水泥生产质量对外加剂适应性的影响

1前言

随着社会经济的快速发展，混凝土的集中出现，使得混凝土的生产逐步趋向工业化、节能化和多功能化，对混凝土的使用性能要求也越来越高，如混凝土的可调凝、早强、高强、大流动性、高密实性、高耐久性，同时，还要求混凝土具有抗冻、抗碳化、抗渗等性能。混凝土要达到这些性能，如何解决水泥与外加剂相适应的问题就显得越来越重要，但外加剂适应性问题在混凝土生产过程中往往是水泥厂家、施工单位和外加剂厂家棘手的难题。本文根据实际工作中遇到的问题，通过相关的试验研究分析水泥生产工艺和质量控制对水泥和外加剂相适应的影响，为同行提供参考。

2混凝土与外加剂不相适应的主要影响因素

混凝土与外加剂相适应的问题，涉及水泥的化学、高分子材料学、表面物理学和电化学等方面的知识，是一个极复杂的问题，往往在施工现场出现时很难作出清晰的判断，即使通过分析也很难找到真正的原因。

从大量工程实践的情况看，有时同品种同掺量的外加剂，对应不同的水泥，效果的差异也很大，甚至是同一品种的水泥，存放时间不同效果也是不一样的，使用同一外加剂的水泥净浆流动度时大时小，混凝土的坍落度损失也忽大忽小，甚至有时出现泌水现象。有时刚刚搅拌的混凝土，坍落度很正常，和易性也很好，但是到了施工工地出现严重的泌水现象，影响混凝土的施工质量。这些问题都是水泥与外加剂的适应性差引起的，概括起来，主要与水泥中的碱含量、混合材的种类、水泥的细度、水泥的粉磨温度、石膏的种类等因素有关。

2.1水泥中碱含量的影响

水泥中的碱含量主要来源于水泥生产所使用的原材料，特别是石灰石和粘土。含碱量过高的水泥在外加剂使用上会引起水泥中石膏的溶解度变化，使水泥中的C₃A水化速率加快，由于铝酸盐相在水化初期电位呈正值，对外加剂的吸附强（大多数的外加剂为阴离子表面活性剂），导致混凝土凝结时间缩短和塌损也变大。这时粉磨水泥时，加入的粉煤灰、矿粉能够与水泥的水化产物Ca(OH)₂发生二次反应，降低混凝土的碱度，对水泥与外加剂的适应性有所改善。

2.2水泥中f-CaO的影响

通过生产过程的控制和水泥净浆流动度的试验，f-CaO的含量对水泥的外加剂适应性也会产生影响，主要原因是水泥中f-CaO对外加剂存在一定的吸附作用，当水泥中的f-CaO控制在小于1.5%时，水泥的净浆流动度很正常，超过1.5%时水泥的净浆流动度明显下降。

2.3混合材种类的影响

在水泥生产过程中，均掺有一定量的的掺合料，如矿粉、粉煤灰、火山灰等，由于混合材品种和掺量的不一样，对混凝土的外加剂作用效果也不一样。单掺一定量的粉煤灰时，由于粉煤灰富含的球状的玻璃体对浆体产生“滚珠轴承作用”，随着掺量的增加混凝土的流动性增加，外加剂适应性也会改善。单掺一定量的矿粉，对外加剂的适应性与粉煤灰相似，但没有粉煤灰效果明显。由于“微集料效应”，矿粉的粒径比水泥小，填充了水泥颗粒间的空隙，提高了混凝土的流动性。单掺加一定量的火山灰时，混凝土的流动性明显变差，主要是火山灰的需水量较大。

2.4水泥细度

水泥细度过细需水量过大，同样对外加剂的吸附也大，外加剂的损失量也大。为了验证水泥细度对外加剂的影响，对不同水泥的细度进行了相关性的试验，试验数据见表1。从表1中的数据可以看出细度的波动对外加剂适应性的影响。其中细度筛余量偏大且比表面积偏大的水泥，对外加剂的适应性变差。由此可见，水泥粉磨的细度不稳定，对水泥与外加剂适应性也存在较大的影响。

2.5水泥新鲜度、温度的影响

由于水泥粉磨时会产生电荷，刚出磨的水泥颗粒之间吸附力较强，正电性强吸附阴离子的表面活性剂多，因此表现出减水剂减水率低、混凝土坍落度损失快的特点，与外加剂的适应性较差。另一方面粉磨温度对水泥的外加剂影响也很大，通过表2的试验分析判断，由于水泥的粉磨温度过高，石膏出现部分的脱水现象，水泥的净浆流动度出现反增长现象，这使混凝土使用过程中出现的初始坍落度很小，但到了施工现场反而出现混凝土坍落度反增长的情况，严重时会出现泌水现象，这在工地的使用过程中也很常见。通过水泥储存时间的改变，水泥的使用性能会出现明显的变化，水泥粉磨温度及储存的时间与水泥外加剂的适应性息息相关。

2.6水泥中石膏及形态的影响

石膏在水泥生产中用来调节水泥凝结时间，常用的天然二水石膏（CaSO₄·2H₂O）或工业石膏，石膏的掺量控制在2.0%～2.5%之间，但如果石膏的掺入量不足或细度过高会使石膏的溶解度降低，当SO₃的含量小于1.3%的时候，不能阻止水泥中C₃A的快速溶解，很容易产生速凝现象，但如果当水泥SO₃大于2.5%时，凝结时间的增长也会很少，甚至出现凝结时间缩短的现象，主要是由于生成的硫酸盐矿物较大，反而缩短了凝结时间，但对水泥的强度发挥有一定的帮助。在水泥生产中由于粉磨温度的影响，二水石膏往往会脱水成半水石膏再变成硬石膏，从而影响水泥的调凝作用。因此，石膏的成份、溶解度的含量直接影响混凝土的凝结时间，同时也影响混凝土中外加剂与水泥的适应性。

2.7水泥粉磨工艺的影响

水泥粉磨系统配置为长磨加高效选粉的闭路系统，水泥粉磨后需水量较大，水泥的外加剂适应性较差，相同的熟料，在其他的厂家使用开路磨机，粉磨的水泥需水量很低，外加剂的适用性也很好。通过水泥的颗粒分布发现，闭路磨磨制的水泥均匀性系数大，颗粒分布范围较窄，其堆积的空隙大，需要更多的水来填充这些空隙，自由水相对减少，外加剂掺量加大，水泥与外加剂适应性就变差。而开路磨磨制的水泥，颗粒分布较为合理，情况刚好与闭路磨相反。这从其它水泥厂的生产情况也能得到验证，从表3中也能得到明显的结果。

3结论

关于水泥与外加剂适应性的问题，涉及的科学领域比较广，如水泥化学、高分子材料学、表面物理学和电化学等方面的知识，生产过程中应尽可能控制原燃材料质量和生产工艺的相对稳定。

⑴严格控制熟料中可溶性碱含量；

⑵提高熟料中的硅酸率，适当的控制熟料中C₃A的含量；

⑶合理选择石膏的种类和掺加量；

⑷利用水泥颗粒测定仪，控制水泥中的颗粒分布，减少过粉磨现象；

⑸严格控制水泥的出磨温度；

⑹控制熟料中的f-CaO的含量。