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1、高效减水剂和水泥之间适应性高效减水剂和水泥之间适应性问问 题题 的的 研研 究究石家庄铁道学院建筑工程材料检测中心石家庄铁道学院建筑工程材料检测中心高高 礼礼 雄雄 博士博士高效减水剂和水泥之间适应性高效减水剂和水泥之间适应性问问 题题 的的 研研 究究一一.适应性的概念适应性的概念二二.影响适应性的因素（影响适应性的因素（水泥的物理化学水泥的物理化学性能、高效减水剂性能、混凝土拌合物性能）性能、高效减水剂性能、混凝土拌合物性能）三三.改善适应性的措施改善适应性的措施一一.适应性的概念适应性的概念n 高高效效减减水水剂剂：降降低低混混凝凝土土的的水水胶胶比比，改改善善新新拌拌混混凝凝土土工工作
2、作性性，控控制制坍坍落落度度损损失失，赋赋予予混混凝凝土土优优良施工性能和高密实度。良施工性能和高密实度。n 适适应应性性的的问问题题成成为为困困扰扰混混凝凝土土工工作作者者的的一一个个难难题，影响外加剂的应用效果和推广应用。题，影响外加剂的应用效果和推广应用。n 适适应应性性的的问问题题是是一一个个极极其其错错综综复复杂杂的的问问题题：涉涉及及到到水水泥泥化化学学、高高分分子子材材料料学学、表表面面物物理理化化学学和和电化学等多方面的知识。电化学等多方面的知识。适适 应应 性性 的的 概概 念念n 水泥与减水剂适应时：水泥与减水剂适应时：n减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；减水剂在常
3、用掺量下能够达到它自身的减水率；n没有离析和泌水现象；没有离析和泌水现象；n坍落度随时间变化损失相应较小；坍落度随时间变化损失相应较小；n对混凝土的强度等性能无负面影响。对混凝土的强度等性能无负面影响。n 不不适适应应时时：初初始始坍坍落落度度小小，坍坍落落度度损损失失快快，离离析析，泌水，外加剂用量增加泌水，外加剂用量增加。适应性的概念适应性的概念水泥与高效减水剂适应性包括三个方面：水泥与高效减水剂适应性包括三个方面：n 初始流动性初始流动性n 高效减水剂是否有明确的饱和点高效减水剂是否有明确的饱和点n 流动性损失情况流动性损失情况MarshMarsh锥锥评评价水泥与价水泥与FDNFDN的适
4、应的适应性性净浆流动度净浆流动度评价水泥与评价水泥与FDNFDN的适应的适应性性 高效减水剂和水泥之间适应性高效减水剂和水泥之间适应性高效减水剂的性能高效减水剂的性能水泥性能水泥性能混凝土拌合物性能混凝土拌合物性能二二.影响适应性的因素影响适应性的因素1.水泥的物理化学性能对适应性的影响水泥的物理化学性能对适应性的影响水泥的矿物组成和反应能力水泥的矿物组成和反应能力nC3A活性（取决于其形态和熟料硫化程度）活性（取决于其形态和熟料硫化程度）n吸吸附附顺顺序序C3AC4AFC3SC2S，在在高高效效减减水水剂剂掺掺量量相相同同的的情情况况，C3A和和C4AF含含量量较较高高的的水水泥浆体中，减水
