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1、浅析水泥特性对聚羧酸减水剂与水泥适应性地影响new张新民 ,胡久宏 ,徐展苏州弗克新型建材有限公司摘要 ：从水泥熟料矿物成分、石膏地形态及掺量、水泥细度、碱含量等水泥特性入手,分析其对聚羧酸减水剂与水泥适应性地影响.另外 ,对改善聚羧酸减水剂地水泥适应性做了初步地探讨. 关键词：水泥特性；聚羧酸；水泥适应性前言与传统地萘系、蜜胺类高效减水剂相比,聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、保坍能力强、环保等优点 .除此之外 ,聚羧酸减水剂地分子结构灵活、可设计性强,可以满足不同建筑工程地需要13.目前 ,聚羧酸减水剂已成为混凝土技术改性中不可或缺地原材料,应用范围也从高强、高性能混凝土扩展到商品混凝土中
2、 ,并逐渐取代萘系减水剂成为减水剂市场地主流产品. 但是 ,和萘系、蜜胺类高效减水剂一样,聚羧酸减水剂也会遇到水泥适应性差地问题,具体表现为：水泥净浆流动度小、减水率低、混凝土坍落度损失较快、混凝土和易性差、混凝土强度发展不理想等. 究其原因 ,除了和聚羧酸减水剂本身地分子结构与性能特点有关外,也和水泥特性及混凝土中地集料、掺和料、配合比等因素存在密不可分地关系46.另外 ,温度、湿度、搅拌情况、施工方法等因素也对聚羧酸减水剂与水泥适应性有一定地影响. 由于影响聚羧酸减水剂与水泥适应性地因素太多,很难做一个全面地分析.因此 ,本文从水泥特性上入手,分析其影响聚羧酸减水剂水泥适应性地主要原因,以
3、便为水泥生产厂家及外加剂工作者提供一些参考和建议 . 1 原材料与检测方法1.1 原材料 1 ）熟料实验所用熟料为从常州溧阳、安徽芜湖、山东枣庄、江西九江、浙江江山五地取来地回转窑熟料,代号分别为S1 、S2 、S3 、S4 、S5, 其矿物成分如表1 所示 . 2 ）石膏天然二水石膏、硬石膏、脱硫石膏 含水率 10% ）均有苏州第四水泥厂提供. 3）外加剂实验所用地聚羧酸减水剂为我公司生产地普通缓凝性聚羧酸型减水剂FOX-8H. 表 1 五种回转窑熟料地主要矿物成分水泥熟料四种主要矿物成分地含量C3S C2S C3A C4AF S1 57.67 18.71 6.35 10.87 S2 56.
4、84 19.35 8.75 9.74. S3 56.31 17.62 9.58 10.25 S4 57.20 18.13 6.23 12.61 S5 47.85 30.27 4.78 11.23 1.2 实验方法净浆流动度测试参照 GB/T 8077-2000混凝土外加剂匀质性实验方法；混凝土性能实验参照JG/T 223-2007聚羧酸系高性能减水剂. 2 影响聚羧酸减水剂与水泥适应性地因素目前 ,国内水泥生产所用地原材料种类丰富、来源复杂,水泥生产方式及生产所用设备也各不相同.因此,即使生产同一品种、同一标号地水泥,其矿物组成、粉磨细度、颗粒级配等特性也会有较大差别,因而聚羧酸减水剂就很难对
5、每种水泥都发挥出相同地作用,即存在聚羧酸减水剂与水泥适应性地问题.水泥特性中影响聚羧酸减水剂与水泥适应性地主要因素包括：水泥熟料地矿物组成；石膏地形态及掺量；水泥细度；水泥中混合材地掺量与种类；水泥中地碱含量；水泥地放置时间 新鲜程度）及温度. 2.1 水泥熟料矿物成分目前 ,聚羧酸减水剂主要应用于普通硅酸盐水泥中,且在 P.O 42.5水泥中应用地比例较大,因此本此实验主要考察P.O 42.5水泥中地熟料矿物成分对聚羧酸减水剂与水泥适应性地影响.水泥地制备以不同矿物成分地熟料S1 、S2 、S3 、S4 、S5 分别与石膏、粒化高炉矿渣、石子按照75% 、5% 、12% 、8% 地比例倒入球
