不同種類及摻量的混合材配制的水泥對外加劑適應性的影響研究

董延昭，張全貴，周金金

（1.石家莊市軌道交通有限責任公司，河北 石家莊 050031；2.石家莊金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家莊 051431）

不同種類及摻量的混合材配制的水泥對外加劑適應性的影響研究

董延昭1，張全貴2，周金金2

（1.石家莊市軌道交通有限責任公司，河北 石家莊 050031；2.石家莊金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家莊 051431）

本文通過對不同種類及摻量的混合材的水泥進行試驗，研究混合材對水泥與外加劑適應性的影響。結果表明：隨著熟料與礦粉摻量的逐漸增加、低鈣粉煤灰摻量的逐漸減小，水泥的強度逐漸增大；與萘系減水劑的飽和摻量逐漸減小，初始擴展度變化不大，30min、60min 經時損失逐漸增大，與聚羧酸減水劑的飽和摻量開始降低 0.3%，然后保持穩定，初始擴展度變化不大， 30min、60min 經時擴展度有返大現象。

混合材；外加劑；適應性；減水劑的飽和摻量

0 前言

目前，我國 80% 以上的水泥在粉磨時摻加了一定量的混合材，如火山灰、粉煤灰、礦渣粉、煤矸石和石灰石等。由于混合材的品種、性質和摻量等的不同，外加劑的作用效果存在著較大差異[1]。

在水泥制備過程中摻入水泥熟料，還有一并與熟料共同粉磨的活性混合材料，提高水泥中混合材的細度，在不降低混合材摻量的條件下，可提高水泥強度；在保持水泥強度的條件下，可以增加混合材的摻量，降低水泥生產成本，改善水泥與外加劑之間的適應性。

本文對不同種類以及摻量的混合材的水泥進行一系列的試驗，分析混合材對水泥與外加劑適應性的影響。

1 原材料情況及配合比

1.1 原材料情況

（1）熟料：鼎鑫水泥廠生產的出窯熟料，其組成及物理性能指標見表 1。

表 1 熟料組成及性能指標表

（2）粉煤灰：西柏坡電廠生產的低鈣粉煤灰，其物理性能指標及顆粒級配見表 2。

表 2 低鈣粉煤灰物理性能指標及顆粒級配表

（3）礦粉：西柏坡新能源建材廠生產的 S95 級礦粉，其物理性能指標及顆粒級配見表 3。

表 3 S95 級礦粉物理性能指標及顆粒級配表

（4）石灰石：鼎鑫公司礦山自產的石灰石。

（5）脫硫石膏：山西汶水電廠生產的脫硫石膏，SO3≥40%，水份≤15%。

（6）外加劑：北京金隅科技公司生產的萘系高效減水劑、聚羧酸高性能減水劑。

熟料及其他混合材的化學成分分析結果見表 4。

表 4 熟料及不同混合材化學成分分析 %

控制水泥的比表面積為：(350±10)m2/kg，保證混合材中石灰石的摻量不變，變化粉煤灰及礦粉的摻量，設置不同分組進行實驗，具體水泥的組分見表 5。

表 5 不同混合材摻量的水泥組分

2 實驗實施方案

（1）粉磨水泥配樣：每種配 20kg（采用礦粉外摻法）；按照《小磨試驗檢驗作業指導書》取混合均勻的配料（其中沒有礦粉），稱取 5kg，倒入規格為 Φ500×500mm、轉速為 48r/min、電機功率為 1.5kW 的試驗小磨中進行粉磨。

通過控制粉磨時間并且記錄粉磨時間，使磨制的水泥比表面積控制為：(350±10)m2/kg，每種不同混合材配比的水泥磨 4 磨，每磨配料 5kg，每種水泥 20kg，各磨水泥樣品分別編號，然后分裝密封保存，待實驗用。

（2）對成品水泥（第一步磨制的所有水泥）進行化學全分析，全套物理檢驗，顆粒級配分析，記錄數據。

（3）試驗水泥成品勾兌配樣：根據每次實驗用量（富余量 20%），取按（1）方法磨制的 4 磨水泥樣品中，每磨取用量的四分之一加外摻 5%～16% 的 S95 級礦粉（所配制水泥中SO3含量為 2.6% 左右），用混樣機混合均勻，進行試驗。