5、剂的分散效果较差。泥浆体中，减水剂的分散效果较差。水泥的细度水泥的细度 水水泥泥的的比比表表面面积积越越大大，对对减减水水剂剂的的吸吸附附量量就就越越多多。水水泥泥磨磨细细使使减减水水剂剂的的饱饱和和掺掺量量增增大大，并并加剧了水泥浆体的流动性损失。加剧了水泥浆体的流动性损失。水泥性能水泥性能提高水泥颗粒球形度提高水泥颗粒球形度 水泥颗粒级配和颗粒球形度的变化对减水水泥颗粒级配和颗粒球形度的变化对减水剂的饱和掺量影响不大，但影响了水泥浆体的剂的饱和掺量影响不大，但影响了水泥浆体的初始及初始及1hr1hr后的流动度后的流动度。水泥。水泥T1T1的初始及的初始及1hr1hr后后的流动度均大于的流动
6、度均大于T2T2。水泥性能水泥性能控制水泥合理的颗粒级配控制水泥合理的颗粒级配n初始流动度：初始流动度：X2大于大于X1；n1hr后的流动度：后的流动度：X2小于小于X1。水泥性能水泥性能混合材品种混合材品种高效减水剂高效减水剂:n对对矿矿渣渣水水泥泥和和粉粉煤煤灰灰水水泥泥的的适适应应性性较较好好，矿矿渣渣和和粉粉煤煤灰灰的的掺掺入入可可使使水水泥泥浆浆体体的的流流动动度度增增大大、流动度损失减小流动度损失减小 ；n对对火火山山灰灰、焙焙烧烧煤煤矸矸石石及及窑窑皮皮为为混混合合材材的的水水泥泥的的适适应应性性较较差差，要要达达到到预预期期的的效效果果，需需要要适适当当增加高效减水剂的掺量。增
7、加高效减水剂的掺量。水泥性能水泥性能 混合材的辅助减水作用主要靠三个作用：混合材的辅助减水作用主要靠三个作用：n颗粒吸附作用；颗粒吸附作用；n颗粒堆积作用；颗粒堆积作用；n颗粒球形作用。颗粒球形作用。提高混合材比面积可提高水泥强度，改善与减提高混合材比面积可提高水泥强度，改善与减水剂的适应性，是生产优质水泥的可行措施之一。水剂的适应性，是生产优质水泥的可行措施之一。优化混合材细度和掺量优化混合材细度和掺量水泥性能水泥性能水泥的陈化时间水泥的陈化时间n 使使用用刚刚出出磨磨的的水水泥泥和和出出磨磨温温度度还还较较高高的的水水泥泥，就就会会出出现现减减水水率率低低、坍坍落落度度损损失失快快的的现现
8、象象。使使用用陈陈放放时时间间稍稍长长的的水水泥泥，就就可可以以避避免免出出现现上上述述现象。现象。水泥性能水泥性能 水泥的碱含量水泥的碱含量n 控制流动性和流动性损失重要参数之一控制流动性和流动性损失重要参数之一n AARn 碱碱含含量量过过大大会会导导致致混混凝凝土土的的凝凝结结时时间间缩缩短短和和坍坍落度经时损失变大。落度经时损失变大。水泥性能水泥性能水泥的碱含量水泥的碱含量n粘土质原料中一般都含有粘土质原料中一般都含有K2O和和Na2O，这些碱会，这些碱会固溶在熟料矿物中，减少熟料矿物的生成量，并影固溶在熟料矿物中，减少熟料矿物的生成量，并影响熟料矿物的结构形成和水泥水化的性质，使水泥
9、响熟料矿物的结构形成和水泥水化的性质，使水泥的流变性能变差，后期强度降低。的流变性能变差，后期强度降低。n碳酸钙原料和燃料煤中往往含有硫酸盐、硫化物和碳酸钙原料和燃料煤中往往含有硫酸盐、硫化物和元素硫等杂质，在燃烧过程中也会固溶在熟料中。元素硫等杂质，在燃烧过程中也会固溶在熟料中。水泥性能水泥性能n同时存在碱和同时存在碱和SOSO3 3时，就会形成碱的硫酸盐，即碱时，就会形成碱的硫酸盐，即碱的硫酸盐化，碱的硫酸盐化可减少碱在熟料矿物的硫酸盐化，碱的硫酸盐化可减少碱在熟料矿物中的固溶量，对水泥凝结的性质能产生更有益的中的固溶量，对水泥凝结的性质能产生更有益的影响。影响。n碱性硫酸盐少的水泥，由于
