減水劑對(duì)特殊水泥的解決方法 |
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2016-02-29 10:36:27 |
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我國(guó)水泥產(chǎn)量大，生產(chǎn)企業(yè)多，材料來(lái)源廣。不同水泥礦化成份復(fù)雜，加之混合材品種多，外加劑用于不同品種水泥技術(shù)效果區(qū)別很大。因此，外加劑對(duì)不同水泥存在著相溶性問題。這是長(zhǎng)期以來(lái)困撓施工技術(shù)人員的技術(shù)難題。
一、高堿水泥
水泥中的可溶性堿通常以Na2O當(dāng)量表示，它主要來(lái)源于生產(chǎn)水泥的粘土及混合材中，適量的可溶性堿有利于促進(jìn)水泥水化，更有利于混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展。試驗(yàn)證明，水泥混凝土流動(dòng)性隨著堿含量的增加而提高。但是到達(dá)一定量，水泥會(huì)急劇水化，水泥漿流動(dòng)性大幅度下降。摻入減水劑后塑化效果也明顯降低。減水劑用于商品混凝土及泵送混凝土施工坍落度經(jīng)時(shí)損失率增大。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因一般認(rèn)為，水泥中的堿對(duì)鋁酸三鈣（C3A）的溶出產(chǎn)生了促進(jìn)作用，此時(shí)水泥在調(diào)凝劑CaSO4參預(yù)下很快形成了一定的AFt晶體，并包裹在C3A表面，抑制了C3A直接水化形成鋁酸鈣，改善了水泥漿的流動(dòng)性。但是如果水泥中堿含量過高，由于初始就有大量AFt晶體形成，反而使流動(dòng)度下降，減水劑用于上述水泥適應(yīng)性必然會(huì)降低。主要表現(xiàn)在減水率不夠，塑化效果差，坍落度經(jīng)時(shí)損失率高。在使用高堿水泥時(shí)，如釆用低硫酸鹽含量的減水劑，使用效果差。而如果采用硫酸鹽含量較高的減水劑(硫酸鈉含量20%以上）使用效果卻會(huì)明顯改善。這主要是，低濃減水劑所含CaSO4是在合成中和時(shí)產(chǎn)生，水溶性極好，在水泥中石膏尚未溶解時(shí)就大量溶于水中，當(dāng)較高的堿加快C3A溶出時(shí)，因水中已有大量SO3存在，與C3A反應(yīng)，形成AFt，從而阻止了因形成鋁酸鈣而導(dǎo)致的流動(dòng)性下降，并減小了坍落度損失。不難看出，硫酸鈉含量高的減水劑更能適應(yīng)高堿水泥。
許多聚羧酸減水劑PH值較低，如與檸檬酸等酸性緩凝劑合用對(duì)高堿水泥難以適應(yīng)。主要是酸性外加劑摻入高堿水泥后，會(huì)迅速產(chǎn)生酸堿中和放熱反應(yīng)，溫度急劇上升，不但促使水泥迅速水化，大量水化熱放更會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)，所配制的混凝土不但流動(dòng)性差，坍落度很可能在極短的時(shí)間內(nèi)消失。但如果采用其它堿性緩凝劑則可避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。
二．低堿缺硫水泥
水泥中可溶性堿最佳含量一般認(rèn)為應(yīng)該是0.4%-0.6%。通常將堿含量低于0.4%的水泥稱為低堿水泥。而水溶性堿多以堿的硫酸鹽存在，所以也將低堿水泥稱為缺硫或欠硫水泥。
