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我國是世界上水泥消耗量最大的國家,同時也是世界上水泥產(chǎn)量最大的國家。由于我國水泥生產(chǎn)企業(yè)眾多,材料來源不同,品種不同,需求也不同,這導致我國水泥品種眾多,與外加劑的作用效果也有較大差別。本文就不同水泥與減水劑的作用進行簡要的分析。
一、高堿水泥
水泥中的可溶性堿通常以Na2O當量表示,它主要來源于生產(chǎn)水泥的粘土及混合材中,適量的可溶性堿有利于促進水泥水化,更有利于混凝土早期強度發(fā)展。試驗證明,水泥混凝土流動性隨堿含量增加而提高。但是到達一定量,水泥會急劇水化,水泥漿流動性大幅度下降。摻入減水劑后塑化效果也明顯降低。減水劑用于商品混凝土及泵送混凝土施工坍落度經(jīng)時損失率增大。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因一般認為,水泥中的堿對鋁酸三鈣(C3A)的溶出產(chǎn)生了促進作用,此時水泥在調(diào)凝劑CaSO4參預下很快形成了一定的AFt晶體,并包裹在C3A表面,抑制了C3A直接水化形成鋁酸鈣,改善了水泥漿的流動性。但如果水泥中堿含量過高,由于初始就有大量AFt晶體形成,反而使流動度下降,減水劑用于上述水泥適應性必然會降低,主要表現(xiàn)在減水率不夠,塑化效果差,坍落度經(jīng)時損失率高。
使用高堿水泥時,如釆用低硫酸鹽含量的減水劑,使用效果差;采用硫酸鹽含量較高的減水劑(硫酸鈉含量20%以上)使用效果卻會明顯改善。這主要是,低濃減水劑所含CaSO4是在合成中和時產(chǎn)生,水溶性極好,在水泥中石膏尚未溶解時就大量溶于水中,當較高的堿加快C3A溶出時,因水中已有大量SO3存在,與C3A反應,形成AFt,從而阻止了因形成鋁酸鈣而導致的流動性下降,并減小了坍落度損失。不難看出,硫酸鈉含量高的減水劑更能適應高堿水泥。
許多聚羧酸減水劑PH值較低,如與檸檬酸等酸性緩凝劑合用對高堿水泥難以適應,主要是酸性外加劑摻入高堿水泥后,會迅速產(chǎn)生酸堿中和放熱反應,溫度急劇上升,不但促使水泥迅速水化,大量水化熱釋放更會產(chǎn)生惡性循環(huán),所配制的混凝土不但流動性差,坍落度很可能在極短時間內(nèi)消失。但如果采用其它堿性緩凝劑則可避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。
二、低堿缺硫水泥
水泥中可溶性堿最佳含量一般認為應該是0.4%-0.6%。通常將堿含量低于0.4%的水泥稱為低堿水泥。而水溶性堿多以堿的硫酸鹽存在,所以也將低堿水泥稱為缺硫或欠硫水泥。
缺硫水泥摻入減水劑通常流動性較差,而增大減水劑用量雖然有一定效果,但更會增大混凝土泌水,所配制的混凝土勻質(zhì)性差,坍落度損失快,因此常用減水劑很難適應,即使將緩凝劑用量成倍增加也毫無作用。
不難看出,缺硫水泥產(chǎn)生上述不適應現(xiàn)象的根本原因是由于水泥中SO3不夠,降低了抑制水泥中C3A的水化效果,C3A對外加劑的迅速大量吸附也降低了減水劑塑化功能。因此只有補充可溶性堿(硫酸鹽)對解決低堿缺硫水泥適應性問題有效。而常用的增大緩凝劑用量的方法效果并不明顯。
三、C3A含量高的水泥
水泥的主要成份為C3S、C2S、C3A及C4AF,這些礦化成份其吸附活性順序通常認為應該是C3A>C4AF>C3S>C2S,其中C3A對減水劑吸附量最大,因此在減水劑摻量一定時,混凝土流動性隨著C3A含量增大而降低。坍落度經(jīng)時損失率也隨之增大。這主要是由于摻入減水劑大都會被C3A吸附,而占主要礦化成份C3S卻沒有足夠減水劑去吸附分散,而使水泥漿流動性降低。多次試驗看出,水泥中C3A含量超過8%,即會對混凝土流動性產(chǎn)生不利影響。