10、减水剂强烈的吸附，碱性硫酸盐少的水泥，由于减水剂强烈的吸附，导致混凝土坍落度损失特别快导致混凝土坍落度损失特别快 。可溶性碱含量。可溶性碱含量增加时，吸附减水剂量线性下降。增加时，吸附减水剂量线性下降。水泥性能水泥性能水泥的碱含量水泥的碱含量n碱的硫酸盐化程度用下式计算：碱的硫酸盐化程度用下式计算：n不同的硫酸盐化程度对水泥性质有不同的影响。不同的硫酸盐化程度对水泥性质有不同的影响。SD值的范围为值的范围为40%200%。欠硫酸盐化和过硫。欠硫酸盐化和过硫酸盐化都应避免。酸盐化都应避免。n可溶性碱的最佳值为可溶性碱的最佳值为0.40.5%。低于最佳值时。低于最佳值时加入加入Na2SO4，水泥流
11、动性会显著增加。，水泥流动性会显著增加。水泥性能水泥性能水泥的碱含量水泥的碱含量石膏的形态石膏的形态 水水泥泥中中SO42-离离子子的的溶溶解解速速度度必必须须和和C3A的的活活性平衡性平衡 水泥性能水泥性能无水石膏(天然的)C2SC3AC4AFC3S低分子量高分子量石膏合成硫酸钙半水石膏其它填充料CaO碱性硫酸盐少量矿物相 硫酸钙(脱水半水石膏）水泥和外掺料水泥和外掺料高效减水剂高效减水剂硫酸钙硫酸钙水泥、外加剂和硫酸钙系统相互反应的复杂性水泥、外加剂和硫酸钙系统相互反应的复杂性硫酸钙在早期水泥水化中作用硫酸钙在早期水泥水化中作用n在无硫酸钙时在无硫酸钙时，C3A与水发生化学反应非常快地生成
12、与水发生化学反应非常快地生成铝酸钙的水化物：铝酸钙的水化物：2C3A+21H2OC4AH13+C2AH8n在有硫酸钙时在有硫酸钙时，形成不同的水化产物，形成不同的水化产物钙矾石钙矾石水泥性能水泥性能n随时获得可溶解的合适数量的硫酸盐随时获得可溶解的合适数量的硫酸盐是关键性因是关键性因素。如果可利用量不足，由于素。如果可利用量不足，由于C3A水化快，将出水化快，将出现现闪凝闪凝；如果过量时，石膏沉淀会导致；如果过量时，石膏沉淀会导致假凝假凝。n在这两种情况下，水泥的流变性将受到不利的影在这两种情况下，水泥的流变性将受到不利的影响，因此在熟料中或以后加入的硫酸盐对水泥和响，因此在熟料中或以后加入的
13、硫酸盐对水泥和外加剂适应性是十分重要的。外加剂适应性是十分重要的。水泥性能水泥性能产产 物物溶解度溶解度(g/L)石石 膏膏2.08-半水石膏半水石膏6.20-半水石膏半水石膏8.15可溶性无水石膏可溶性无水石膏6.30天然无水石膏天然无水石膏2.70不同形态不同形态CaSO4在在25时的溶解度时的溶解度水泥性能水泥性能n 在粉磨过程中，部分石膏脱水为半水石膏在粉磨过程中，部分石膏脱水为半水石膏(CaSO4 0.5H2O)，由于半水石膏的溶解度大于由于半水石膏的溶解度大于二水石膏，这一般是有利的，如果加工控制不二水石膏，这一般是有利的，如果加工控制不合适，形成的半水石膏可能太多，导致在新拌合适
14、，形成的半水石膏可能太多，导致在新拌混凝土中也过多。混凝土中也过多。水泥性能水泥性能石膏的形态石膏的形态2.高效减水剂影响因素高效减水剂影响因素n分子量分子量n分子链的长度分子链的长度n交联程度交联程度n磺化程度：磺酸盐基团在链中的位置磺化程度：磺酸盐基团在链中的位置n有无硫酸盐存留有无硫酸盐存留n平衡离子平衡离子n萘的磺化程度和磺化产物萘的磺化程度和磺化产物 多萘磺酸和多萘磺酸和萘磺酸会影响到适应性。萘磺酸会影响到适应性。n萘系减水剂分子量的大小萘系减水剂分子量的大小 分子的最佳核体数为分子的最佳核体数为7 71313。n平衡离子平衡离子 Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等对分散效果和适
