水泥生產(chǎn)質(zhì)量對(duì)外加劑適應(yīng)性的影響

1前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，混凝土的集中出現(xiàn)，使得混凝土的生產(chǎn)逐步趨向工業(yè)化、節(jié)能化和多功能化，對(duì)混凝土的使用性能要求也越來(lái)越高，如混凝土的可調(diào)凝、早強(qiáng)、高強(qiáng)、大流動(dòng)性、高密實(shí)性、高耐久性，同時(shí)，還要求混凝土具有抗凍、抗碳化、抗?jié)B等性能?；炷烈_(dá)到這些性能，如何解決水泥與外加劑相適應(yīng)的問(wèn)題就顯得越來(lái)越重要，但外加劑適應(yīng)性問(wèn)題在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中往往是水泥廠(chǎng)家、施工單位和外加劑廠(chǎng)家棘手的難題。本文根據(jù)實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題，通過(guò)相關(guān)的試驗(yàn)研究分析水泥生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制對(duì)水泥和外加劑相適應(yīng)的影響，為同行提供參考。

2混凝土與外加劑不相適應(yīng)的主要影響因素

混凝土與外加劑相適應(yīng)的問(wèn)題，涉及水泥的化學(xué)、高分子材料學(xué)、表面物理學(xué)和電化學(xué)等方面的知識(shí)，是一個(gè)極復(fù)雜的問(wèn)題，往往在施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)時(shí)很難作出清晰的判斷，即使通過(guò)分析也很難找到真正的原因。

從大量工程實(shí)踐的情況看，有時(shí)同品種同摻量的外加劑，對(duì)應(yīng)不同的水泥，效果的差異也很大，甚至是同一品種的水泥，存放時(shí)間不同效果也是不一樣的，使用同一外加劑的水泥凈漿流動(dòng)度時(shí)大時(shí)小，混凝土的坍落度損失也忽大忽小，甚至有時(shí)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。有時(shí)剛剛攪拌的混凝土，坍落度很正常，和易性也很好，但是到了施工工地出現(xiàn)嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象，影響混凝土的施工質(zhì)量。這些問(wèn)題都是水泥與外加劑的適應(yīng)性差引起的，概括起來(lái)，主要與水泥中的堿含量、混合材的種類(lèi)、水泥的細(xì)度、水泥的粉磨溫度、石膏的種類(lèi)等因素有關(guān)。

2.1水泥中堿含量的影響

水泥中的堿含量主要來(lái)源于水泥生產(chǎn)所使用的原材料，特別是石灰石和粘土。含堿量過(guò)高的水泥在外加劑使用上會(huì)引起水泥中石膏的溶解度變化，使水泥中的C₃A水化速率加快，由于鋁酸鹽相在水化初期電位呈正值，對(duì)外加劑的吸附強(qiáng)（大多數(shù)的外加劑為陰離子表面活性劑），導(dǎo)致混凝土凝結(jié)時(shí)間縮短和塌損也變大。這時(shí)粉磨水泥時(shí)，加入的粉煤灰、礦粉能夠與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)₂發(fā)生二次反應(yīng)，降低混凝土的堿度，對(duì)水泥與外加劑的適應(yīng)性有所改善。

2.2水泥中f-CaO的影響

通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的控制和水泥凈漿流動(dòng)度的試驗(yàn)，f-CaO的含量對(duì)水泥的外加劑適應(yīng)性也會(huì)產(chǎn)生影響，主要原因是水泥中f-CaO對(duì)外加劑存在一定的吸附作用，當(dāng)水泥中的f-CaO控制在小于1.5%時(shí)，水泥的凈漿流動(dòng)度很正常，超過(guò)1.5%時(shí)水泥的凈漿流動(dòng)度明顯下降。

2.3混合材種類(lèi)的影響

在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，均摻有一定量的的摻合料，如礦粉、粉煤灰、火山灰等，由于混合材品種和摻量的不一樣，對(duì)混凝土的外加劑作用效果也不一樣。單摻一定量的粉煤灰時(shí)，由于粉煤灰富含的球狀的玻璃體對(duì)漿體產(chǎn)生“滾珠軸承作用”，隨著摻量的增加混凝土的流動(dòng)性增加，外加劑適應(yīng)性也會(huì)改善。單摻一定量的礦粉，對(duì)外加劑的適應(yīng)性與粉煤灰相似，但沒(méi)有粉煤灰效果明顯。由于“微集料效應(yīng)”，礦粉的粒徑比水泥小，填充了水泥顆粒間的空隙，提高了混凝土的流動(dòng)性。單摻加一定量的火山灰時(shí)，混凝土的流動(dòng)性明顯變差，主要是火山灰的需水量較大。

