水泥對(duì)外加劑的適應(yīng)性
2006-01-06 00:00
配制流態(tài)化混凝土所使用的外加劑主要有萘磺酸鹽甲醛縮合物、多環(huán)芳烴磺酸鹽甲醛縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物、改性木質(zhì)素磺酸鹽、多元醇系等，單一外加劑不能滿(mǎn)足流態(tài)混凝土的流化效果、強(qiáng)度、干縮、抗凍性、耐久性及運(yùn)輸過(guò)程中的經(jīng)時(shí)損失要求，為達(dá)到綜合效果，視混凝土的特性要求，需加入一部分緩凝劑、膨脹劑、早強(qiáng)劑以及上述外加劑的復(fù)合。 目前較難控制的是混凝土經(jīng)時(shí)損失，從外加劑的調(diào)制和加入方式上均應(yīng)能得到解決，但攪拌站使用的是多家廠(chǎng)商的水泥，有不同的外加劑適應(yīng)特點(diǎn)，不便于對(duì)各種水泥進(jìn)行專(zhuān)配。 為此，對(duì)水泥外加劑適應(yīng)性的控制達(dá)到施工特性要求是水泥廠(chǎng)需采取一些技術(shù)措施，這也是本文章所要解決的問(wèn)題。
1 水泥外加劑的作用
外加劑均是表面活性劑，水泥廠(chǎng)所關(guān)注的是外加劑的分散作用，盡可能降低立方混凝土用水量，保持混凝土的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，達(dá)到高強(qiáng)度的目的。 水泥與水接觸即發(fā)生水化反應(yīng)，機(jī)械攪拌過(guò)程使水泥分散成碎片，但這樣的分散體系是不穩(wěn)定的，特別是過(guò)粉磨的小粒徑的粒子更容易絮凝，一部分游離水被包裹在絮凝水泥粒子團(tuán)中間， 水泥的持水量與水泥的物理、化學(xué)性質(zhì)、水泥的礦物組成及水泥的分散度有一定關(guān)系， 不同廠(chǎng)家的水泥持水量在很大范圍內(nèi)變化，持水量決定水泥混凝土用水量，這就構(gòu)成了各廠(chǎng)家水泥的使用特點(diǎn)。外加劑的分散作用能夠提高水泥凝聚體的分散度，改變結(jié)合水、吸附水和游離水的比例，提高游離水，以提高水泥漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，其作用機(jī)理有：
1）在固－液界面產(chǎn)生吸附，降低顆粒表面能，使水泥分散體的熱力學(xué)不穩(wěn)定性降低， 獲得相對(duì)穩(wěn)定。
2）增大水泥粒子表面的動(dòng)電電位，從而增大粒子之間的靜電排斥，破壞了水泥粒子的絮凝結(jié)構(gòu)。
3）吸附在粒子表面的外加劑形成熔劑化膜，阻止凝聚結(jié)構(gòu)的形成。
4）由于在水泥粒子表面形成吸附層，產(chǎn)生對(duì)水泥初期水化的抑制作用，提高了游離水和水泥漿的流動(dòng)性。
5）引入穩(wěn)定均勻的微小氣泡，減少水泥粒子之間的摩擦，以提高水泥漿的分散性和穩(wěn)定性。
水泥分散體系是固－液分散體系，同時(shí)伴隨著水泥水化過(guò)程和相變過(guò)程，隨著水化的進(jìn)行，液體量減少，固相量增大，逐漸失去流動(dòng)性，在運(yùn)輸及泵運(yùn)過(guò)程中保持一定的流動(dòng)性，滿(mǎn)足施工要求。 水泥的持水量和水化速度是決定用水量及經(jīng)時(shí)損失的主要因素，同時(shí)構(gòu)成了各廠(chǎng)家水泥的特點(diǎn)，有些適應(yīng)性好，有的較差。水泥用水量可在水泥生產(chǎn)中適當(dāng)加入一些表面活性劑，即助磨劑，加以解決。
2 坍落度及經(jīng)時(shí)損失
坍落度6cm～8cm的基準(zhǔn)混凝土，摻外加劑后可得到坍落度為20～22cm的流態(tài)混凝土，配置基準(zhǔn)混凝土?xí)r，用水量越小越好，水灰比低，混凝土強(qiáng)度越高。 現(xiàn)原則上要求每立方混凝土用水量控制在185kg內(nèi)，各水泥廠(chǎng)用水量相差較大，這與水泥熟料、混合材種類(lèi)及水泥細(xì)度有很大關(guān)系，用水量低的水泥混凝土強(qiáng)度較好。新配混凝土隨時(shí)間的延長(zhǎng)，坍落度逐漸減小，最終失去流動(dòng)性， 其損失的速度取決于外加劑的品種。