缺硫水泥摻入減水劑通常流動(dòng)性較差，而增大減水劑用量雖然有一定效果，但更會(huì)增大混凝土泌水，所配制的混凝土勻質(zhì)性差，坍落度損失快，因此常用減水劑很難適應(yīng)，即使將緩凝劑用量成倍增加也毫無(wú)作用。
不難看出，缺硫水泥產(chǎn)生上述不適應(yīng)現(xiàn)象的根本原因是由于水泥中SO3不夠，降低了抑制水泥中C3A的水化效果，C3A對(duì)外加劑的迅速大量吸附也降低了減水劑塑化功能。因此只有補(bǔ)充可溶性堿（硫酸鹽）對(duì)解決低堿缺硫水泥適應(yīng)性問題有效。而常用的增大緩凝劑用量的方法效果并不明顯。
三．C3A含量高的水泥
水泥的主要成份為C3S、C2S、C3A及C4AF，這些礦化成份其吸附活性順序通常認(rèn)為應(yīng)該是C3A>C4AF>C3S>C2S，其中C3A對(duì)減水劑的吸附量最大，因此在減水劑摻量一定時(shí)，混凝土流動(dòng)性隨著C3A含量增大而降低。坍落度經(jīng)時(shí)損失率也隨之增大。這主要是由于摻入減水劑大都會(huì)被C3A吸附，而占主要的礦化成份C3S卻沒有足夠的減水劑去吸附分散，而使水泥漿流動(dòng)性降低。多次試驗(yàn)看出，水泥中C3A含量超過8%，即會(huì)對(duì)混凝土流動(dòng)性產(chǎn)生不利影響。
試驗(yàn)證明，補(bǔ)充水泥漿中SO3即采用硫酸鹽含量高的減水劑有一定效果。同摻一定數(shù)量的羥基羧酸鹽緩凝劑，也能抑制C3A的吸附水化，而采用多元醇等緩凝劑效果不明顯。還可以采用價(jià)格低廉的減水劑并適當(dāng)增大摻用量，滿足C3A吸附并有較多剩余減水劑去改善C3S等礦化成份的流動(dòng)性。由于此類減水劑價(jià)格低廉，不會(huì)增大使用成本。
四．高混合材用量水泥
根據(jù)我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)，水泥中可以大量摻入混合材。目前使用較多的為粉煤灰、火山灰、礦渣及磨細(xì)石灰石等。這些混合材其活性、需水性、礦化成份及對(duì)外加劑的吸附性能區(qū)別較大，影響了外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性。
優(yōu)質(zhì)的粉煤灰應(yīng)該是活性強(qiáng)（即活性SiO2及AL2O3含量高）、燒失量小、細(xì)度低、需水量小。其中燒失量對(duì)外加劑相溶性影響最大。
燒失量即粉煤灰中未燃盡的碳的含量。燒失量越大，未燃盡碳含量越高，與外加劑相溶性越差。較高的碳含量更會(huì)劣化混凝土性能。未燃盡碳多為多孔顆粒，易吸水，在混凝土中需水量高，溢出后更會(huì)增大混凝土泌水，并會(huì)增大混凝土收縮變形，還會(huì)影響水泥漿與集料界面的粘結(jié)性能。碳遇水后，還可能在顆粒表面形成一層憎水膜，阻礙了水份進(jìn)一步滲透，影響了粉煤灰的活性。研究也發(fā)現(xiàn)，粉煤灰中的碳有較強(qiáng)的吸附能力，減水劑摻入后它會(huì)與水泥爭(zhēng)相吸附，影響了水泥漿的流動(dòng)性。解決高燒失量粉煤灰，火山灰水泥與外加劑相溶性目前常用的辦法，主要是增加外加劑的摻用量，并同摻一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)引氣劑。
礦渣由于含鋁酸鹽較多，因此需更多的石膏調(diào)凝劑，而按普通硅酸鹽水泥工藝生產(chǎn)的礦渣水泥更容易出現(xiàn)缺硫現(xiàn)象。因此采用高硫酸鹽含量的減水劑較為適應(yīng)，同摻優(yōu)質(zhì)引氣劑，微小細(xì)密的氣泡也有一定減小鋁酸鹽對(duì)減水劑的吸附作用，但需增大摻用量。
