水泥與聚羧酸系高性能減水劑適應(yīng)性影響因素分析

馬玉濤，馬軍委

(光明鐵道控股有限公司，浙江 衢州 324400)

0 前 言

在預(yù)拌高強(qiáng)混凝土的過程中，水泥、減水劑是必不可少的組成材料之一，目前市面上常用的減水劑是聚羧酸系高性能減水劑(以下簡稱減水劑)。在預(yù)拌混凝土?xí)r水泥與減水劑適應(yīng)性顯得尤為重要。水泥與減水劑適應(yīng)性一直是混凝土行業(yè)、水泥行業(yè)一直重視的問題之一，水泥與減水劑適應(yīng)性的好壞也會(huì)影響到預(yù)拌混凝土的質(zhì)量，因此，提高和確保水泥與減水劑適應(yīng)性極其重要，本文主要對(duì)水泥與減水劑適應(yīng)性的影響因素進(jìn)行分析。

1 聚羧酸系高性能減水劑的優(yōu)點(diǎn)

目前市面上減水劑多種多樣，一般分為普通減水劑、高效減水劑、高性能減水劑這三個(gè)檔次，在高強(qiáng)混凝土攪拌過程中常運(yùn)用的是聚羧酸系高性能減水劑，高性能減水劑的應(yīng)用，能夠提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性，具有獨(dú)特的技術(shù)和高效的性價(jià)比。聚羧酸減水劑作為新型高性能減水劑的代表，具有減水率高、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，能增強(qiáng)混凝土的性能，同時(shí)對(duì)于混凝土的收縮問題也能有效解決，最重要一點(diǎn)是聚羧酸減水劑屬于綠色材料，環(huán)保性好，適應(yīng)當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展和需求。

2 水泥與聚羧酸系高性能減水劑適應(yīng)性差的影響

在運(yùn)用同一種減水劑和配合比的情況下，由于水泥性能的不同會(huì)導(dǎo)致其適應(yīng)性發(fā)生較大變化，例如減水劑應(yīng)用于某批次水泥時(shí)取得的效果較好，但是當(dāng)將減水劑應(yīng)用到另一批次時(shí)其適用性出現(xiàn)問題，導(dǎo)致預(yù)拌混凝土的流動(dòng)性能差，坍落度等無法滿足設(shè)計(jì)要求。一般情況下，減水劑和水泥適應(yīng)性較差時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)以下情況：混凝土出現(xiàn)物料相互分離、泌水、分層現(xiàn)象；坍落度無法滿足相應(yīng)要求，損失比較快；混凝土凝結(jié)出現(xiàn)反常、強(qiáng)度和耐久性出現(xiàn)問題，還會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫度裂痕等。

3 水泥與聚羧酸系高性能減水劑適應(yīng)性的影響因素

3.1 水泥礦物組成

水泥的主要礦物成分有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，不同水泥礦物成分對(duì)減水劑的吸附能力造成不一樣的影響。研究表明，相對(duì)于硅酸鹽礦物而言，鋁酸鹽礦物成分對(duì)于減水劑的吸附能力更強(qiáng)，因此，也導(dǎo)致其與減水劑的適應(yīng)性變差，如若水泥中鋁酸三鈣含量高，會(huì)影響到硅酸三鈣和硅酸二鈣對(duì)聚羧酸系高性能減水劑的吸附能力，另外鋁酸三鈣的水化熱大，導(dǎo)致水化反應(yīng)速率增快，造成坍落度損失，進(jìn)而在選擇水泥熟料礦物時(shí)，對(duì)于鋁酸三鈣的含量一定要嚴(yán)加控制，避免鋁酸三鈣影響到水泥與減水劑的適應(yīng)性。

3.2 水泥新鮮度

水泥存放時(shí)間、存放環(huán)境的溫度等都會(huì)影響到水泥新鮮度。剛出廠的水泥新鮮度高、干燥、溫度高、正電性強(qiáng)，對(duì)減水劑的吸附力較強(qiáng)，因此，這個(gè)時(shí)間段的水泥需水量大、坍落度損失快、易于迅速凝結(jié)，加上這個(gè)階段水泥在磨細(xì)的過程中由于磨機(jī)溫度高，導(dǎo)致水泥內(nèi)的石膏組分易出現(xiàn)失水的現(xiàn)象，因此，水泥的新鮮度會(huì)對(duì)水泥與減水劑適應(yīng)性產(chǎn)生影響。

