影响水泥与外加剂相容性的因素

影响水泥与外加剂相容性的因素

随着预拌商品混凝土的飞速发展．商品混凝土配合比设计除了考虑商品混凝土强度、耐久性之外，还更注重其工作性能，水泥与减水剂的相容性是影响商品混凝土工作性的 重要因素。水泥与外加剂相容性不好．可能是外加剂的原因，可能是水泥品质的原因．也可能是使用方法造成的，或几种因素共同起作用引起的。在实际工作中，若 不能分辨出确切原因．容易引起各方的争议。本文从水泥熟料矿物组成、烧成温度和烧成速度、冷却制度，混合材种类和品质．碱含量和fCaO含量，石膏的种类 和存在形式．水泥比面积和颗粒分布，水泥新鲜度、温度等方面对水泥与减水剂间相容性问题进行分析．并提出改善水泥与外加剂问相容性的一些方法和思路。1 水泥熟料矿物组成及工艺制度的影响1．1 熟料四种主要矿物含量的影响四种矿物对减水剂吸附量由大到小的顺序为C3A>C4F>C3S>C2S。尤其C3A的吸附量远远大于其他三种熟料矿物。这 是因为减水剂主要吸附在水化产物上，吸附量与其水化产物的数量和表面性质有关．凡水化快，水化产物比表面大的熟料矿物．吸附量就大，而使溶液中的减水剂大 大减少。C2A的水化速度最快。C4F，C3S次之，C2S最慢，C2A的水化产物比面积大。所以含C2A多的水泥，减水剂的适应性差。1．2熟料烧成温度和烧成速度高温烧成的熟料与低温烧成的熟料表现出的性能不同，高温快烧的熟料．硅酸盐矿物固熔较多其他组分(如C3S固熔A120，、Fe20，、Mg0 等形成A矿)，这增加了硅酸盐矿物的含量及性能．提高了水化活性．并使C2A与CAF含量减少。其固熔量随温度的升高及烧成速度的加快而增大。故高温快烧 的熟料，A矿发育

良好，尺寸适中．边棱清晰，水泥强度较高，与外加剂相容性好。低温烧成的熟料．硅酸盐矿物活性较差，水泥强度较低，并且由于C2S固熔 Al：03、Fe20，减少，熟料矿物中析晶出来C2A与C4AF较多，水泥标准稠度用水量大．与外加剂相容性差。1．3冷却制度的影响熟料在较高温度范围(1 450℃：～l 200℃的快速冷却，有利于A矿保持良好的晶型，C2S粉化，硅酸盐矿物活性较高：溶剂矿物多以玻璃体存在，大量减少C2A与C4F的析晶，因而对于 快冷熟料，即使C2A与C4AF计算含量较高．由于大部分以玻璃体存在，所磨制的水泥仍与外加剂相容性好。凝结时间正常，水泥强度较高。慢速冷却时，熟料 中β—C2S转变为γ一C2S，矿物活性降低，C2A与CAF大量析晶，水泥与外加剂相容性差。2 混合材料种类和品质的影响混合材对减水剂具有吸附作用。由吸附量实验得知．作为水泥混合材的吸附量由大到小．一般为煤矸石>粉煤灰>矿渣。掺矿渣的水泥适应 性优于掺煤矸石的。一般来说火山灰质混合材具有较大的内表面积。故吸附量大．不同品质的粉煤灰适应性差异很大。优质的粉煤灰、超细粉煤灰适应性好；粗粉煤 灰、含碳量大的吸附量大．适应性差。粉煤灰：粉煤灰为多孔性的中空圆球体，优质的粉煤灰含有大量球形度良好的玻璃体．由于球形玻璃体的“滚珠效应”．可以改善水泥的流变性能，提高 水泥与外加剂的适应性。粗粉煤灰和含碳量大的粉煤灰中含有较多未燃尽的碳．而未燃烬的碳具有多孔结构，能吸附大量的减水剂和水分．这种“吸附效应”使水泥 与减水剂的相容性变差。矿粉：粒化高炉矿粉除具有胶凝性和火山灰性，还具有微填充效应。商品混凝土体系可理解为连续级配的颗粒堆积体系。粗集料间隙由细集料填充．细集料间 隙由水泥颗粒填充．水泥颗粒之间的间隙则由更细的集料填

