水泥对外加剂的适应性

     配制流态化混凝土所使用的外加剂主要有萘磺酸盐甲醛缩合物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、改性木质素磺酸盐、多元醇系等，单一外加剂不能满足流态混凝土的流化效果、强度、干缩、抗冻性、耐久性及运输过程中的经时损失要求，为达到综合效果，视混凝土的特性要求，需加入一部分缓凝剂、膨胀剂、早强剂以及上述外加剂的复合。 目前较难控制的是混凝土经时损失，从外加剂的调制和加入方式上均应能得到解决，但搅拌站使用的是多家厂商的水泥，有不同的外加剂适应特点，不便于对各种水泥进行专配。 为此，对水泥外加剂适应性的控制达到施工特性要求是水泥厂需采取一些技术措施，这也是本文章所要解决的问题。

 

1 水泥外加剂的作用

     外加剂均是表面活性剂，水泥厂所关注的是外加剂的分散作用，尽可能降低立方混凝土用水量，保持混凝土的流动性和稳定性，达到高强度的目的。 水泥与水接触即发生水化反应，机械搅拌过程使水泥分散成碎片，但这样的分散体系是不稳定的，特别是过粉磨的小粒径的粒子更容易絮凝，一部分游离水被包裹在絮凝水泥粒子团中间， 水泥的持水量与水泥的物理、化学性质、水泥的矿物组成及水泥的分散度有一定关系， 不同厂家的水泥持水量在很大范围内变化，持水量决定水泥混凝土用水量，这就构成了各厂家水泥的使用特点。外加剂的分散作用能够提高水泥凝聚体的分散度，改变结合水、吸附水和游离水的比例，提高游离水，以提高水泥浆的流动性和稳定性，其作用机理有：

 

     1）在固－液界面产生吸附，降低颗粒表面能，使水泥分散体的热力学不稳定性降低， 获得相对稳定。

     2）增大水泥粒子表面的动电电位，从而增大粒子之间的静电排斥，破坏了水泥粒子的絮凝结构。

     3）吸附在粒子表面的外加剂形成熔剂化膜，阻止凝聚结构的形成。

     4）由于在水泥粒子表面形成吸附层，产生对水泥初期水化的抑制作用，提高了游离水和水泥浆的流动性。

     5）引入稳定均匀的微小气泡，减少水泥粒子之间的摩擦，以提高水泥浆的分散性和稳定性。

 

     水泥分散体系是固－液分散体系，同时伴随着水泥水化过程和相变过程，随着水化的进行，液体量减少，固相量增大，逐渐失去流动性，在运输及泵运过程中保持一定的流动性，满足施工要求。 水泥的持水量和水化速度是决定用水量及经时损失的主要因素，同时构成了各厂家水泥的特点，有些适应性好，有的较差。水泥用水量可在水泥生产中适当加入一些表面活性剂，即助磨剂，加以解决。

 

2 坍落度及经时损失

     坍落度6cm～8cm的基准混凝土，掺外加剂后可得到坍落度为20～22cm的流态混凝土，配置基准混凝土时，用水量越小越好，水灰比低，混凝土强度越高。 现原则上要求每立方混凝土用水量控制在185kg内，各水泥厂用水量相差较大，这与水泥熟料、混合材种类及水泥细度有很大关系，用水量低的水泥混凝土强度较好。新配混凝土随时间的延长，坍落度逐渐减小，最终失去流动性， 其损失的速度取决于外加剂的品种。

 

     拌和温度及水泥的早期硬化特性!坍落度及经时损失机理主要是水泥水化反应所引起的物理凝聚现象，在这里只谈一谈水泥的水化影响。水泥的水化速度影响有矿物组成及水泥细度，其矿物还取决于矿物晶形及组成，结晶完整水化速度较慢，对外加剂的适应性相对较好。矿物组成中铝酸三钙、铁铝酸四钙、水泥中碱含量及硅酸三钙影响较大， 硅酸三钙水化速度最快，为控制水泥的初始凝结过程，水泥生产中石膏掺入量应与熟料中的硅酸三钙及碱含量相匹配，浆体中的铝酸盐、硫酸盐、钙离子比例合适，所形成的钙矾石沉淀在水泥颗粒的表面使硅酸三钙水化速度减慢，这样浆体在整个诱导期保持流动性。由于流态化混凝土中所掺外加剂含有硫酸盐及碱， 降低了水泥中SO₃^2-的含量，影响矾石形成量不足，大量外加剂难以控制混凝土使用特征，我们称为欠硫化现象；另外水泥颗粒在20μm内含量特别是3μm以下颗粒水化速度较快，对初始用水量及经时损失影响较大。

 

3 解决水泥对外加剂适宜性的措施

     基于上述对混凝土工作特性影响，本文提出思路性措施，可根据本情况在实验基础上解决，高硅率配料的熟料各矿物组成较合理，解决途径主要从混合材种类及水泥颗粒组成着手；对低硅率配料的熟料融矿物相对较多，除了细度与混合材种类外，可考虑在水泥中加入表面活性剂、碳酸钠、硫酸纳及糖钙加以解决。笔者通过外加剂适应性较差的水泥试验，其数据见表1、表2。

表1 实验用混凝土配比

注：实验用混凝土配比采用0.01m³配制，水泥采用重庆腾辉特种水泥有限公司生产的P.O42.5水泥，粗集料采用5～25连续级配的石灰石碎石，细集料采用重庆地区特细河砂。

表2 外加剂使用试验

 

     腾辉水泥采用湿法生产，用高细磨粉磨，硅酸三钙及颗粒控制较差，3μm以下颗粒占20％。从实验看，有欠硫及水化快的特点，采取相应措施混凝土使用特性能得到控制。

 

     1）控制熟料中的铝酸三钙的含量!

     2）粉磨水泥最好采用圈流系统，减少3μm以下颗粒含量。

     3）水泥中加入助磨剂，可减少立方混凝土用水量。

     4）在实验的基础上确认是否有欠硫现象，可加入少量的硫酸钠及糖钙，糖钙要适量，稍过量有泌水现象。

 

     总之，水泥外加剂适用性是一个系统问题，通过外加剂的调整及掺入方法均能得到解决，但各搅拌站使用各种品牌水泥，外加剂调整有一定难度，水泥厂根据自身产品特点采取上述措施对产品进行改进，适应顾客的这一特性要求。