3.3 水泥細(xì)度

水泥的細(xì)度也是影響水泥與減水劑適應(yīng)性的主要因素之一，水泥細(xì)度的提高能提高水泥的強(qiáng)度，因此，一部分廠家不擇手段提高水泥細(xì)度，但是水泥細(xì)度會(huì)影響到水泥的比表面積、外加劑使用量、絮凝作用、吸附能力等，例如水泥細(xì)度增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水泥的比表面積增大，分散水泥分子時(shí)所需要的減水劑用量增加，水泥顆粒對(duì)于減水劑分子的吸附力變強(qiáng)，這一系列變化會(huì)影響到水泥與減水劑的適應(yīng)性(如表1所示)。

表1 水泥細(xì)度對(duì)減水劑用量的影響

3.4 水泥堿含量

堿含量主要指的是水泥中堿物質(zhì)的含量，水泥堿物質(zhì)主要是為了幫助鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣的溶出，提高水泥顆粒對(duì)于減水劑的吸附能力，簡而言之減水劑的塑化效果會(huì)隨著水泥中堿含量的增加而變差，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致混凝土凝結(jié)時(shí)間出現(xiàn)異常、加速坍落度損失等問題(如表2所示)。因此，水泥中如若堿物質(zhì)含量增大，會(huì)導(dǎo)致水泥和與減水劑適應(yīng)性變差，致使混凝土的塑化變快，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)對(duì)混凝土的質(zhì)量和施工都造成危害，還會(huì)導(dǎo)致水泥凝結(jié)時(shí)間出現(xiàn)異常，混凝土早期強(qiáng)度偏低，因此控制好水泥中堿物質(zhì)的含量，能有效把控水泥與減水劑的適應(yīng)性。

表2 水泥堿含量占減水劑加適用性情況

3.5 水泥調(diào)凝組分(石膏)

一般在進(jìn)行粉磨水泥熟料時(shí)，需要加入一定含量的石膏，作為調(diào)節(jié)水泥和混凝土凝結(jié)時(shí)間的外加劑，石膏的添加能夠提高水泥和混凝土的工作性能。一般所添加的石膏分為無水石膏、半水石膏和二水石膏，這三者共同存在水泥之中，其中無水石膏的吸附能力最強(qiáng)，二水石膏的吸附能力最弱。因此，水泥之中石膏的組分比例也會(huì)成為影響水泥與減水劑適應(yīng)性的因素。由于水泥在生產(chǎn)過程中，會(huì)使得水泥磨機(jī)溫度增加，因而導(dǎo)致水泥中所添加的二水石膏出現(xiàn)失水現(xiàn)象，導(dǎo)致其變成無水石膏或者半水石膏，導(dǎo)致其吸附能力變強(qiáng)，也導(dǎo)致水泥與減水劑適應(yīng)性發(fā)生變化。另外，水泥中調(diào)凝組分的摻入量也會(huì)影響到水泥與減水劑適應(yīng)性，當(dāng)所添加的石膏含量不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致石膏在水泥中不能完全溶解，導(dǎo)致石膏本身的作用無法發(fā)揮出現(xiàn)，導(dǎo)致水泥不能緩凝，致使水泥出現(xiàn)快速凝結(jié)現(xiàn)象；當(dāng)所添加的石膏含量過多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水泥的凝結(jié)時(shí)間變得過于緩慢，致使混凝土強(qiáng)度受到影響，總而言之水泥調(diào)凝組分(石膏)也是影響水泥與減水劑適應(yīng)性的重要因素之一。