充．矿渣微粉的细度比水泥颗粒细．在取代了部分水泥以后．这些小颗粒填充在水泥颗粒间的空隙中．置 换期问的的填充水．因而使拌和物的表面水相应大量增加，促进了商品混凝土流动性的改善。同时，由于磨细矿渣的需水性低于硅酸盐水泥．因而替代部分水泥后所形成 的胶凝体系的总需水量下降．富余的水分有利于提高商品混凝土的流动性。这就是矿渣的微填充效应，它有助于提高水泥与外加剂的相容性。4 作为水泥调凝剂石膏品种和掺加量的影响(1)石膏的种类对其与减水剂相容性的影响也很大．因为不同种类石膏的溶解速度和溶解度差别较大．他们对水泥的缓凝作用不同，而对水泥与减水 剂相容性影响也不同。天然二水石膏与高效减水剂适应性好．硬石膏有不利的影响应限制，工业副产品石膏中的某些微量成分可能使水泥与高效减水剂的相容性变 差。 ’(2)水泥中S03含量及石膏的形态影响与外加剂的适应性。在水泥凝结时间可以接受的范围内，适当提高水泥中S02含量有利于改善水泥与高效减水剂相容性，适宜的S02含量应根据水泥中C3A、碱含量和比面积来确定。3水泥含碱量和fCaO含量的影响3．1水泥碱含量水泥的碱含量主要是指水泥中Na20和K20的含量。碱含量对水泥与减水剂的适应性会产生很大的影响。碱的存在使水泥标准稠度用水量增大，使水 泥水化速度加快，减水剂的塑化效果变差，含碱量越高，水泥与减水剂的适应性越差．还将导致商品混凝土的坍落度经时损失增大。目前国内最普遍使用的是萘系高效减 水剂．而碱含量是控制萘系减水剂与水泥相容性良好的关键因素之一。2000年在法国召开的第六届国际化学外加剂会议上．我国留学生姜施平博士等，发表的文 章指出：水泥的可溶性碱含量、细度、C，A含量和石膏类型．是控制掺萘系减水剂水泥浆和商品混凝土流变性能的关键参数。最佳可

溶性碱含量在0．4％～0．6％ 当量的Na20。萘系减水剂在水泥颗粒上的吸附率和水泥水化速率受这些参数影响．它们控制商品混凝土流动度的损失速率。使用可溶性碱含量低的水泥时，不仅当减 水剂剂量不足时坍落度损失较快．且当剂量稍高于饱和点时．又会出现严重的离析和泌水。3．2水泥fCaO含量水泥fCa0含量高明显影响与外加剂的适应性。这一点国内资料报道的少．据国外及生产实践经验得知，这一影响不可忽视。 5 水泥比面积和颗粒分布的影响水泥颗粒对减水剂分子的吸附与水泥的比表面积有关．在掺加减水剂的水泥浆体中，水泥颗粒越细，意味着其比表面积越大，减水剂在相同掺量情况下， 对于细度大的水泥．其塑化效果要差一些；同时，比表面积越高时．水泥与水接触的面积越大，水泥颗粒表面形成水膜所需水量就大，相同水灰比条件下，颗粒之间 的自由水相应减少．水泥浆体流动性变差，水泥与减水剂适应性不好：另外，水泥比表面积越大，意味着水泥细颗粒多。水泥与水早期反应速度加快，水化产物絮状 结构形成快．水泥浆体流动性差，水泥与减水剂相容性不好。水泥的颗粒分布对水泥与减水剂的适应性影响包括两方面。一方面，水泥均匀性系数大时，颗粒分布范围窄．其堆积空隙率大，需要更多水来填充这些空 隙．自由水相应减少，外加剂掺量大，水泥与外加剂适应性差．均匀性系数小时，情况正好相反。另一方面，水泥颗粒平均粒径小时，水泥中细粉较多，比面积较 大．水泥与外加剂相容性不好。6水泥新鲜度的影响水泥的新鲜度是一个与水泥储存时间、环境的温度、湿度有关的概念。储存时间长、储存环境的温度、湿度高，水泥与高效减水剂的相容性提高。这是因 为新鲜水泥干燥度高，正电性较强，对减水剂吸附大，降低了减水剂对其的塑化效果．使水泥浆体流动性大大降低。这一点对配制

高强度等级商品混凝土尤其明显。7水泥温度的影响 水泥粉磨温度高．二水石膏脱水成半水石膏和硬石膏．而半水石膏和硬石膏较二水石膏溶解度下降，不能有效阻止水泥快速水化生成絮凝结构．减水剂对 其的塑化作用差．商品混凝土坍落度损失也快．水泥与高效减水剂相容性差。控制粉磨温度为110～120℃为宜：出厂水泥温度高．水泥水化反应速度快．水泥与减 水剂适应性差。8 结束语采取以下方法可提高水泥与外加剂的相容性1）合理选择熟料矿物组成。提高烧成温度和速度．熟料采用急冷：2）选择品质好的水泥混合材和石膏；3）在满足早期强度要求下，降低水泥比面积，选择合理的颗粒分布：4）降低水泥碱含量和fCaO含量；5）延长水泥储存时间，降低水泥新鲜度；6）降低水泥粉磨和出厂(使用)时的温度。