15、应性影响等对分散效果和适应性影响有所差异有所差异。n减水剂的状态减水剂的状态 液体外加剂减水效果稍好。液体外加剂减水效果稍好。高效减水剂的性能高效减水剂的性能 3.混凝土拌合物的影响混凝土拌合物的影响n混凝土拌合物自身的参数：即混凝土拌合物自身的参数：即W/B(水胶比水胶比)、集料种类、集料种类和级配也将明显地影响到高效减水剂对水泥的分散效果。和级配也将明显地影响到高效减水剂对水泥的分散效果。n普普通通混混凝凝土土用用水水量量在在160200kg/m3，高高强强高高性性能能混混凝凝土土用用水水量量在在120150kg/m3。新新拌拌混混凝凝土土中中出出现现的的各各种种作作用用必必须须争争夺夺水
16、水分分子子(表表面面湿湿润润，水水泥泥水水化化，电电解解质质的的溶液化和水合作用等溶液化和水合作用等)。n由于孔隙间水量有限，在普通砼（即由于孔隙间水量有限，在普通砼（即W/C=0.5）中发生）中发生的化学反应必然会受到强烈的干扰，水泥和高效减水剂的化学反应必然会受到强烈的干扰，水泥和高效减水剂之间的适应性也就会发生不利的影响。之间的适应性也就会发生不利的影响。nHPC生产中最大的困难就在于要在足够长久的时生产中最大的困难就在于要在足够长久的时间内保持满意的流变性质。间内保持满意的流变性质。n在低水灰比条件下，当和指定的超塑化剂配合使在低水灰比条件下，当和指定的超塑化剂配合使用时，并不是每一种
17、符合国家标准要求的普通水用时，并不是每一种符合国家标准要求的普通水泥都呈现相同流变行为。在泥都呈现相同流变行为。在HPC中，水泥和超塑中，水泥和超塑化剂协调匹配问题更加尖锐。化剂协调匹配问题更加尖锐。混凝土拌合物性能混凝土拌合物性能三三.改善高效减水剂和水泥改善高效减水剂和水泥适应性的措施适应性的措施n重视控制水泥中硫酸钙的含量和溶解速度；重视控制水泥中硫酸钙的含量和溶解速度；n加强磨机温度的控制，加强磨机温度的控制，保持在一定范围内；保持在一定范围内；n单独粉磨混合材，提高混合材比面积；单独粉磨混合材，提高混合材比面积；n选择适宜的水泥品种；选择适宜的水泥品种；n改变减水剂的品种、掺量、掺加
18、方法改变减水剂的品种、掺量、掺加方法改善适应性的措施改善适应性的措施n 高高效效减减水水剂剂和和水水泥泥之之间间的的适适应应性性是是一一个个十十分分错错综综复复杂杂的的问问题题，目目前前还还不不能能完完全全从从理理论论上上来来解解释释这这一一现象。现象。n 工工程程现现场场遇遇到到适适应应性性问问题题，首首先先遵遵照照一一般般规规则则将将不不适适合合的的水水泥泥和和高高效效减减水水剂剂排排除除，其其次次在在多多次次试试验验的的基基础础上上，利利用用简简易易试试验验测测定定料料浆浆的的粘粘度度，将将水水泥泥和和外外加加剂剂品品种种的的选选择择范范围围缩缩小小，最最后后还还必必须须试试拌拌混混凝土来尝试解决。凝土来尝试解决。Thank you!