水泥与减水剂的相容性改善试验

现代建筑工程要求混凝土具有高强度、高流动性，这给泵送混凝土的组成材料提出了严格的质量要求，为了改善水泥的流变性，使用减水剂是一个科学的办法，但是水泥的适应性更为重要，改善水泥与减水剂的相容性意义重大，涉及水泥生产过程中的诸多因素。

一、影响水泥与减水剂相容性的因素

（一）水泥熟料质量

高温烧成的熟料和低温烧成的熟料在性能上面有所不同：高温烧成的熟料水化活性好，A矿发育好，尺寸合适，强度高，与减水剂相容性好;相反低温烧成的熟料水泥标稠用水量大，熟料矿物中析晶出来的C3A和C4AF比较多，和减水剂相容性差。熟料冷却速度同样影响析晶出来的C3A和C4AF的量，慢冷容易产生C2S晶型转变，矿物活性降低，和减水剂相容性差。

熟料在较高温度范围(1200～1450℃)的快速冷却，有利于A矿保持良好的晶形，减少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C3A和C4AF的析晶。因而快冷熟料，即使C3A、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较好，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-C2S，矿物活性降低，C3A、C4AF大量析晶，磨制的水泥与外加剂相容性差。

外加剂，尤其是减水剂的使用效果随水泥熟料的矿物组成不同而有差异，其中C3A对相容性影响最大。对于C3A含量高的水泥，减水剂的减水增强效果差。随着水泥细度的增加，C3A的影响也愈加明显。总之，C3A含量高的水泥一般与外加剂的相容性都要差一些。

熟料矿物组成和工艺的影响：4种矿物中C3A的影响最大，它的吸附力最强、水化速度最快，C4AF、C3S次之，C2S最慢;因此它们对减水剂吸附量由大到小的排序是C3A>C4AF>C3S>C2S。

（二）粉磨条件

当水泥粉磨温度过高时，所掺入的二水石膏会部分脱水转变为半水石膏，这也会导致水泥净浆快凝而影响水泥与外加剂的相容性。

在水泥粉磨过程中，由于企业追求比表面积，在中间仓配置了大锻，横截面积的大小应与磨机的转速和磨内空间距相适应，与所产生的力功有着一定的关系，这无疑提高了水泥比表面积，而组成水泥的颗粒却发生了变化，趋向于不规则的棱形、长条状或雪花状形态，易造成水泥石的结构蓬松，需水量增大。

水泥的颗粒级配是水泥性能的决定因素。目前公认的水泥最佳级配为3～32μm，对强度的增长起主要作用，其程度分布是连续的，总量应不低于75%。16～24μm的颗粒对水泥的性能尤为重要，含量越多越好。小于3μm的易结团，不要超过10%;大于60μm颗粒活性小，最好没有。

水泥的圆度系数由0.67提高到0.85时，水泥砂浆28d抗压强度可提高20%～30%。

（三）水泥中石膏的种类及掺量

当水泥生产中使用硬石膏，而又使用木钙、糖钙作缓凝减水剂时，混凝土拌合物的坍落度经时损失会明显增大，甚至发生“假凝”现象。磷石膏、氟石膏等工业副产品，由于含有各种杂质，并且有效成分含量波动较大，也会影响水泥与外加剂的相容性。

水泥制成时间及温度。刚出磨的“新鲜水泥”，由于粉磨时产生电荷，颗粒间相互吸附、凝聚的能力较强，因此与减水剂的相容性较差。制成时间短的水泥有时温度较高，因而水泥水化速度较快，其与减水剂的相容性会降低，混凝土的坍落度损失会增大。一般来说，当水泥温度小于50℃时对减水剂的塑化效果影响不大;而当水泥温度超过75℃时，减水剂的塑化效果降低明显;当水泥温度更高时，可能会造成二水石膏脱水变成半水石膏或无水石膏，使减水剂与水泥的相容性明显变差。

