談山東地區(qū)混凝土外加劑與水泥的相容性
2006-06-15 00:00
[摘 要] 本文主要針對(duì)山東地區(qū)的水泥和混凝土外加劑的實(shí)際情況，分析二者的適應(yīng)性不好的表現(xiàn)及影響二者適應(yīng)性的因素，提出改善的措施。
[關(guān)鍵詞] 水泥； 混凝土外加劑； 適應(yīng)性； 試驗(yàn)方法； 控制措施
1 前言
山東省是水泥大省，水泥廠家多，有的廠家有幾個(gè)分廠和多個(gè)粉磨站，水泥質(zhì)量參差不齊。此外，山東地區(qū)混凝土外加劑廠家多，許多小廠根本沒(méi)有任何產(chǎn)品質(zhì)量保證措施，產(chǎn)品質(zhì)量存在許多問(wèn)題，市場(chǎng)也比較混亂。因此，商品混凝土質(zhì)量問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，而水泥與外加劑的相容性問(wèn)題則是影響商品混凝 土質(zhì)量的重要因素。
我們對(duì)山東地區(qū)的濟(jì)南、青島、臨沂、濱州、棗莊、德州、聊城、濟(jì)寧、泰安、淄博等地的水泥與混凝土外加劑的相容性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，探討了影響外加劑與水泥適應(yīng)性的因素，并提出了解決這一問(wèn)題的切實(shí)可行的有效措施。本文主要探討外加劑對(duì)水泥混凝土工作性能的影響來(lái)分析二者的相容性問(wèn)題。
2 外加劑與水泥適應(yīng)性的定義與試驗(yàn)方法
外加劑和水泥的相容性應(yīng)該是“雙向適應(yīng)”，而山東地區(qū)實(shí)際上還是單純強(qiáng)調(diào)外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性，即混凝土外加劑如何去適應(yīng)水泥。關(guān)于混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性有多種描述。
《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119 - 2003附錄A 規(guī)定了混凝土外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性檢測(cè)方法。其主要內(nèi)容是：對(duì)某種水泥需選擇外加劑時(shí)，每種外加劑應(yīng)分別加入不同摻量；對(duì)某種外加劑選擇水泥時(shí)，每種水泥應(yīng)分別加入不同摻量的外加劑。對(duì)不同品種外加劑，不同摻量應(yīng)分別進(jìn)行試驗(yàn)。繪制摻量為橫坐標(biāo)，流動(dòng)度為縱坐標(biāo)的曲線。其中飽和點(diǎn)(外加劑摻量與水泥凈漿流動(dòng)度變化曲線的拐點(diǎn)) 外加劑摻量低、流動(dòng)度大，流動(dòng)度損失小的外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性好。
① 按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，將經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的某種外加劑，摻入到按規(guī)定可以使用該種外加劑且符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的水泥中，外加劑在所配制的混凝土(或砂漿) 中若能產(chǎn)生應(yīng)有的作用效果，則稱該外加劑與水泥相適應(yīng)；若外加劑的作用效果明顯低于使用基準(zhǔn)水泥的檢驗(yàn)結(jié)果，或者摻入水泥中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則稱該外加劑與水泥適應(yīng)性不良或不適應(yīng)。
② 按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，將經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻加到用按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥所配制的混凝土(或砂漿) 中，若能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就認(rèn)為該水泥與這種外加劑是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，則該水泥與這種外加劑不適應(yīng)。
③ 水泥與減水劑的適應(yīng)性影響到混凝土硬化前，硬化過(guò)程中和硬化后的性能。涉及電化學(xué)、表面化學(xué)、水泥化學(xué)和高分子化學(xué)諸方面相互影響，十分復(fù)雜。大體上可用3 項(xiàng)指標(biāo)衡量，即：初始流動(dòng)度，是否有明晰的飽和點(diǎn)和流動(dòng)度損失大小。國(guó)內(nèi)用水泥凈漿流動(dòng)度方法進(jìn)行檢測(cè)。
