引用

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浅析水泥与混凝土外加剂的适应性

 

摘要：从检验和生产实践过程中探索了有关水泥和外加剂适应性方面的一些关系，加强我们对做好水泥和外加剂的调控工作，使二者的适应性更好，更能适应混凝土生产之需要。

关键词： 水泥  外加剂  适应性

Brief analysis on the suitability of cement and concrete admixtures

SONG Mao-quan¹  ,ZHU Qi-liang²

 (1.Concrete Production Co., Ltd. of Xi'an Nuclear Construction Haiyan Branch, Haiyan 314300,China;

2.Economic & Trade Bureau of Haiyan County ，Zhejiang Province, Haiyan 314300,China)

 

Abstract:  Some relationships about the suitability of cement and concrete admixtures during testing & producing process was investigated. Through controlling the production of cement and regulating the add of admixtures , we can get the best suitability of cement and concrete admixtures in our real concrete production.

Key words: cement   admixture   suitability

 

1 引言  在混凝土生产中, 尤其是在商品混凝土生产中,我们在混凝土拌制过程中掺入一定量的用以改善混凝土性能的外加剂（本文所指外加剂仅指起缓凝、减水、泵送等作用的外加剂,未涉及到其它外加剂）。由于外加剂的加入，使得混凝土拌合物的流动性能、施工性能、凝结时间、硬化过程、耐久性等各个方面得到改善，达到混凝土的高性能、泵送和施工需要。但外加剂与混凝土生产中的{zd0}用最的胶凝材料的水泥存在着适应性方面的关系。

众所周知，用作通用水泥生产的硅酸盐水泥熟料的矿物组成基本相同,但各种化学成份及矿物含量均非一致。水泥生产中掺入的混合材料品种繁多且掺量又是各不相同,水泥生产中使用的缓凝材料也存在很大的差异，水泥生产用原燃材料中的各种微量元素含量相差甚大,水泥生产工艺、装备条件和技术水准及管理水平也互有差异等等方面,导致水泥虽表现在强度(相同强度等级)上基本相符相接近,但在性能上存在很大的区别和差异。

混凝土外加剂更是一个庞大的家族,并受到专利或专业技术的保护,其确切组成成份很不公开。外加剂的主要原料有:木质素磺酸盐、羟基羧酸、碳水化合物、萘磺酸盐甲醛缩合物、水溶性树脂类、羟酸盐聚合物、氨基磺酸盐、聚次甲基萘磺酸钠、聚次甲基蒽磺酸钠、氧茚树脂磺酸钠、脂肪羟基磺酸盐、改性木质素等等、还有氯化物早强剂、硫酸盐早强剂、碳酸盐早强剂、硝酸盐早强剂、有机早强剂……，更有上述系列复合型的外加剂，其成分参差不齐，组成千差万别。

混凝土中加入外加剂后主要是能降低混凝土的水灰比,增大坍落度值并有效地控制坍落度的经时损失,改善混凝土的和易性和流动性能及混凝土的力学性能等。所以混凝土外加剂是混凝土生产中一种重要的原料,而被日益重视并广泛使用。

我们在日常检验、试验研究和生产实践过程中，水泥和外加剂存在适应与不适应的问题，有的就能发挥出外加剂的{zy1}性能，达到使用效果和目的；有的就表现出使用效果不佳或者是不显著，甚至于不相适应。

通过一系列的日常检验、试验研究和生产实践的积累，我们针对水泥和外加剂适应性方面的进行了一些剖析和探索，我们总结认为：

2  水泥

2．1  首先，从水泥熟料的矿物组成着手分析：水泥熟料中的主要矿物有C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF，这些矿物对外加剂的使用效果的影响，我们得出的经验是C₃A＞C₄AF＞C₃S＞C₂S，水泥熟料中的C₃A含量越高，外加剂的使用效果就相对表现得越差。所以对于水泥生产企业而言，合理科学地制定熟料的KH、P、N值，协调这三个率值间的关系，合理有效地控制水泥熟料中各矿物组成，尤其是提高C₃S＋C₂S的含量，其对水泥强度本身十分有利的；合理科学地控制C₃A的含量（我们经试验研究认为普通水泥中的熟料的C₃A的含量在5～7%之间比较合适），有利于降低水泥水化热，稳定水泥凝结时间，有利于熟料的煅烧操作和降低熟料烧成标准煤耗，同时所制成的水泥也更有利于与水混凝土外加剂相适应，并满足水泥企业的{zd0}客户混凝土企业的生产要求。