（4）對混合均勻的成品水泥（第三步完成的）進行飽和摻量、初始流動度、30min、60min 經時損失流動度檢驗，30min、60min 經時損失率進行計算。

表 6 不同混合材摻量的水泥化學分析 %

3 實驗結果

3.1 水泥的性能指標

不同摻量的混合材的水泥化學分析見表 6。不同摻量的混合材的水泥的物理性能指標見表 7。

表 7 不同混合材摻量的水泥性能指標

由表 7 可得：隨著水泥熟料量每增加 3%，礦粉摻量每增加 2%～3%，需水量逐漸減小，水泥 3d 早期強度則增加0.5～2.5MPa，28d 強度增加 2.5～4MPa。

不同摻量的混合材的水泥的顆粒級配見表 8。

表 8 不同混合材摻量水泥的顆粒級配

3.2 水泥與外加劑的適應性試驗結果

不同混合材的水泥分別與萘系高效減水劑以及聚羧酸高性能減水劑的適應性試驗結果見表 9。

表 9 不同混合材摻量水泥與外加劑適應性

由表 9 可得：外加劑使用萘系減水劑時，隨著熟料與礦粉摻量逐漸增加，低鈣粉煤灰摻量逐漸減小，萘系減水劑飽和摻量逐漸降低，但是其經時損失逐漸增大。飽和摻量逐漸降低是由于該低鈣粉煤灰為 II 級粉煤灰，燒失量為 6.15%，對外加劑的吸附量較大，且能夠進入顆粒內部，從而有效成分減少，很難起到表面活性劑作用，隨著低鈣粉煤灰摻量降低，萘系減水劑的飽和摻量降低；經時損失逐漸增大是由于隨著低鈣粉煤灰摻量減少，礦粉摻量增加，萘系減水劑飽和摻量降低，系統中萘系減水劑的絕對量減少，后期減水分散效果得不到保證，從而導致經時損失逐漸增大。

外加劑使用聚羧酸減水劑時，隨著熟料與礦粉摻量逐漸增加，低鈣粉煤灰摻量逐漸減小，聚羧酸減水劑飽和摻量開始降低 0.3%，然后保持穩定，經時擴展度有返大現象，但是整體經時損失率是逐漸增大。原因為：其一，飽和摻量先稍降低之后穩定是由于聚羧酸減水劑比萘系減水劑減水效果好，混合材種類的稍微變動對減水劑的飽和摻量影響不大。其二，返大現象可能是由于聚羧酸減水劑與水泥浄漿反應，其表面活性減水作用是隨著時間的推移而逐步體現出來的，因此在后期容易出現返大。其三，經時損失逐步增大是由于熟料比例、礦粉比例相對增加，其中 C3A 含量、礦粉細度相應增加，從而導致后期聚羧酸減水劑相對匱乏，使其經時損失增大。

4 實驗結論

（1）隨著水泥熟料量每增加3%，礦粉摻量每增加2%～3%，水泥 3d 早期強度則增加 0.5～2.5MPa，28d 強度增加 2.5～4.0MPa。

（2）外加劑使用萘系減水劑時，隨著熟料與礦粉摻量逐漸增加，低鈣粉煤灰摻量逐漸減小，萘系減水劑飽和摻量逐漸降低，但是其經時損失逐漸增大。

（3）外加劑使用聚羧酸減水劑時，隨著熟料與礦粉摻量逐漸增加，低鈣粉煤灰摻量逐漸減小，聚羧酸減水劑飽和摻量開始降低 0.3%，然后保持穩定，經時擴展度有返大現象，但是整體經時損失率是逐漸增大。

[1] 孫振平，蔣正武，等．商品混凝土中外加劑與水泥/摻合料適應性的研究[J]．商品混凝土，2001(1):11-15．

［通訊地址］河北省石家莊市軌道交通有限責任公司（050031）

董延昭（1980—），男，漢族，河北平山人，注冊安全工程師，現從事軌道交通建設安全質量管理工作，現供職于石家莊市軌道交通有限責任公司安全質量部。