（四）水泥中的碱含量

一般认为随着水泥中可溶性碱含量增大，减水剂与水泥的相容性变差，减水剂的塑化效果降低，混凝土坍落度经时损失增大。

但是，对于含Na2SO4的水泥(或Na2SO4由外加剂中带入)，由于碱是以硫酸盐的形式存在，Na2SO4的溶解度及溶解速度比水泥中的石膏大得多，溶解的SO42-与C3A反应生成钙矾石抑制水泥水化，从而可以部分抵消由于碱含量增大对水泥的促凝作用，以及对外加剂与水泥相容性的劣化作用。

有人提出水泥塑化度(SD)的概念，SD=SO3/(1.29 Na2O·0.85K2O)，认为水泥中碱含量对外加剂与水泥相容性的影响与SO3含量，即SO42-含量有关。在SO3不变时，随着碱含量增大，SD减小，相容性变差;在碱含量一定时，随着SO3减少，SD减小，相容性变差。认为水泥的塑化度一般应控制在2.5～3.5之间为宜，熟料硫碱比控制值为0.65～1.00内。

（五）混合材比例及品种

不同种类混合材对减水剂的吸附产生不同影响，矿渣对萘系减水剂的吸附量小于煤矸石，因此一般情况下掺矿渣的水泥与减水剂的相容性优于掺煤矸石的水泥。一般而言，由于火山灰质混合材具有较大的内比表面积，其对减水剂的吸附量也就较大，因此掺火山灰的水泥与减水剂的相容性较差，主要表现为混凝土流动性差、坍落度经时损失大。而掺不同品种粉煤灰的水泥与减水剂的相容性差异较大，一般使用优质粉煤灰(含碳量≤5%)时，减水剂塑化效果好;而使用粗粉煤灰，或含碳量>5%的粉煤灰时减水剂的塑化效果差。

在拌制混凝土时掺入的各种矿物掺合料，与水泥混合材一样对外加剂的作用效果有影响。在外加剂掺量相同的情况下，掺矿物掺合料的混凝土与不掺者相比，其流动性因粘稠而变小，故此时应适当增大外加剂掺量或调整外加剂配方。但是，在掺粉煤灰的混凝土中减水剂的作用效果可能比在不掺粉煤灰的混凝土中更好。

（六）水泥的细度及颗粒组成

水泥厂一般从强度出发来确定细度指标，尤其是当熟料强度低、混合材掺量高时，往往都采取提高粉磨细度来保证水泥强度。水泥细度越大，细颗粒含量越多、需水量越大，与外加剂相容性较差，混凝土坍落度损失快。水泥生产中粉磨系统所用的磨机不同(球磨、辊压磨、振动磨)，所得水泥颗粒的形状会不一样。在相同细度及颗粒组成的情况下，水泥颗粒球形度越大，则需水量越小，与外加剂的相容性越好。

二、试验

（一）原料组成

原料的化学组成见表1。

（二）试验配比

水泥的成分见表2。

水泥3天强度为27～30MPa，28天强度为47.5～52MPa，其他性能指标正常。

（三）试验小磨减水剂流动度

试验水泥工作性能见表3。

注：使用0.5%的聚羧酸减水剂。

混凝土试验，混凝土的配合比和性能见表4。

通过生产配制的混凝土和易性较好，色差正常，无泌水现象。

三、结论与讨论

通过生产试验可以看出，调整混合材生产出来的水泥，在与减水剂的相容性上有了大幅度的改善，配制的C30混凝土性能进一步得到了改善。大量实际工程应用证明：水泥中减水剂掺入0.5%，初始流动度必须大于190mm，才能满足泵送混凝土的要求，特别是高层建筑用混凝土施工。

本试验最佳方案是F、G、H，但是矿渣成本高、含水率大，影响实际生产运行成本，目前我们采用的是E、F方案，也正如某些文章介绍的一样，很多企业目前采用大掺量石灰石作为混合材，但是解决工业废渣粉煤灰炉渣也是一个迫切的难题，两者兼顾满足混凝土施工要求是一个长期的工作。

在实际生产过程中同样要注意水泥粉磨温度和颗粒级配，尽可能控制温度小于90℃，3μm颗粒含量<8%，3～32μm颗粒含量>70%。只有多方面进行改进，混凝土质量才会稳定提高，满足现代工程建设的要求。

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