2.4水泥細(xì)度

水泥細(xì)度過(guò)細(xì)需水量過(guò)大，同樣對(duì)外加劑的吸附也大，外加劑的損失量也大。為了驗(yàn)證水泥細(xì)度對(duì)外加劑的影響，對(duì)不同水泥的細(xì)度進(jìn)行了相關(guān)性的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出細(xì)度的波動(dòng)對(duì)外加劑適應(yīng)性的影響。其中細(xì)度篩余量偏大且比表面積偏大的水泥，對(duì)外加劑的適應(yīng)性變差。由此可見(jiàn)，水泥粉磨的細(xì)度不穩(wěn)定，對(duì)水泥與外加劑適應(yīng)性也存在較大的影響。

2.5水泥新鮮度、溫度的影響

由于水泥粉磨時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷，剛出磨的水泥顆粒之間吸附力較強(qiáng)，正電性強(qiáng)吸附陰離子的表面活性劑多，因此表現(xiàn)出減水劑減水率低、混凝土坍落度損失快的特點(diǎn)，與外加劑的適應(yīng)性較差。另一方面粉磨溫度對(duì)水泥的外加劑影響也很大，通過(guò)表2的試驗(yàn)分析判斷，由于水泥的粉磨溫度過(guò)高，石膏出現(xiàn)部分的脫水現(xiàn)象，水泥的凈漿流動(dòng)度出現(xiàn)反增長(zhǎng)現(xiàn)象，這使混凝土使用過(guò)程中出現(xiàn)的初始坍落度很小，但到了施工現(xiàn)場(chǎng)反而出現(xiàn)混凝土坍落度反增長(zhǎng)的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，這在工地的使用過(guò)程中也很常見(jiàn)。通過(guò)水泥儲(chǔ)存時(shí)間的改變，水泥的使用性能會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，水泥粉磨溫度及儲(chǔ)存的時(shí)間與水泥外加劑的適應(yīng)性息息相關(guān)。

2.6水泥中石膏及形態(tài)的影響

石膏在水泥生產(chǎn)中用來(lái)調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間，常用的天然二水石膏（CaSO₄·2H₂O）或工業(yè)石膏，石膏的摻量控制在2.0%～2.5%之間，但如果石膏的摻入量不足或細(xì)度過(guò)高會(huì)使石膏的溶解度降低，當(dāng)SO₃的含量小于1.3%的時(shí)候，不能阻止水泥中C₃A的快速溶解，很容易產(chǎn)生速凝現(xiàn)象，但如果當(dāng)水泥SO₃大于2.5%時(shí)，凝結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)也會(huì)很少，甚至出現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間縮短的現(xiàn)象，主要是由于生成的硫酸鹽礦物較大，反而縮短了凝結(jié)時(shí)間，但對(duì)水泥的強(qiáng)度發(fā)揮有一定的幫助。在水泥生產(chǎn)中由于粉磨溫度的影響，二水石膏往往會(huì)脫水成半水石膏再變成硬石膏，從而影響水泥的調(diào)凝作用。因此，石膏的成份、溶解度的含量直接影響混凝土的凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)也影響混凝土中外加劑與水泥的適應(yīng)性。

2.7水泥粉磨工藝的影響

水泥粉磨系統(tǒng)配置為長(zhǎng)磨加高效選粉的閉路系統(tǒng)，水泥粉磨后需水量較大，水泥的外加劑適應(yīng)性較差，相同的熟料，在其他的廠(chǎng)家使用開(kāi)路磨機(jī)，粉磨的水泥需水量很低，外加劑的適用性也很好。通過(guò)水泥的顆粒分布發(fā)現(xiàn)，閉路磨磨制的水泥均勻性系數(shù)大，顆粒分布范圍較窄，其堆積的空隙大，需要更多的水來(lái)填充這些空隙，自由水相對(duì)減少，外加劑摻量加大，水泥與外加劑適應(yīng)性就變差。而開(kāi)路磨磨制的水泥，顆粒分布較為合理，情況剛好與閉路磨相反。這從其它水泥廠(chǎng)的生產(chǎn)情況也能得到驗(yàn)證，從表3中也能得到明顯的結(jié)果。

3結(jié)論

關(guān)于水泥與外加劑適應(yīng)性的問(wèn)題，涉及的科學(xué)領(lǐng)域比較廣，如水泥化學(xué)、高分子材料學(xué)、表面物理學(xué)和電化學(xué)等方面的知識(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)盡可能控制原燃材料質(zhì)量和生產(chǎn)工藝的相對(duì)穩(wěn)定。

⑴嚴(yán)格控制熟料中可溶性堿含量；

⑵提高熟料中的硅酸率，適當(dāng)?shù)目刂剖炝现蠧₃A的含量；

⑶合理選擇石膏的種類(lèi)和摻加量；

⑷利用水泥顆粒測(cè)定儀，控制水泥中的顆粒分布，減少過(guò)粉磨現(xiàn)象；

⑸嚴(yán)格控制水泥的出磨溫度；

⑹控制熟料中的f-CaO的含量。