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【转帖】浅谈外加剂与水泥适应性问题

物理知识

  • 浅谈外加剂与水泥适应性问题

    [摘 要] 从外加剂与水泥的适应性概念入手，以常用的减水剂为例，着重介绍了外加剂与水泥适应性的主要影响因素、检验方法和改善措施，对工程施工具有一定的借鉴作用。
    [关键词] 外加剂，水泥适应性，碱含量
    中图分类号：TU528．042 文献标识码：A

    引言

    近年来，随着基本建设规模的不断扩大，C40以上高强高性能混凝土在工程中的应用越来越多，外加剂与水泥的适应性问题出现的频率也越来越高。在安徽沿江高速公路 YJ1-02标 C40和
    C50预制梁混凝土配合比试配过程中，用某著名品牌的缓凝高效减水剂与某工厂的P．O42．5水泥试拌，结果发生拌合物板结发热和流动度损失过快现象。查其原因：水泥按照标准检验合格，减水剂按照标准检验合格。后经查明是该水泥由于采用了无水石膏作为调凝剂，而与减水剂发生严重的不相容，才引起流动度损失过快和异常板结。
    那么应该 怎样理解混凝土外加剂与水泥之间的适应性呢？因为每一种外加剂都有它特有的功能，掺加合适的外加剂，能够对混凝土某一方面或某几方面的性能进行改善：如掺加减水剂可以在保持相同用水量的情况下增大混凝土的流动性，或在保持相同流动性和强度情况下降低水泥用量，在保持相同流动度和水泥用量不变的情况下，提高混凝土的强度，还可以降低成本，加快施工进度。由此，可以这样理解：按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到所配制的混凝土中，若能产生应有的预期效果，则该水泥与这种外加剂是适应的；相反是不适应的[1]。几乎所有品种的外加剂与水泥之间都存在适用性问题，文中以常用的减水剂为例，将从主要影响因素、检验方法和改善措施三个方面来阐述。

    1 主要的影响因素

    1.1 减水剂自身特性对其塑化结果的影响
    就萘系高效减水剂 自身的特性来讲，影响其对水泥塑化结果的因素有磺化液、平均分子量以及聚合度、聚合性质等。另外，减水剂的状态(粉状或液状)也影响其塑化效果，具体情况如下：
    1)萘系高效减水剂在合成时的磺化越完全，则转变为带有磺酸基磺化物的萘环越多，该减水剂的分散作用也越强；如果磺化过程中因湿度、时间、水解过程控制不好，磺化产物中 β- 萘磺酸所占比例少，而大量的是多萘磺酸和 α- 萘磺酸，不仅会影响到产品质量，也会影响到水泥与高效减水剂的适用性。
    2)萘系减水剂分子量的大小。萘系减水剂的核体数 (亦称聚合度) 的多少直接影响其对水泥的分散效果，其最佳核体数为 7～13。
    3)平衡离子。萘系减水剂中存在起中和作用的平衡离子 Na+ ，Ca2+ ，MgO2+ ，NH4+ 等。平衡离子不同，其分散效果和适用性效果也会有所差异。
    4)萘系减水剂的状态，也会影响水泥的塑化效果。试验表明，在相同掺量条件下，液态减水剂的减水率稍高于固态减水剂。
    1.2 水泥物理、化学性能的影响
    1)水泥的矿物组成。水泥熟料中四大矿物成分C2S，C3S，C3A，C4AF 对减水剂的吸附能力是不一样的，其吸附顺序是 C3A>C4AF>C3S>C2S，即铝酸盐矿物对高效减水剂的吸附能力大于硅酸盐矿物。在高效减水剂掺量相同的情况下，C3A，C4AF 含量较高的水泥浆体中，减水剂的分散效果就较差。
    2)水泥调凝石膏的形态。石膏起调整水泥凝结时间的作用。有些水泥厂为节省生产成本，往往采用硬石膏或工业副产品石膏(无水石膏)代替二水石膏作为水泥调凝剂，按照有关水泥标准进行产品检验时一般区别不大。但当掺外加剂时，有时却表现出大相径庭的塑化效果，尤其是以无水石膏作为调凝剂的水泥碰到木钙糖钙减水剂时，则会产生严重的不适应性，不仅得不到预期的减水效果，而且
    往往引起流动度损失过快甚至异常凝结(速凝、假凝)。
    3)水泥中的混合材料。目前我国 80% 以上的水泥都掺加一定量的混合材，如火山灰、粉煤灰、矿渣粉和煤矸石等。由于混合材的品种性质和掺量不同，减水剂的作用效果也不相同。试验表 明：减水剂对掺加粉煤灰和矿渣作为混合材水泥的塑化效果较好；而对掺加火山灰或煤矸石作为混合材水泥的塑化效果较差，若要达到相同的减水效果，需增大减水剂的掺量。
    4)水泥的碱含量。主要指水泥中Na2O和 K2O的含量，通常以 Na2O等当量质量百分数表示
    碱含量对水泥与减水剂的适应性会产生很大的影响。随着水泥碱含量的增大，减水剂的塑化效果变差。水泥碱含量提高会导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失增大。
    5)水泥细度。水泥颗粒对减水剂分子具有比较强的吸附性，在掺加减水剂的水泥浆体中，水泥颗粒越细，意味着其表面积越大，则对减水剂分子的吸附量越大。所以，减水剂在相同掺量情况下，水泥细度越细，其塑化效果越差。现在一些生产厂家为追求水泥的强度，往往提高水泥的细度，对于这类水泥，为了达到较好的塑化效果，必然增加减水剂的掺量。
    6)水泥的陈放时间。其越短，水泥越新鲜，减水剂对其塑化作用效果越差。因为新鲜水泥的正电性较强，对减水剂的吸附能力较大。