④ 作者認(rèn)為，應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用來(lái)考慮，以在外加劑和水泥系統(tǒng)中，摻入某種功能性外加劑能否達(dá)到預(yù)期的效果來(lái)表示外加劑與水泥是否適應(yīng)。GB50119 -2003 的方法有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤判。最直觀地應(yīng)進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，通過(guò)新拌混凝土的坍落度及坍落度損失、保水性、粘聚性等及硬化混凝土的強(qiáng)度和耐久性來(lái)綜合評(píng)定?？焖贉y(cè)定方法建議采用《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/ T8077 - 2000 測(cè)定膠砂的減水率或流動(dòng)度；或者水泥凈漿流動(dòng)度及損失來(lái)判定。
3 適應(yīng)性不好的表現(xiàn)
外加劑與水泥的適應(yīng)性不好有以下表現(xiàn)：
① 混凝土的攪拌過(guò)程中出現(xiàn)異常凝結(jié)(速凝、假凝) ；
② 外加劑在推薦摻量條件下，混凝土拌合物初始流動(dòng)性很差，初始坍落度明顯達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；
③ 外加劑在推薦摻量，或者在適當(dāng)增大摻量情況下，雖然混凝土拌合物初始流動(dòng)性良好，初始坍落度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是坍落度經(jīng)時(shí)損失過(guò)快；
④ 外加劑在推薦摻量，或者在適當(dāng)增大摻量情況下，雖然混凝土拌合物初始流動(dòng)性良好，坍落度經(jīng)時(shí)損失也較小，但拌合物泌水嚴(yán)重，出現(xiàn)“扒底”現(xiàn)象；
⑤ 當(dāng)高效減水劑和水泥的適應(yīng)性好時(shí)，在飽和點(diǎn)以上再增加高效減水劑的摻量，可使混凝土坍落度在長(zhǎng)時(shí)間保持不損失；當(dāng)高效減水劑和水泥的適應(yīng)性不好時(shí)，在飽和點(diǎn)以上再增加高效減水劑的摻量，會(huì)導(dǎo)致混凝土泌水和離析。
4 影響外加劑與水泥適應(yīng)性因素
4.1 水泥
4.1.1 水泥生產(chǎn)常用的混合材
常用的混合材有：礦渣、粉煤灰、石灰石粉、沸石、煤矸石、煤渣、爐渣、火山灰、硅錳渣、磷礦渣、增鈣液態(tài)渣、硫酸鋁渣、赤泥、部分金屬尾礦等。沸石、硫酸鋁渣具有極大的內(nèi)比表面積，爐渣、煤矸石不僅含有碳，而且呈多孔結(jié)構(gòu)，吸附性強(qiáng)，都與外加劑的適應(yīng)性較差。
4.1.2 水泥生產(chǎn)用的調(diào)凝劑
常用的調(diào)凝劑：二水石膏、半水石膏、硬石膏、工業(yè)廢石膏(氟石膏、磷石膏等) 、檸檬酸渣、電石渣，工業(yè)廢石膏大都顯微酸性。氟石膏的溶解度要大于天然硬石膏。調(diào)凝劑的溶解度影響水泥的水化速度，不同的調(diào)凝劑影響水泥與外加劑的相容性。
4.1.3 水泥助磨劑
具有對(duì)水泥助磨、增強(qiáng)、活性激發(fā)、調(diào)凝、安定、染色、改善水泥性能等多種功能。一般是一些含有極性基團(tuán)如：羥基、胺基、羧基、羰基、及混合基等具有強(qiáng)的吸附和分散能力的表面活性劑。常用的有：油酸、硬脂酸、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、乙二醇胺、木鈣、多聚磷酸鹽等，對(duì)水泥與外加劑的相容性有不同程度的影響。
4.1.4 水泥化學(xué)成分———礦物組成
由表1 可見(jiàn)，山東地區(qū)的水泥的特點(diǎn)：
① 堿含量在014 %～018 %內(nèi)，不會(huì)影響外加劑與水泥的適應(yīng)性；
② Al2O3 的量差別大，Al2O3/ SO3 為1.7～4.7 ，對(duì)水泥的性能影響很大。
C3A 的結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)中鈣離子和鋁離子都具有較大的活性；結(jié)構(gòu)中具有較大的空穴，OH- 離子容易進(jìn)入晶格內(nèi)部。C3A 與水接觸后立即溶解，并且很快在過(guò)飽和溶液中形成六方板狀水化物，接著轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的C3AH6 。
4.1.5 水泥溫度