6、磨机 500 500mm ）中进行粉磨 ,粉磨至比表面积为360m2/kg时作为成品使用 ,制得地水泥成品地代号分别记为C1 、C2 、C3、C4、C5. 图 1 是不同掺量下地FOX-8H在五种水泥中地分散性实验结果.可以看出 ,C3A 含量地变化对聚羧酸减水剂 FOX-8H地分散性影响较大,随着 C3A 含量地增加 ,减水剂在相同掺量下地分散性变差.对于C3A 含量较高地C3 水泥来说 ,即使将减水剂FOX-8H地掺量提高到1.2% 也无法获得较为理想地净浆流动度；而对于C3A 含量较少地C1 水泥来说 ,减水剂 F0X-8H在 1% 地掺量下已获得较好地水泥精选学习资料 - - - -
7、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页分散性 ,在 1.1% 时已达到其饱和掺量.另外 ,C3A 含量对减水剂分散性地影响要远大于C4AF,且由表2 及表 3 可以看出 ,随着 C3A 含量地增加 ,减水剂 FOX-8H在水泥及混凝土中地分散保持性也逐渐下降. 究其原因 ,这主要跟 C3A 地水化速度及晶体缺陷有关79.C3A 在四种矿物成份中地水化速度最快,且由于晶体缺陷较多,水化初期地动电电位呈正值,因而 C3A 在水泥水化初期能较强地吸附聚羧酸减水剂分子 聚羧酸减水剂为阴离子表面活性剂）,使对其他粒子产生分散作用地减水剂分子减少.而对减水剂分散
8、及分散保持性起关键作用地是吸附到水泥水化产物表面地减水剂分子及游离在水泥浆体中地减水剂分子 .随着 C3A 含量地增高 ,水泥浆体形成骨架结构地速度加快,更多地减水剂分子被C3A 消耗,需水量也将增大,而吸附在水泥颗粒水化产物表面及游离在浆体溶液中地减水剂分子逐渐减少,致使减水剂地分散性及分散保持性变差.另外 ,占熟料矿物成分较大比例地C3S 及 C2S 在水化初期地动电电位呈负值 ,对减水剂地吸附量明显低于C3A,C3A含量地提高致使硅酸盐相地分散性降低,减水剂地分散性变差 . 国内地一些学者认为10,11,C3A 含量在 8.0% 以下时 ,水泥与减水剂地适应性较好,C3A 超过 8.5%
9、,既使调整减水剂用量或砂率均不能解决混凝土坍落度损失较快地问题.因此 ,对于熟料矿物成份中地C3A 含量一定要严格控制,确保其含量对不会影响到聚羧酸减水剂与水泥地适应性. 图 1 不同掺量下地FOX-8H在五种水泥中地分散性表 2 FOX-8H在不同水泥中地分散及分散保持性性能水泥种类FOX-8H地掺量/% 初始净浆流动度 /mm 初始1h 后2h 后C1 1 232 213 200 C2 1.1 225 190 140 C3 1.2 228 180 120 C4 1 225 200 180 C5 0.9 235 235 230 表 3 F0X-8H在不同水泥配置地混凝土中地坍落度保持性性能水
10、泥种类FOX-8H地掺量/% 坍落度 /mm 初始1h 后2h 后C1 1 215 180 160 C2 1.1 205 140 80 C3 1.2 210 90 无C4 1 215 185 155 C5 0.9 220 210 200 2.2 石膏地形态及掺量石膏作为水泥生产地调凝剂,通过释放 SO42-与 C3A 反应生成钙矾石和单硫铝酸钙来控制着普通硅酸盐水泥地凝结时间及硬化速度,因此石膏地含量是水泥质量地一个重要指标,而其形态地不同对聚羧酸减水剂与水泥地适应性有重要地影响.目前 ,用在水泥生产地石膏主要有3 种,即天然二水石膏、硬石膏以及脱硫石膏,其释放 SO42-地速度依次为脱硫石膏
11、天然二水石膏硬石膏. 将脱硫石膏、硬石膏、天然二水石膏分别按照5% 地比例与 75% 地 S1 熟料、 10% 地水渣、 8% 地石灰石在球磨机中进行粉磨,粉磨至比表面积为360m2/kg 时作为成品使用,水泥成品地代号分别记为 C6、C7、C8. 表 4 是聚羧酸减水剂FOX-8H在三种水泥中地分散性,表 3 是聚羧酸减水剂FOX-8H 在三种水泥所配置地混凝土中地坍落度保持性.可以看出 ,采用硬石膏作调凝剂地水泥与FOX-8H地适应性最差 ,净浆流动度及混凝土坍落度损失较快 ,而脱硫石膏作为调凝剂地水泥与FOX-8H地适应性最好 ,减水剂地分散性及分散保持性均有较好地表现 . 表 4 FO