2．2  从水泥的混合材料的品种上着手分析：我们认为常用作水泥混合材料对混凝土外加剂的适应性的影响大小依次为：煤矸石＞铁渣＞钢渣＞粉煤灰＞矿渣。煤矸石中含有较多的碳粒子，含碳量越高对于混凝土外加剂的吸附量越大，适应性也就越差。粉煤灰中也一样，当含有较多的未燃尽的碳粒子时，其适应性也随之下降。火山灰质混合材料具有较大的内比表比面积，对外加剂的吸附量也较大，对外加剂的适应性也就不是很好。现在水泥生产厂家为不断降低水泥生产成本在混合材料上的复合使用和新品种混合材料的开发和使用更要求我们加强这方面的试验和研究，加强和水泥生产企业的沟通，及早知晓混合材的变化情况，及早进行试配试验，以确定外加剂的合理掺量。

2．3  从水泥生产中的缓凝材料着手分析：使用xx二水石膏的水泥比使用硬石膏、半水石膏的水泥对混凝土外加剂的适应性要好；使用磷石膏或工业副产石膏的水泥对于混凝土外加剂的适应性表现得更差，但其区别和区分很大。

2．4  从水泥细度和水泥温度等方面着手分析：我们认为当水泥细度达到一定值时，水泥细度越细，其比表面积也就越大，对混凝土外加剂的适应性也就越差；水泥的温度越高，对外加剂的适应性也就越差。我们认为水泥细度以80μm筛筛余量在2%～3%为宜，使用时的温度不宜超过70℃。

2．5  有的水泥企业为了提高磨机台时产量,降低电耗,在粉磨时使用了助磨剂.目前主要使用的助磨剂有胺类及其盐、聚脂类、醇类、木质素磺酸盐、脂肪酸及其盐。由于助磨剂的掺入，对水泥的性能产生一定的影响，例如采用乙二醇和三乙醇胺作助磨剂时,所生产的水泥的标准稠度用水量有所增加,凝结时间稍有延长;采用二乙烯乙二醇作助磨剂时,凝结时间会缩短;采用非醇胺助磨剂时,水泥的流动度会有所增加等,这一些的影响是由水泥助磨剂带入的,而非是由混凝土外加剂所能引起的。有的助磨剂本身就是混凝土外加剂的同族，具有外加剂的特性。例如木质素磺酸盐有时也用作水泥助磨剂,这时我们就要适当考虑由此带入混凝土时作用和影响。或者说是由于水泥企业使用了助磨剂，对于混凝土企业来说在外加剂上的使用变得更复杂化了。我们要求掺加助磨剂的水泥企业，为我们提供助磨剂样品，以便于我们开展这方面的试验研究工作，并考察和检查其生产工艺过程中助磨剂掺加时的计量准确性和稳定性。

2．6  从水泥粉磨角度来分析：水泥生产中常用的粉磨设备是磨机，而一般的磨机的加入钢球和钢锻的，而现在也有不少厂家在使用挤压磨或者是辊压机终粉磨，后者生产的水泥与钢球钢锻磨生产的水泥相比：在水泥比表面积和三氧化硫含量上基本相同，后者生产的水泥存在着需水量增高、凝结时间缩短、早期强度下降的情形。后者生产的水泥的颗粒形态呈锯齿形、菱形、扁长形、片形等的较多，尤其是在粗颗粒中更多，它对于水泥和混凝土的流动度性能产生一定的负面作用，对于混凝土外加剂的吸附也较多，而普通的钢球钢锻磨生产的水泥产品的颗粒则以圆形和椭圆形居多，对外加剂的吸附量就少一些。所以说普通的钢球钢锻磨生产的水泥生产的水泥要比挤压磨或者是辊压机终粉磨生产的水泥对混凝土外加剂的适应性要好。