我們用新鮮的水泥進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2 。制成時(shí)間短的水泥有時(shí)溫度較高，水泥- 外加劑- 水體系的熵值大，水泥水化速度較快，其與減水劑的適應(yīng)性會(huì)降低，表現(xiàn)出減水劑減水率低，混凝土的坍落度損失會(huì)增大。表2 可見(jiàn)，對(duì)試驗(yàn)用水泥，當(dāng)水泥溫度小于70 ℃時(shí)對(duì)減水劑的塑化效果影響不大，而當(dāng)水泥溫度超過(guò)80 ℃時(shí)對(duì)減水劑的塑化效果降低明顯。當(dāng)水泥溫度更高時(shí)，可能會(huì)造成二水石膏脫水變成半水石膏或無(wú)水石膏，使減水劑與水泥的適應(yīng)性明顯變差。
4.1.6 水泥的新鮮度- 陳放時(shí)間
出磨時(shí)間短的水泥，由于粉磨時(shí)產(chǎn)生的電荷，顆粒間相互吸附、凝聚的能力較強(qiáng)，另一方面新鮮水泥的正電性強(qiáng)，吸附陰離子型表面活性劑多。因此表現(xiàn)出減水劑減水率低，混凝土的坍落度損失快的現(xiàn)象，與減水劑的適應(yīng)性較差。
4.1.7 水泥廠家的穩(wěn)定性
同一水泥生產(chǎn)廠家，不同時(shí)期的水泥的性能差別較大。有的水泥生產(chǎn)廠生產(chǎn)熟料的原材料不夠穩(wěn)定，有的混合材不穩(wěn)定，而有的水泥生產(chǎn)廠只是一粉磨站，由于各方面的原因使熟料的來(lái)源不固定，自已根本左右不了水泥的性能。
表3 可見(jiàn)，對(duì)于該水泥，不同的取樣時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果相差非常大。
4.1.8 同一品牌而不同生產(chǎn)廠家
水泥集團(tuán)往往有多家水泥生產(chǎn)廠，生產(chǎn)的水泥為一個(gè)品牌，水泥的性能有時(shí)相差很大。表4 為同一品牌不同產(chǎn)地的P·O32.5 的凈漿試驗(yàn)結(jié)果。同一牌號(hào)的水泥，只能說(shuō)明是屬同一集團(tuán)公司的產(chǎn)品，但由于不同的分廠和粉磨站都各有自己的利益，因此，生產(chǎn)水泥所用的熟料、混合材、緩凝劑等原料都各不相同，生產(chǎn)的水泥的性能相差很大。
4.1.9 不同廠家、不同水泥強(qiáng)度等級(jí)
4.1.10 不同廠家、同一水泥強(qiáng)度等級(jí)
對(duì)于不同水泥生產(chǎn)廠的同一強(qiáng)度等級(jí)的水泥，凈漿流動(dòng)度相差較大，有個(gè)別樣品感到不正常。實(shí)際上，對(duì)于生產(chǎn)同一強(qiáng)度等級(jí)的水泥，不同廠家所用水泥熟料的強(qiáng)度等級(jí)不一定相同，摻合料的品種、用量相差也較大，表現(xiàn)出對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響較大。配制的混凝土具有相同的坍落度時(shí)，高效減水劑的用量相差較大。有的水泥對(duì)萘系高效減水劑的適應(yīng)性非常差“， 吃”外加劑非常厲害。
同時(shí)還可以看出，水泥凈漿不能很好反映水泥與外加劑的適應(yīng)性；水泥凈漿流動(dòng)度和混凝土坍落度不完全一致。
4.2 外加劑
4.2.1 減水劑種類
表8 可見(jiàn)，不同品種高效減水劑同一水泥的凈漿流動(dòng)度影響不同，氨基磺酸鹽和新型三聚氰胺高效減水劑對(duì)水泥的飽和摻量均比萘系高效減水劑的摻量小。
4.2.2 復(fù)合型外加劑
復(fù)合型混凝土外加劑的各組分對(duì)混凝土坍落度及其損失影響差別較大，本試驗(yàn)所用水泥配制的混凝土來(lái)選擇泵送劑的配方，表9 的試驗(yàn)結(jié)果知，對(duì)坍落度及其損失影響最大的是減水劑組分A ，配方組成可考慮A2B3C2 。同時(shí)可看出，復(fù)合型外加劑較單摻萘系減水劑具有更好的性能。
表10 可看出，不同組成的泵送劑對(duì)混凝土的坍落度及其損失具有不同的影響，同一泵送劑對(duì)不同水泥的影響也較大。
4.2.3 緩凝組分、保坍組分
混凝土泵送劑組成中的緩凝、保塑組分對(duì)混凝土坍落度及其損失的影響很大。表11 可見(jiàn)，不同緩凝保塑組分、同一緩凝保塑組分的不同摻量對(duì)混凝土坍落度及其損失都會(huì)有不同的影響。
4.2.4 膨脹劑、摻合料、纖維
優(yōu)質(zhì)的粉煤灰和礦渣微粉可減小坍落度損失；PNC 膨脹劑能減小混凝土的坍落度損失，而市場(chǎng)的混凝土膨脹劑往往會(huì)使混凝土坍落度損失增大。摻加纖維，減水劑的用量要增加20 %以上。
4.3 混凝土的制備———試驗(yàn)方法、生產(chǎn)
在混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，影響正確選擇混凝土外加劑的幾個(gè)主要問(wèn)題：
① 對(duì)保羅米公式的不正確認(rèn)識(shí)———認(rèn)為保羅米公式不再適用，這實(shí)際上要完全放棄混凝土配合比設(shè)計(jì)的“根本”；
② 一味追求“好的外加劑”不考慮混凝土強(qiáng)度等級(jí)等各方面要求，不去按混凝土性能進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，不去考慮正確、合理分配各方利益；