3.6 混合材料種類

水泥與減水劑適應(yīng)性還會(huì)受到混合材料種類、摻入量、細(xì)度等方面的影響，當(dāng)水泥中摻入礦渣等混凝材料時(shí)，水泥與減水劑適應(yīng)性較好，但是如果水泥中摻入煤灰質(zhì)等混合材料時(shí)，水泥與減水劑適應(yīng)性較差。另外不同規(guī)格的粉煤灰對(duì)于水泥與減水劑適應(yīng)性的影響效果也不一致，當(dāng)粉煤灰中富含球狀玻璃體時(shí)，會(huì)影響減水劑的吸附量，使吸附量變小，粉煤灰中含碳量較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水泥與減水劑適應(yīng)性較差。

3.7 混凝土其他成分

在混凝土預(yù)拌過程中，除了添加水泥、減水劑等外，還需要添加其他成分，比如粗骨料、細(xì)骨料、摻合料等材料，確保所有材料之間有合理的搭配，因此，混凝土中所添加的粗骨料、細(xì)骨料、摻合料等材料也會(huì)影響到水泥與減水劑適應(yīng)性。

3.7.1 粗骨料

混凝土的和易性會(huì)受到粗骨料的影響，當(dāng)粗骨料的級(jí)配良好時(shí)，能提高水泥與減水劑適應(yīng)性，同時(shí)粗骨料的顆粒形狀和顆粒粒徑都是影響其適應(yīng)性的關(guān)鍵因素。另外當(dāng)針片狀材料所占比重較低時(shí)，不會(huì)對(duì)混凝土的坍落度和流動(dòng)度產(chǎn)生不利影響，但當(dāng)針片狀石子含量較高時(shí)，則會(huì)影響到水泥與減水劑適應(yīng)性，同時(shí)也對(duì)混凝土的強(qiáng)度造成不利影響。

3.7.2 細(xì)骨料

混凝土的細(xì)骨料主要是看砂子的細(xì)度，如若砂子過細(xì)會(huì)導(dǎo)致混凝土黏度增大，導(dǎo)致其比表面積增加，影響減水劑的吸附能力，使得水泥與減水劑適應(yīng)性變差；如若砂子過于粗會(huì)導(dǎo)致混凝土包裹性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，使得混凝土出現(xiàn)離析問題。另外，砂子的含泥量也是影響到水泥與減水劑適應(yīng)性的關(guān)鍵因素之一，含泥量過高會(huì)降低水泥與減水劑適應(yīng)性。

3.7.3 摻合料

水泥含量過高會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)水化熱現(xiàn)象，因此在預(yù)拌混凝土?xí)r常會(huì)選擇適宜材料替代水泥，例如常見的粉煤灰、礦灰等，不僅能夠節(jié)約施工成本，而且能提高混凝土的性能。但是粉煤灰、礦灰等摻合料的細(xì)度也成為影響水泥與減水劑適應(yīng)性的一大因素，當(dāng)摻合料的細(xì)度過于細(xì)時(shí)，會(huì)增加減水劑的吸附能力，當(dāng)摻合料過粗時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部填充不充實(shí)，對(duì)于混凝土的工作性能產(chǎn)生不良影響。

4 水泥與聚羧酸系高性能減水劑適應(yīng)性的改善措施

4.1 穩(wěn)定水泥質(zhì)量

1)在配料過程中要嚴(yán)格控制水泥礦物組成，特別是需要控制好鋁酸三鈣的含量，本次對(duì)鋁酸三鈣含量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋁酸三鈣含量從8.5%逐漸下降至6.6%時(shí)，水泥與減水劑的適應(yīng)性明顯發(fā)生改變，可以看出水泥凈漿流動(dòng)度損失減小，同時(shí)初始流動(dòng)度得到降低，在鋁酸三鈣含量降低的60 min內(nèi)表現(xiàn)最為明顯，因此，需將水泥中鋁酸三鈣的含量控制在7%左右。如若發(fā)現(xiàn)鋁酸三鈣的含量過高時(shí)，一定要做出相應(yīng)的調(diào)整措施，例如采取后摻法，一定程度上提高減水劑的添加劑量。