2．6  从水泥的含碱量（K₂O+Na₂O）着手分析：水泥中的含碱量越高，表现出对混凝土外加剂的适应性越差的趋势。而适量的K₂O、Na₂O能激发粉煤灰和矿粉的化学活性，促进它们与Ca(OH)₂的二次反应，对提高混凝土的强度是有益的。

2．7  从上述对水泥的简单的分析我们可以看出，作为混凝土生产企业不仅仅要十分xx水泥的强度值及强度的波动性，更有必要了解和xx水泥生产过程中的一些重要技术参数，例如水泥熟料的矿物组成、生产工艺和方式、生产熟料的窑型（悬浮预热器窑、预分解窑）、混合材料品种及掺量、粉磨工艺（开流粉磨、闭流粉磨）、磨机种类(普通管磨、超细磨、挤压磨等)、细度的控制，缓凝剂的选择和用量、均化方式和程度、储库容量、水泥出厂的强度控制等等。从水泥这个产品的xxx更全面的作深刻了解，以便于适时调整我们的外加剂品种，外加剂用量及混凝土配合比等。

3  外加剂

外加剂生产企业的外加剂生产配方相对保密，更是增添了我们对外加剂的更进一步更深层次了解的难度，但我们通过日常检验、试验研究和生产实践积累，还是能找寻到一点我们所摸索探求到的经验，我们认为：

3．1  木质素磺酸盐类的外加剂的效果与其化学组成成份和分子结构及它们的生产工艺相关联。化学结构式形式和分子量的大小对木质素磺酸盐的性能产生一定的影响，在一般情况下较高的和较低的分子量的木质素的作用和效果低于中等分子量的木质素的作用和效果。我们还发现木质素磺酸盐的缓凝作用不直接归因于木质素磺酸盐本身，而归功于单糖。纯的木质素磺酸盐的缓凝作用并不明显，必须在存在蔗糖酸的相应盐的情况下，才会使C₃A的水化作用强烈地被延缓。

3．2  萘系族外加剂是芳香族磺酸盐甲醛缩合物，起主要作用的是β-萘磺酸，这和其生产工艺有很大的关系，萘在高温熔融状态下，用浓硫酸进行磺化过程，在磺化过程中可避免地产生一些α-萘磺酸和多萘磺酸，这就要求生产厂家在选择和选用时要注重它的β-萘磺酸的含量，并注意其产品生产时的磺化液、平均分子量、分子量分布、聚合度、聚合性质（直链、支链），同时其磺化程度越是xx，带有磺酸的萘环越多，则其减水效果越是明显。在用甲醛缩合时，当聚合度为7～13时，其减水效果也就越明显。萘系减水剂中存在起中和作用的平衡离子，如Na⁺、Ca²⁺、MgO²⁺、NH₄⁺等，不同的平衡离子含量，其外加剂的分散效果和适应性效果也会有所差异的。

3．3  氨基磺酸盐类的减水剂的原料是用对氨基苯磺酸盐和苯酚及水在加热情况下用甲醛作缩合剂，用烧碱作中和剂得到的产物，具有高效减水性和坍落度损失小的特点，但其对混凝土的水胶比变化很敏感，很容易造成混凝土的离析和泌水现象，所以其一般通常是与萘系族或其它系列的减水剂复合使用。氨基磺酸盐类的减水剂的作用与其生产工艺也有很大的关联，尤其是缩合温度和缩合时间对其性能产生影响，在与其它系列产品复合时，其的用量合理的选择，才能确保复合外加剂既有良好的减水性能，又不容易产生较多的泌水。