五．摻水溶性較差石膏水泥
石膏是作為水泥的調(diào)凝劑使用的，它的摻用量基本與水泥中C3A含量相匹配。加水后石膏在水泥中形成一定數(shù)量的鈣礬石，吸附在C3A中控制C3A的水化，起到調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間的作用。常用石膏以二水石膏（CaSO4.H2O）水溶性最好，因此水泥生產(chǎn)多采用二水石膏。但石膏在水泥生產(chǎn)中多與水泥熟料同磨，在研磨時(shí)溫度過高會(huì)使大量二水石膏轉(zhuǎn)變成半水石膏（CaSO4.1/2H2O）或無(wú)水石膏（CaSO4）即硬石膏。也有些水泥廠也會(huì)直接采用無(wú)水石膏或使用一些工業(yè)廢石膏如氟石膏、脫硫石膏、磷石膏等。硬石膏及上述廢石膏水溶性較差，在水中溶解較慢，在外加劑中通常會(huì)加入性價(jià)比較高的木鈣或糖鈣等緩凝減水劑，而這些減水劑的摻入更會(huì)影響石膏的溶解性。由于石膏不能迅速溶解，水泥中C3A會(huì)迅速水化，產(chǎn)生大量鋁酸鈣晶體，造成混凝土假凝（即少量水泥已凝結(jié)而大量水泥顆粒尚未水化凝結(jié)，水泥漿失去流動(dòng)性）。
為防止摻硬石膏水泥或摻其它水溶性較差的石膏的水泥產(chǎn)生假凝，最好不使用木鈣、木鈉、糖鈣等影響石膏溶解的減水劑。試驗(yàn)證明，控制上述減水劑的用量有一定效果。還可以同摻大量能補(bǔ)充水泥中SO3的外加劑也能控制假凝。
六．新鮮水泥及比表面積較大的水泥
水泥出窯貯放時(shí)間及比表面積也會(huì)影響外加劑的適應(yīng)性。通常我們將制成后貯放時(shí)間較短的水泥稱為“新鮮水泥”由于上述水泥貯放時(shí)間短，水泥溫度較高，水泥水化速度極快，加之由于水泥在研磨過程中產(chǎn)生電荷，顆粒之間相互吸附影響了減水劑的分散作用，增大了混凝土坍落度損失率。
延長(zhǎng)水泥貯放時(shí)間，待溫度降至50℃以下，有利于改善與外加劑的相溶性，如無(wú)法延長(zhǎng)水泥貯放時(shí)間，則可增加緩凝劑的摻用量也有一定效果。
水泥的比表面積對(duì)外加劑的適應(yīng)性有一定影響。比表面積較大的水泥需水量較大，達(dá)到一定流動(dòng)性所需摻入外加劑較多，通常認(rèn)為水泥較適合的比表面積為5000CM2/g左右，較大比表面積水泥早期強(qiáng)度發(fā)展較快，但對(duì)混凝土后期強(qiáng)度及保坍性能會(huì)產(chǎn)生不利影響。使用比表面積較大的水泥時(shí)應(yīng)增大外加劑摻用量，考慮到不增加使用成本，可采用價(jià)格低廉的減水劑并適當(dāng)增加減水劑及緩凝劑的摻用量。仍可達(dá)到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
由于水泥熟料及混合材的礦化成份與形態(tài)復(fù)雜，對(duì)減水劑的相溶性影響因素太多，很難用一種簡(jiǎn)易的辦法解決所有減水劑對(duì)水泥適應(yīng)性的問題，研究表明，目前正大力推廣應(yīng)用的聚羧酸鹽高性能減水劑雖然對(duì)水泥適應(yīng)性相對(duì)好于常用的各種高效減水劑，但仍存在一定適應(yīng)問題。國(guó)內(nèi)外常用的改變減水劑摻入時(shí)間及摻加方法有利于改善適應(yīng)性，但用于一些特殊水泥相溶問題仍會(huì)出現(xiàn)，對(duì)于減水劑與水泥適應(yīng)性的研究是一項(xiàng)較為復(fù)雜的問題，目前仍需進(jìn)行深入細(xì)致的研究。
——摘自《中國(guó)砂漿網(wǎng)》