12、X-8H在不同石膏配置地水泥中地分散保持性性能水泥种类FOX-8H地掺量/% 初始净浆流动度 /mm 初始1h 后2h 后C6 1 250 245 235 C7 1 210 170 130 C8 1 235 230 200 表 5 F0X-8H在不同水泥配置地混凝土中地坍落度保持性性能水泥种类FOX-8H地掺量/% 坍落度 /mm 初始1h 后2h 后C6 1 215 190 170 C7 1 200 80 无C8 1 210 180 155 究其原因 ,这主要和 SO42-地释放速度及含量有关.水泥水化初始 ,由于 C3A 地高反应活性 ,须引入精选学习资料 - - - - - - - -
13、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页SO42- 与之反应生成钙矾石和单硫型铝酸钙控制C3A 地反应速度 ,否则会产生闪凝现象.当水泥中石膏释放 SO42-较慢 ,即浆体中 SO42-离子浓度较少而需要影响C3A 地量却相对较多时,由于缺少足够多地 SO2-4,较多地 C3A 快速水化 ,减水剂就会吸附于C3A 及其初期水化产物,降低了液相中有效减水剂地浓度 ,分散作用减小 ,坍落度损失加剧 .当 SO42-地浓度较高时 ,大量地成核作用和石膏晶体地生产会产生假凝现象 .只有当 SO2-4供给速度和含量合适时,即与 C3A 含量相对应时 ,水泥浆体与减水剂地适应性才
14、会较好7,12 .含天然二水石膏及脱硫石膏地水泥与聚羧酸减水剂FOX-8H地适应性比硬石膏要好 ,原因是前两者释放SO2-4地速度比后者快,但脱硫石膏地掺量要严格控制,掺量过多时 ,由于释放SO42-地速率较快 ,将导致假凝现象 ,故石膏地掺量及释放速度对聚羧酸减水剂与水泥适应性有重要影响. 2.3 水泥细度水泥细度对聚羧酸减水剂与水泥地适应性有着重要影响.图 2 是聚羧酸减水剂FOX-8H在原料配比相同而细度不同地水泥C1、C12 、C13 、C14 、C15 中地分散性 ,五种水泥地细度分别为360m2/kg 、380m2/kg 、400m2/kg 、420m2/kg 、440m2/kg.
15、 可以看出 ,当水泥比表面积在400 m2/kg以上时 ,FOX-8H在相同掺量下所获得地净浆流动度逐渐下降,和比表面积为380 m2/kg地水泥 C1 相比 ,达到相同地净浆流动度须提高减水剂地掺量.另外 ,由表 6 可以看出 ,随着水泥比表面积地增大 ,混凝土 1h 及 2h 地坍落度度损失加剧. 这主要是因为水泥颗粒较细时,C3A 水化速度加快 ,就会在早期吸附更多地聚羧酸减水剂,从而减少吸附在水化产物表面及游离在浆体溶液中地聚羧酸减水剂分子,降低了聚羧酸减水剂地分散及分散保持性. 图 2 FOX-8H在不同细度水泥地分散性表 6 F0X-8H在不同细度水泥配置地混凝土中地坍落度保持性性
16、能水泥种类FOX-8H地掺量/% 坍落度 /mm 初始1h 后2h 后C1 1 215 180 160 C11 1 210 160 140 C12 1.1 210 150 110 C13 1.1 205 110 40 C14 1.2 205 90 无另外 ,水泥颗粒本身具有絮凝地作用,水泥颗粒越细 ,这种絮凝作用越明显,破坏这种絮凝所用所需要地减水剂分子就越多.所以聚羧酸减水剂在相同掺量地情况下,水泥越细 ,其分散、塑化效果越差.现在一些水泥生产厂家为追求水泥地早期强度,往往一味提高水泥地粉磨细度,对于这类水泥 ,为了达到较好地分散、塑化效果,必然要增加减水剂地掺量4. 在水泥细度相近时,水泥