    2 减水剂与水泥相容性检验方法

    当工程选定水泥品种后，在选择外加剂的品种与掺量时，首先应按下列检测方法检验两者的相容性，以防工程应用时出现适应性问题而措手不及。
    2.1 试验步骤
    1)将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板、截锥形圆模、搅拌机及搅拌锅均匀擦过，使其表面湿而不带水滴。将截锥圆模放在玻璃板中央，并用湿布覆盖待用。
    2)称取水泥 600 g，倒人搅拌锅内，加入一定掺量的外加剂(在推荐掺量范围内)及 174 g或
    210 g水，搅拌 4 min。
    3)将拌制好的净浆迅速注入截锥形模板并用刮刀刮平，将截锥形圆模按垂直方向提起，同时开启秒表，任水泥净浆在玻璃板上滚动，至 30 s，取流淌部分两个相互垂直方向的最大直径，取平均值作为净浆的流动度。
    4)继续保留锅内余下的净浆，待 30 min，60 min后，分别再搅拌后测定相应时间的流动度。
    5)按不同的外加剂掺量和品种重复以上试验步骤，记录相应的数据。
    2.2 结果分析
    绘制以掺量为横坐标，流动度为纵坐标的曲线。其中饱和点(外加剂掺量与水泥净浆流动度变化的曲线拐点)外加剂掺量低流动度大。流动度经时损失小的外加剂与水泥的适应性好。
    2.3 注意事项
    需注明所用外加剂和水泥的品种、等级、生产厂家、试验室温度、相对湿度、水胶比等。

    3 改善减水剂与水泥适应性的措施

    混凝土的性能不仅取决于水泥的性能，也取决于外加剂的性能，更取决于二者的适应性。适应性好，才能配制出性能优异、施工方便的混凝土。可采取以下措施避免不适应现象的发生 ：
    1)选择适宜的水泥品种，尤其在配制高性能混凝土时，必须选择高性能混凝土的最佳组成，很重要的是要选择流变性好 、反应性能低的水泥，也就是说 ，选择一经搅拌仅结合少量水的水泥
    或钙矾石较少的水泥。
    2)选择适宜的外加剂，外加剂的选择应根据工程设计对混凝土性能的要求而定，如强度等级 、抗渗性、耐久性、冻融性、弹性模量等物理力学性能，以及施工工艺、施工季节浇筑部位和体积等。
    3)改变减水剂的掺合方法。配制混凝土可采用后掺法或分批掺加法等措施掺加减水剂，可改善混凝土的工作性。
    4)使用反应性高分子化合物。该化合物在碱性条件下缓慢反应 ，从而使坍落度经时损失减少。

    4 结语

    混凝土外加剂与水泥之间的适应性问题，是一个错综复杂又难以避免的实际问题，它影响使用效果 ，有时会导致严重的工程事故和无可估量的经济损失，因此必须引起生产单位和工程使用部门的高度重视。减水剂与水泥之间的适应性问题，目前还不能完全从理论上来解释这一现象。工程现场遇到的一些问题，还必须用试验的方法去解决。

    参考文献：
    [1]王华生，赵慧如．混凝土技术禁忌手册[M]．北京：机械工业出版社，2001，43~46．
    [2]GB/T 8077—2000，混凝土外加剂匀质性试验方法．
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  • zouhua1210

    第1楼2008/07/29

    谈谈水泥产生作用的物理原理或水泥的制备或品级或许更好

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