拌和溫度及水泥的早期硬化特性!坍落度及經(jīng)時(shí)損失機(jī)理主要是水泥水化反應(yīng)所引起的物理凝聚現(xiàn)象，在這里只談一談水泥的水化影響。水泥的水化速度影響有礦物組成及水泥細(xì)度，其礦物還取決于礦物晶形及組成，結(jié)晶完整水化速度較慢，對(duì)外加劑的適應(yīng)性相對(duì)較好。礦物組成中鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、水泥中堿含量及硅酸三鈣影響較大， 硅酸三鈣水化速度最快，為控制水泥的初始凝結(jié)過(guò)程，水泥生產(chǎn)中石膏摻入量應(yīng)與熟料中的硅酸三鈣及堿含量相匹配，漿體中的鋁酸鹽、硫酸鹽、鈣離子比例合適，所形成的鈣礬石沉淀在水泥顆粒的表面使硅酸三鈣水化速度減慢，這樣漿體在整個(gè)誘導(dǎo)期保持流動(dòng)性。由于流態(tài)化混凝土中所摻外加劑含有硫酸鹽及堿， 降低了水泥中SO32-的含量，影響礬石形成量不足，大量外加劑難以控制混凝土使用特征，我們稱(chēng)為欠硫化現(xiàn)象；另外水泥顆粒在20μm內(nèi)含量特別是3μm以下顆粒水化速度較快，對(duì)初始用水量及經(jīng)時(shí)損失影響較大。
3 解決水泥對(duì)外加劑適宜性的措施
基于上述對(duì)混凝土工作特性影響，本文提出思路性措施，可根據(jù)本情況在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上解決，高硅率配料的熟料各礦物組成較合理，解決途徑主要從混合材種類(lèi)及水泥顆粒組成著手；對(duì)低硅率配料的熟料融礦物相對(duì)較多，除了細(xì)度與混合材種類(lèi)外，可考慮在水泥中加入表面活性劑、碳酸鈉、硫酸納及糖鈣加以解決。筆者通過(guò)外加劑適應(yīng)性較差的水泥試驗(yàn)，其數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。
表1 實(shí)驗(yàn)用混凝土配比
注：實(shí)驗(yàn)用混凝土配比采用0.01m3配制，水泥采用重慶騰輝特種水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，粗集料采用5～25連續(xù)級(jí)配的石灰石碎石，細(xì)集料采用重慶地區(qū)特細(xì)河砂。
表2 外加劑使用試驗(yàn)
騰輝水泥采用濕法生產(chǎn)，用高細(xì)磨粉磨，硅酸三鈣及顆粒控制較差，3μm以下顆粒占20％。從實(shí)驗(yàn)看，有欠硫及水化快的特點(diǎn)，采取相應(yīng)措施混凝土使用特性能得到控制。
1）控制熟料中的鋁酸三鈣的含量!
2）粉磨水泥最好采用圈流系統(tǒng)，減少3μm以下顆粒含量。
3）水泥中加入助磨劑，可減少立方混凝土用水量。
4）在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確認(rèn)是否有欠硫現(xiàn)象，可加入少量的硫酸鈉及糖鈣，糖鈣要適量，稍過(guò)量有泌水現(xiàn)象。
總之，水泥外加劑適用性是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，通過(guò)外加劑的調(diào)整及摻入方法均能得到解決，但各攪拌站使用各種品牌水泥，外加劑調(diào)整有一定難度，水泥廠(chǎng)根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)采取上述措施對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，適應(yīng)顧客的這一特性要求。
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