2)在使用水泥過程中，如若發(fā)現(xiàn)水泥溫度過高，要避免馬上使用該水泥，應(yīng)將水泥放置一段時(shí)間，待溫度降低后再進(jìn)行使用，最好是將放置時(shí)間控制在一天左右，有效避免影響水泥與減水劑適應(yīng)性。

3)控制好水泥細(xì)度。在生產(chǎn)水泥時(shí)最關(guān)鍵的一步是控制好水泥細(xì)度，常用的水泥細(xì)度控制方法有比表面積控制法，確保水泥的細(xì)度處于可控范圍內(nèi)，保證水泥的顆粒配比科學(xué)合理。

4)確保水泥中的堿物質(zhì)適中。在實(shí)際預(yù)拌混凝土過程中，要嚴(yán)格控制好水泥中的堿物質(zhì)，保證堿物質(zhì)的含量處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)研究表明水泥中堿物質(zhì)含量控制在0.4%～0.8%時(shí)，不會(huì)對(duì)水泥與減水劑適應(yīng)性造成較大的影響，但是我國規(guī)定低堿水泥中的堿物質(zhì)含量不得超過0.6%，因此，為了提高水泥與減水劑適應(yīng)性，應(yīng)將堿物質(zhì)含量控制在0.4%～0.6%。

5)控制石膏的品種和摻入量。在水泥生產(chǎn)過程中添加石膏不僅可以節(jié)省其生產(chǎn)成本，而且不會(huì)對(duì)水泥性能造成影響，但是要注意所添加的石膏，應(yīng)選用彈性較大的石膏，確保無水石膏、半水石膏、二水石膏的摻入能符合設(shè)計(jì)要求。

6)控制好混合材料的種類和摻入量。在摻入不同種類的混合材料時(shí)，首先需要控制材料本身的質(zhì)量，確保不同種類的混合材料摻入時(shí)處于均勻狀態(tài)。

4.2 調(diào)整好混凝土配比

在預(yù)拌混凝土?xí)r需要根據(jù)運(yùn)輸距離來調(diào)整混凝土配合比，例如在運(yùn)輸較遠(yuǎn)距離的混凝土?xí)r，加上初始坍落度比較大、坍落度損失速度較快，如若只是調(diào)整外加劑的摻入量和摻入手段是無法解決問題的，這時(shí)就需要調(diào)整好混凝土配比，在保證原本坍落度設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)增加混凝土的首次坍落度，以此解決問題。

4.3 調(diào)整好減水劑的復(fù)配配方

當(dāng)增加或者降低現(xiàn)有的減水劑摻量，都無法改善混凝土的工作性能時(shí)，就需要對(duì)減水劑的復(fù)配配方進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，通過更改母液、更改緩凝劑、引氣劑種類等來調(diào)整減水劑的復(fù)配配方，以此提高水泥與減水劑適應(yīng)性，確保混凝土的工作性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.4 其他措施

要選擇合適的細(xì)骨料和粗骨料，并且對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)那逑矗_保含泥量符合設(shè)計(jì)要求；改進(jìn)和完善水泥生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出與減水劑相適應(yīng)的低熱水泥、低堿水泥、細(xì)度級(jí)配化水泥等；在滿足技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，盡量選擇燒失量較小的摻合料，當(dāng)需要選擇兩種及其以上的摻合料時(shí)，要減少使用影響減水劑適應(yīng)性的摻合料。

5 結(jié)束語

礦物組成、水泥溫度、水泥新鮮度、水泥細(xì)度、水泥堿含量、混合材料種類等都會(huì)對(duì)水泥與減水劑適應(yīng)性造成影響，通過詳細(xì)分析每個(gè)因素對(duì)水泥與減水劑適應(yīng)性的影響情況，對(duì)提高混凝土性能提供參考。總而言之，在預(yù)拌混凝土?xí)r，要注意好水泥的物理性能、化學(xué)性能，注重減水劑的選擇和配制，同時(shí)還需要注重混凝土的其他組成部分，例如粗骨料、細(xì)骨料、摻合料等，通過多方面的控制和改善來提高水泥與減水劑適應(yīng)性，確保混凝土性能符合設(shè)計(jì)要求，提高其施工質(zhì)量。

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