jié)合少量水的水泥或形成鈣礬石少的水泥。

      5、改變減水劑的摻加方法，采用后摻法或分批添加法等措施摻加減水劑，改善混凝土的工作性。

      6、選擇合適的減水劑，減水劑在堿性條件緩慢反應(yīng)，從而使混凝土坍落度經(jīng)時損失減少。

      7、要適當(dāng)降低水泥的堿含量，盡量控制在0.6%以內(nèi)。

      總之，高效減水劑和水泥之間的適應(yīng)性是一個錯綜復(fù)雜的問題，為提高混凝土的工作性能，除從以上幾個方面改善水泥的適應(yīng)性能外，還必須針對不同的外加劑品種用試驗(yàn)的方法尋找最佳摻加比例。

原作者：黃建林

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