影响水泥与外加剂相容性的因素

随着预拌商品混凝土的飞速发展．商品混凝土配合比设计除了考虑商品混凝土强度、耐久性之外，还更注重其工作性能，水泥与减水剂的相容性是影响商品混凝土工作性的 重要因素。水泥与外加剂相容性不好．可能是外加剂的原因，可能是水泥品质的原因．也可能是使用方法造成的，或几种因素共同起作用引起的。在实际工作中，若 不能分辨出确切原因．容易引起各方的争议。本文从水泥熟料矿物组成、烧成温度和烧成速度、冷却制度，混合材种类和品质．碱含量和fCaO含量，石膏的种类 和存在形式．水泥比面积和颗粒分布，水泥新鲜度、温度等方面对水泥与减水剂间相容性问题进行分析．并提出改善水泥与外加剂问相容性的一些方法和思路。1 水泥熟料矿物组成及工艺制度的影响1．1 熟料四种主要矿物含量的影响四种矿物对减水剂吸附量由大到小的顺序为C3A>C4F>C3S>C2S。尤其C3A的吸附量远远大于其他三种熟料矿物。这 是因为减水剂主要吸附在水化产物上，吸附量与其水化产物的数量和表面性质有关．凡水化快，水化产物比表面大的熟料矿物．吸附量就大，而使溶液中的减水剂大 大减少。C2A的水化速度最快。C4F，C3S次之，C2S最慢，C2A的水化产物比面积大。所以含C2A多的水泥，减水剂的适应性差。1．2熟料烧成温度和烧成速度高温烧成的熟料与低温烧成的熟料表现出的性能不同，高温快烧的熟料．硅酸盐矿物固熔较多其他组分(如C3S固熔A120，、Fe20，、Mg0 等形成A矿)，这增加了硅酸盐矿物的含量及性能．提高了水化活性．并使C2A与CAF含量减少。其固熔量随温度的升高及烧成速度的加快而增大。故高温快烧 的熟料，A矿发育

良好，尺寸适中．边棱清晰，水泥强度较高，与外加剂相容性好。低温烧成的熟料．硅酸盐矿物活性较差，水泥强度较低，并且由于C2S固熔 Al：03、Fe20，减少，熟料矿物中析晶出来C2A与C4AF较多，水泥标准稠度用水量大．与外加剂相容性差。1．3冷却制度的影响熟料在较高温度范围(1 450℃：～l 200℃的快速冷却，有利于A矿保持良好的晶型，C2S粉化，硅酸盐矿物活性较高：溶剂矿物多以玻璃体存在，大量减少C2A与C4F的析晶，因而对于 快冷熟料，即使C2A与C4AF计算含量较高．由于大部分以玻璃体存在，所磨制的水泥仍与外加剂相容性好。凝结时间正常，水泥强度较高。慢速冷却时，熟料 中β—C2S转变为γ一C2S，矿物活性降低，C2A与CAF大量析晶，水泥与外加剂相容性差。2 混合材料种类和品质的影响混合材对减水剂具有吸附作用。由吸附量实验得知．作为水泥混合材的吸附量由大到小．一般为煤矸石>粉煤灰>矿渣。掺矿渣的水泥适应 性优于掺煤矸石的。一般来说火山灰质混合材具有较大的内表面积。故吸附量大．不同品质的粉煤灰适应性差异很大。优质的粉煤灰、超细粉煤灰适应性好；粗粉煤 灰、含碳量大的吸附量大．适应性差。粉煤灰：粉煤灰为多孔性的中空圆球体，优质的粉煤灰含有大量球形度良好的玻璃体．由于球形玻璃体的“滚珠效应”．可以改善水泥的流变性能，提高 水泥与外加剂的适应性。粗粉煤灰和含碳量大的粉煤灰中含有较多未燃尽的碳．而未燃烬的碳具有多孔结构，能吸附大量的减水剂和水分．这种“吸附效应”使水泥 与减水剂的相容性变差。矿粉：粒化高炉矿粉除具有胶凝性和火山灰性，还具有微填充效应。商品混凝土体系可理解为连续级配的颗粒堆积体系。粗集料间隙由细集料填充．细集料间 隙由水泥颗粒填充．水泥颗粒之间的间隙则由更细的集料填