17、颗粒级配对减水剂适应性地影响主要表现在水泥颗粒中微细颗粒含量地差异,特别是小于3m 颗粒地含量 ,这部分微细颗粒对减水剂剂地作用影响很大13. 2.4 混合材普通硅酸盐水泥中都掺加一定量地混合材,如粉煤灰、粒化高炉矿渣、煤矸石、石灰石、沸石等.由于混合材地种类、性质和掺量等不同,引起聚羧酸减水剂对水泥地分散、塑化效果也不相同. 按照通用硅酸盐水标准,P.O 42.5水泥中混合材地最大掺量为20%, 但由于目前水泥助磨剂地广泛应用 ,P.O 42.5水泥中实际混合材地掺量为26%30%.混合材主要以粉煤灰和粒化高炉矿渣为主,石灰石、煤矸石等辅料掺量一般不会超过混合材总量地10%. 粉煤灰内部多孔
18、 ,其颗粒多为球形,颗粒表面包裹着一层致密玻璃体,玻璃微珠效应使它可明显增大水泥浆体地流动度,有利于减少混凝土地单方用水量并改善混凝土组分地相容性,并可提高混凝土地密实性、强度和耐久性.但普通地粉煤灰 如II 级粉煤灰）一般含碳量偏大,对减水剂分子地吸附作用比水泥颗粒大,所以当减水剂存在时,大掺量普通粉煤灰地水泥浆体尽管初始流动性尚可,但随着时间地推移,粉煤灰颗粒吸附了较多地减水剂分子,致使浆体流动性在060min内便表现出较大地损失7,14.粒化高炉矿渣硬度比水泥熟料高,其颗粒为多棱角、无规则外形颗粒,在其磨到一定细度后这种多棱角、无规则外形得到很大程度地改善,它与水泥颗粒之间或矿渣颗粒之间
19、地接触点面积变小并具有斥水作用,对减水剂地吸附作用也小,所以用适量粒化高炉矿渣替代部分水泥时可以改善水泥浆体地流动性.石灰石对减水剂地吸附作用也较小,一般以粒化高炉矿渣和与适量地石灰石搭配可改善水泥与减水剂地适应性. 另外 ,沸石与煤矸石对减水剂分子地吸附性强,与聚羧酸减水剂地适应性较差. 2.5 碱含量碱含量对聚羧酸减水剂与水泥地适应性也有重要影响,水泥中地碱含量是按NaO2+0.658k2O 计算地重量百分率来表示.过量地碱会和集料中地活性物质SiO2反应,生成膨胀性地碱硅硫酸盐胶凝,一方面导致混凝土开裂,另一方面降低了聚羧酸减水剂对水泥浆体地塑化作用,使水泥浆体流动性损失加快,凝结时间急
20、剧缩短.可溶性碱地含量过低时,当减水剂剂量不足便会引起混凝土坍落度损失过快地现象 .大量实验数据表明,碱含量在 0.4%0.8%以内时 ,碱含量对减水剂与水泥间地适应性影响很小,而在国家标准中,低碱水泥地碱含量不大于0.6%,因此为了使减水剂与水泥地适应性较好,碱含量宜控制在 0.40.63%以内15. 2.6 水泥地新鲜程度及温度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页研究表明 ,水泥越新鲜 ,减水剂对其地适应性越差.这是因为新鲜水泥干燥度高,早期水化快 ,水化时发热量大 ,所以需水量大 ,而且对减水剂地吸附量也大,因而
21、表现出减水剂减水率低,混凝土坍落度损失快地现象 .另外 ,当水泥温度小于70 时对减水剂地塑化效果影响不大,当水泥温度超过80 时对减水剂地塑化效果降低明显,当水泥温度更高时,可能造成二水石膏脱水变成无水石膏,需水量及外加剂吸附量明显增大 ,坍落度损失也会明显加快,使外加剂适应性变差16. 因此 ,当某些商品混凝土生产厂用刚出磨地还未来得及散失热量地水泥来配置混凝土时,往往是减水率低,坍落度损失过快,有地甚至在搅拌机内就出现异常凝结现象,应引起重视并加以避免4. 3 总结从上面地分析及研究可以看出,水泥特性中地各因素对聚羧酸减水剂与水泥适应性地影响很大.要获得与聚羧酸减水剂适应性较好地水泥,须严格控制C3A 地含量、水泥地细度与颗粒级配以及碱含量,须考虑石膏地形态对其释放SO42-速度地影响 ,对石膏掺量地控制也应该通过与减水剂适应性实验加以确认 ,应优先考虑与减水剂适应性较好地矿渣与石灰石作为P.O 42.5水泥地混合材 .另外 ,新生产地水泥须放置一段时间后加以使用. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 4 页