試驗證明,補充水泥漿中SO3即采用硫酸鹽含量高的減水劑有一定效果。同摻一定數(shù)量的羥基羧酸鹽緩凝劑,也能抑制C3A的吸附水化,而采用多元醇等緩凝劑效果不明顯。還可以采用價格低廉的減水劑并適當增大摻用量,滿足C3A吸附并有較多剩余減水劑去改善C3S等礦化成份的流動性。
四、高混合材用量水泥
目前使用較多的粉煤灰、火山灰、礦渣及磨細石灰石等混合材的活性、需水性、礦化成份及對外加劑的吸附性能區(qū)別較大,影響了外加劑對水泥的適應性。
優(yōu)質(zhì)粉煤灰應活性強(即活性SiO2及AL2O3含量高)、燒失量小、細度低、需水量小,其中燒失量對外加劑相溶性影響最大。燒失量越大,未燃盡碳含量越高,與外加劑相溶性越差。較高碳含量會劣化混凝土性能。未燃盡碳多為多孔顆粒,易吸水,在混凝土中需水量高,溢出后更會增大混凝土泌水,并會增大混凝土收縮變形,還會影響水泥漿與集料界面的粘結(jié)性能。碳遇水后,還可能在顆粒表面形成一層憎水膜,阻礙了水份進一步滲透,影響了粉煤灰活性。研究發(fā)現(xiàn),粉煤灰中的碳有較強吸附能力,減水劑摻入后它會與水泥爭相吸附,影響水泥漿流動性。解決高燒失量粉煤灰,火山灰水泥與外加劑相容性目前常用的辦法是增加外加劑摻量,并同摻一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)引氣劑。
礦渣由于含鋁酸鹽較多,因此需更多的石膏調(diào)凝劑,而按普通硅酸鹽水泥工藝生產(chǎn)的礦渣水泥更容易出現(xiàn)缺硫現(xiàn)象。因此采用高硫酸鹽含量的減水劑較為適應,同摻優(yōu)質(zhì)引氣劑,微小細密的氣泡也有一定減小鋁酸鹽對減水劑的吸附作用,但需增大摻用量。
五、摻水溶性較差石膏水泥
石膏是作為水泥調(diào)凝劑使用的,它的摻用量基本與水泥中C3A含量相匹配。加水后石膏在水泥中形成一定數(shù)量的鈣礬石,吸附在C3A中控制C3A水化,起到調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間的作用。
常用石膏以二水石膏水溶性最好,因此水泥生產(chǎn)多采用二水石膏。但石膏在水泥生產(chǎn)中多與水泥熟料同磨,在研磨時溫度過高會使大量二水石膏轉(zhuǎn)變成半水石膏或無水石膏即硬石膏。也有些水泥廠也會直接采用無水石膏或使用一些工業(yè)廢石膏如氟石膏、脫硫石膏、磷石膏等,硬石膏及上述廢石膏水溶性較差,在水中溶解較慢,在外加劑中通常會加入性價比較高的木鈣或糖鈣等緩凝減水劑,而這些減水劑的摻入更會影響石膏溶解性。由于石膏不能迅速溶解,水泥中C3A會迅速水化,產(chǎn)生大量鋁酸鈣晶體,造成混凝土假凝(即少量水泥已凝結(jié)而大量水泥顆粒尚未水化凝結(jié),水泥漿失去流動性)。
為防止摻硬石膏水泥或摻其它水溶性較差的石膏的水泥產(chǎn)生假凝,最好不使用木鈣、木鈉、糖鈣等影響石膏溶解的減水劑。試驗證明,控制上述減水劑用量有一定效果,同摻大量能補充水泥中SO3的外加劑也能控制假凝。
六、新鮮水泥及比表面積較大的水泥
水泥出窯貯放時間及比表面積也會影響外加劑的適應性。通常我們將制成后貯放時間較短的水泥稱為“新鮮水泥”由于上述水泥貯放時間短,水泥溫度較高,水泥水化速度極快,加之由于水泥在研磨過程中產(chǎn)生電荷,顆粒之間相互吸附影響了減水劑的分散作用,增大了混凝土坍落度損失率。延長水泥貯放時間,待溫度降至50℃以下,有利于改善與外加劑的相溶性,如無法延長水泥貯放時間,則增加緩凝劑摻用量也有一定效果。
水泥的比表面積對外加劑的適應性有一定影響。比表面積較大的水泥需水量較大,達到一定流動性所需摻入外加劑較多,通常認為水泥較適合的比表面積為5000cm2/g左右,較大比表面積水泥早期強度發(fā)展較快,但對混凝土后期強度及保坍性能會產(chǎn)生不利影響。使用比表面積較大水泥時應增大外加劑摻用量,考慮到不增加使用成本,可采用價格低廉的減水劑并適當增加減水劑及緩凝劑的摻用量。
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