充．矿渣微粉的细度比水泥颗粒细．在取代了部分水泥以后．这些小颗粒填充在水泥颗粒间的空隙中．置 换期问的的填充水．因而使拌和物的表面水相应大量增加，促进了商品混凝土流动性的改善。同时，由于磨细矿渣的需水性低于硅酸盐水泥．因而替代部分水泥后所形成 的胶凝体系的总需水量下降．富余的水分有利于提高商品混凝土的流动性。这就是矿渣的微填充效应，它有助于提高水泥与外加剂的相容性。4 作为水泥调凝剂石膏品种和掺加量的影响(1)石膏的种类对其与减水剂相容性的影响也很大．因为不同种类石膏的溶解速度和溶解度差别较大．他们对水泥的缓凝作用不同，而对水泥与减水 剂相容性影响也不同。天然二水石膏与高效减水剂适应性好．硬石膏有不利的影响应限制，工业副产品石膏中的某些微量成分可能使水泥与高效减水剂的相容性变 差。 ’(2)水泥中S03含量及石膏的形态影响与外加剂的适应性。在水泥凝结时间可以接受的范围内，适当提高水泥中S02含量有利于改善水泥与高效减水剂相容性，适宜的S02含量应根据水泥中C3A、碱含量和比面积来确定。3水泥含碱量和fCaO含量的影响3．1水泥碱含量水泥的碱含量主要是指水泥中Na20和K20的含量。碱含量对水泥与减水剂的适应性会产生很大的影响。碱的存在使水泥标准稠度用水量增大，使水 泥水化速度加快，减水剂的塑化效果变差，含碱量越高，水泥与减水剂的适应性越差．还将导致商品混凝土的坍落度经时损失增大。目前国内最普遍使用的是萘系高效减 水剂．而碱含量是控制萘系减水剂与水泥相容性良好的关键因素之一。2000年在法国召开的第六届国际化学外加剂会议上．我国留学生姜施平博士等，发表的文 章指出：水泥的可溶性碱含量、细度、C，A含量和石膏类型．是控制掺萘系减水剂水泥浆和商品混凝土流变性能的关键参数。最佳可

溶性碱含量在0．4％～0．6％ 当量的Na20。萘系减水剂在水泥颗粒上的吸附率和水泥水化速率受这些参数影响．它们控制商品混凝土流动度的损失速率。使用可溶性碱含量低的水泥时，不仅当减 水剂剂量不足时坍落度损失较快．且当剂量稍高于饱和点时．又会出现严重的离析和泌水。3．2水泥fCaO含量水泥fCa0含量高明显影响与外加剂的适应性。这一点国内资料报道的少．据国外及生产实践经验得知，这一影响不可忽视。 5 水泥比面积和颗粒分布的影响水泥颗粒对减水剂分子的吸附与水泥的比表面积有关．在掺加减水剂的水泥浆体中，水泥颗粒越细，意味着其比表面积越大，减水剂在相同掺量情况下， 对于细度大的水泥．其塑化效果要差一些；同时，比表面积越高时．水泥与水接触的面积越大，水泥颗粒表面形成水膜所需水量就大，相同水灰比条件下，颗粒之间 的自由水相应减少．水泥浆体流动性变差，水泥与减水剂适应性不好：另外，水泥比表面积越大，意味着水泥细颗粒多。水泥与水早期反应速度加快，水化产物絮状 结构形成快．水泥浆体流动性差，水泥与减水剂相容性不好。水泥的颗粒分布对水泥与减水剂的适应性影响包括两方面。一方面，水泥均匀性系数大时，颗粒分布范围窄．其堆积空隙率大，需要更多水来填充这些空 隙．自由水相应减少，外加剂掺量大，水泥与外加剂适应性差．均匀性系数小时，情况正好相反。另一方面，水泥颗粒平均粒径小时，水泥中细粉较多，比面积较 大．水泥与外加剂相容性不好。6水泥新鲜度的影响水泥的新鲜度是一个与水泥储存时间、环境的温度、湿度有关的概念。储存时间长、储存环境的温度、湿度高，水泥与高效减水剂的相容性提高。这是因 为新鲜水泥干燥度高，正电性较强，对减水剂吸附大，降低了减水剂对其的塑化效果．使水泥浆体流动性大大降低。这一点对配制

高强度等级商品混凝土尤其明显。7水泥温度的影响 水泥粉磨温度高．二水石膏脱水成半水石膏和硬石膏．而半水石膏和硬石膏较二水石膏溶解度下降，不能有效阻止水泥快速水化生成絮凝结构．减水剂对 其的塑化作用差．商品混凝土坍落度损失也快．水泥与高效减水剂相容性差。控制粉磨温度为110～120℃为宜：出厂水泥温度高．水泥水化反应速度快．水泥与减 水剂适应性差。8 结束语采取以下方法可提高水泥与外加剂的相容性1）合理选择熟料矿物组成。提高烧成温度和速度．熟料采用急冷：2）选择品质好的水泥混合材和石膏；3）在满足早期强度要求下，降低水泥比面积，选择合理的颗粒分布：4）降低水泥碱含量和fCaO含量；5）延长水泥储存时间，降低水泥新鲜度；6）降低水泥粉磨和出厂(使用)时的温度。