③ 混凝土外加劑是萬(wàn)能的———不能正確分析和處理影響混凝土性能的各方面因素，一切問(wèn)題由混凝土外加劑廠解決；
④ 混凝土外加劑生產(chǎn)廠不合理的競(jìng)爭(zhēng)。
4.3.1 外加劑的添加順序
如何很好地解決商品混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失非常重要。泵送劑的分次摻加或后摻法，是非常有效的方法，在澆灌混凝土前摻入部分泵送劑能很好地體現(xiàn)出后摻法的效果，實(shí)際上，這種方法是避開(kāi)了經(jīng)時(shí)損失。這種摻加方法有很多優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)施有點(diǎn)難度，往往不被重視。
4.3.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)
混凝土配合比設(shè)計(jì)對(duì)外加劑的摻加量影響較大?；炷镣饧觿┥a(chǎn)廠家較多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，為混凝土生產(chǎn)企業(yè)追求最大利益提供了條件。較突出的表現(xiàn)是：非常少的膠凝材料用量(如用P·O32.5 配制C30 泵送商品混凝土，膠凝材料用400kg/ m3 ) ，較小的水膠比，假定較大的混凝土密度(如：C30 混凝土假定2480kg/ m3) ，這樣的要求意味選用的泵送劑減水率要達(dá)到20 %以上。這些難題要前來(lái)競(jìng)爭(zhēng)外加劑的廠家來(lái)解決，如果達(dá)不到要求就被認(rèn)為外加劑與水泥的適應(yīng)性不好。
4.3.3 試驗(yàn)環(huán)境
環(huán)境的溫濕度對(duì)混凝土坍落度損失的影響較大，考察外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性時(shí)應(yīng)考慮這一因素。
4.3.4 試驗(yàn)方法
由于試驗(yàn)方法選擇的不合理也會(huì)錯(cuò)誤判斷外加劑與水泥的適應(yīng)性。選用的試驗(yàn)方法，是采用混凝土、凈漿，還是砂漿試驗(yàn)? 選用的試驗(yàn)材料，主要是指使用基準(zhǔn)水泥、工程用水泥，還是試驗(yàn)室常用水泥?選用的混凝土配合比，是試驗(yàn)室常用配合比，還是工地用配合比? 是人工拌制，還是機(jī)械拌制? 試驗(yàn)設(shè)備狀況如何，是否涮盤? 一次試驗(yàn)用混凝土量是多少?測(cè)坍落度損失的方法(動(dòng)態(tài)靜態(tài)) 與條件等。要正確認(rèn)識(shí)試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果與攪拌樓生產(chǎn)的區(qū)別。
5 適應(yīng)性不好的控制措施
5.1 水泥生產(chǎn)廠家：應(yīng)保證出廠水泥各項(xiàng)指標(biāo)滿足國(guó)標(biāo)的前提下，確保各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定，使外加劑更好地適應(yīng)水泥變化。
5.2 混凝土公司：盡量避免如下現(xiàn)象： ①水泥供應(yīng)不及時(shí)，臨時(shí)改換了水泥； ②臨時(shí)更換摻合料、膨脹劑；③泵送劑供應(yīng)不及時(shí)，臨時(shí)改換了泵送劑； ④不同外加劑廠家的產(chǎn)品被放入同一罐中； ⑤使用不過(guò)篩而含有大量泥塊的骨料等。
5.3 混凝土外加劑廠家：生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的外加劑，科學(xué)設(shè)計(jì)泵送劑，復(fù)配外加劑時(shí)，正確選用高效減水劑的品種、摻量，正確選用有機(jī)、無(wú)機(jī)緩凝劑、保塑劑等組分。
5.4 配制混凝土不能只注重節(jié)省費(fèi)用，而無(wú)視水泥、摻合料等對(duì)外加劑摻量的實(shí)際需求，只管強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)觀念上或自己習(xí)慣的水泥或摻合料固定值，對(duì)外加劑提出過(guò)分的要求。
5.5 合理科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土配合比，適當(dāng)提高混凝土拌合物的初始坍落度，適當(dāng)增加外加劑摻量，條件許可時(shí)可以采用外加劑分次或后加法等。
6 結(jié)束語(yǔ)
水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性問(wèn)題是比較復(fù)雜的，除了技術(shù)性問(wèn)題外，還有許多人為因素，可通過(guò)水泥制造者、混凝土外加劑廠以及混凝土配制者等部門共同協(xié)作解決。
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