3．4  含有糖钙原料的混凝土外加剂对水泥中用作缓凝剂的石膏的品种及用量比较敏感，我们知道用作水泥缓凝剂的有xx二水石膏、无水石膏、硬石膏、磷石膏、工业副产石膏等很多种类，对于水泥而言，只要控制适宜的SO₃并与其熟料和混合材料相匹配，均能达到稳定且又正常的凝结时间。但当水泥用作拌制混凝土并掺入混凝土外加剂时，情况就会有所不同。例如糖钙对于硬石膏和半水石膏（半水石膏主要是熟料在粉磨时磨内温度太高、磨内通风又不良或磨内温度很高又不在磨机外壳淋水降温、或者是入磨熟料温度太高等所导致的二水石膏脱水成半水石膏，这时水泥会呈现出急凝或假凝现象，并随着水泥的存放，半水石膏慢慢地吸水而急凝或假凝情况会有所缓解）的灵敏度很高，会出现混凝土的凝结时间明显缩短，混凝土的流动性变小、甚至于产生混凝土的速凝现象，对于混凝土的运输和泵送及现场浇注是不利的。同样含有木钙原料的混凝土外加剂也有一定程度的上述表现，只不过是含木钙的外加剂比含糖钙的外加剂的敏感性要差一些，没有糖钙那样显著和明显。当温度低于5℃时不宜使用木钙。超量使用木钙会使后期强度下降，其主要原因是超量使用木钙使混凝土中的含气量增加所致。

3．5  羟基羧酸类和盐类（例如柠檬酸类、酒石酸甲钠类等）的缓凝剂在混凝土中主要起到延长凝结时间的作用，在使用过程中同时会出现使混凝土泌水增多现象，并在一定程度上影响混凝土的和易性，所以我们在水泥用量较低、水灰比较大和有抗渗要求的混凝土上不使用此类外加剂。

某些外加剂在低温下比高温下的作用和效果更明显，有的外加剂如单羧酸和二羧酸、磺酸、胺，单氢、二氢和三氢脂肪酸在60℃以上时缓凝作用不明显或者失效，我们就不能是误解成是水泥的问题。但我们所使用的水泥要控制一定的温度，在这方面也起有一定的作用的。

上述仅仅是对通用水泥和外加剂中起缓凝、减水或泵送作用的外加剂的一点摸索，当然水泥还有很多的品种，同样外加剂中还有很多的种类例如早强剂、引气剂、速凝剂、防冻剂、膨胀剂、防水剂等等，其影响和作用也是各不相同的,也有待于我们作进一步的探索。

4  结束语  在混凝土生产实践过程中，只有不断地在试验和研究过程中，探索和积累，找寻经验，使水泥与外加剂及其混凝土其它组成材料更加匹配，发挥出其应有的作用和效果，以期求得所生产的混凝土更好地满足生产、运输、施工要求；满足混凝土的高性能要求；满足降低混凝土生产成本的要求。当然我们还要积极努力探求外加剂与矿渣微粉、与粉煤灰、与砂石料等原材料之间相互影响的规律性，以更好地适应我们的混凝土生产的需要。

混凝土企业加强与原材料供应商之间的沟通和技术交流及合作，是有利于提高我们对所使用原村料性能和特性的更深入地了解和认识，也只有加强技术交流和合作，才能使我们所使用的原材料更能适应和满足混凝土生产之需要。

以上仅仅是我们对水泥与外加剂的肤浅认识和简单摸索，由于水泥生产和外加剂在生产工艺方式、原材料种类和产地、质量控制手段和方法、质量管理水平上存在很大的差异，情况也是错综复杂的，有的甚至相差很远。也许在别的混凝土企业里的情况与上述情况会有所不同，甚至于大相径庭，而我们的目的是想通过拙作，抛砖引玉，来更多地了解同行们在这方面的探索成果，借以借鉴，再通过我们自己的试验研究和验证，不断完善和提高我们对水泥和混凝土外加剂及其它原材料的认识。

注：此文发表在2008年第3期《浙江混凝土》