高禮雄-高效減水劑和水泥之間適應(yīng)性問題30326

1、高效減水劑和水泥之間適應(yīng)性問 題 的 研 究,石家莊鐵道學(xué)院建筑工程材料檢測(cè)中心 高 禮 雄 博士,高效減水劑和水泥之間適應(yīng)性問 題 的 研 究,一. 適應(yīng)性的概念 二. 影響適應(yīng)性的因素（水泥的物理化學(xué)性能、高效減水劑性能、混凝土拌合物性能） 三. 改善適應(yīng)性的措施,一. 適應(yīng)性的概念,高效減水劑：降低混凝土的水膠比，改善新拌混凝土工作性，控制坍落度損失，賦予混凝土優(yōu)良施工性能和高密實(shí)度。 適應(yīng)性的問題成為困擾混凝土工作者的一個(gè)難題，影響外加劑的應(yīng)用效果和推廣應(yīng)用。 適應(yīng)性的問題是一個(gè)極其錯(cuò)綜復(fù)雜的問題：涉及到水泥化學(xué)、高分子材料學(xué)、表面物理化學(xué)和電化學(xué)等多方面的知識(shí)。,適 應(yīng) 性 的 概

2、念,水泥與減水劑適應(yīng)時(shí)： 減水劑在常用摻量下能夠達(dá)到它自身的減水率； 沒有離析和泌水現(xiàn)象； 坍落度隨時(shí)間變化損失相應(yīng)較??； 對(duì)混凝土的強(qiáng)度等性能無負(fù)面影響。 不適應(yīng)時(shí)：初始坍落度小，坍落度損失快，離析，泌水，外加劑用量增加。,適應(yīng)性的概念,水泥與高效減水劑適應(yīng)性包括三個(gè)方面： 初始流動(dòng)性 高效減水劑是否有明確的飽和點(diǎn) 流動(dòng)性損失情況,Marsh錐評(píng)價(jià)水泥與FDN的適應(yīng)性,凈漿流動(dòng)度評(píng)價(jià)水泥與FDN的適應(yīng)性,二. 影響適應(yīng)性的因素,1. 水泥的物理化學(xué)性能對(duì)適應(yīng)性的影響,水泥的礦物組成和反應(yīng)能力 C3A活性（取決于其形態(tài)和熟料硫化程度） 吸附順序C3AC4AFC3SC2S，在高效減水劑摻量相同的

3、情況，C3A和C4AF含量較高的水泥漿體中，減水劑的分散效果較差。,水泥的細(xì)度,水泥的比表面積越大，對(duì)減水劑的吸附量就越多。水泥磨細(xì)使減水劑的飽和摻量增大，并加劇了水泥漿體的流動(dòng)性損失。,水泥性能,提高水泥顆粒球形度,水泥顆粒級(jí)配和顆粒球形度的變化對(duì)減水劑的飽和摻量影響不大，但影響了水泥漿體的初始及1hr后的流動(dòng)度。水泥T1的初始及1hr后的流動(dòng)度均大于T2。,水泥性能,控制水泥合理的顆粒級(jí)配,初始流動(dòng)度：X2大于X1； 1hr后的流動(dòng)度：X2小于X1。,水泥性能,混合材品種,高效減水劑: 對(duì)礦渣水泥和粉煤灰水泥的適應(yīng)性較好，礦渣和粉煤灰的摻入可使水泥漿體的流動(dòng)度增大、流動(dòng)度損失減小 ； 對(duì)火

4、山灰、焙燒煤矸石及窯皮為混合材的水泥的適應(yīng)性較差，要達(dá)到預(yù)期的效果，需要適當(dāng)增加高效減水劑的摻量。,水泥性能,混合材的輔助減水作用主要靠三個(gè)作用： 顆粒吸附作用； 顆粒堆積作用； 顆粒球形作用。 提高混合材比面積可提高水泥強(qiáng)度，改善與減水劑的適應(yīng)性，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥的可行措施之一。,優(yōu)化混合材細(xì)度和摻量,水泥性能,水泥的陳化時(shí)間,使用剛出磨的水泥和出磨溫度還較高的水泥，就會(huì)出現(xiàn)減水率低、坍落度損失快的現(xiàn)象。使用陳放時(shí)間稍長的水泥，就可以避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象。,水泥性能,水泥的堿含量,控制流動(dòng)性和流動(dòng)性損失重要參數(shù)之一 AAR 堿含量過大會(huì)導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時(shí)間縮短和坍落度經(jīng)時(shí)損失變大。,水泥性能,水泥

5、的堿含量,粘土質(zhì)原料中一般都含有K2O和Na2O，這些堿會(huì)固溶在熟料礦物中，減少熟料礦物的生成量，并影響熟料礦物的結(jié)構(gòu)形成和水泥水化的性質(zhì)，使水泥的流變性能變差，后期強(qiáng)度降低。 碳酸鈣原料和燃料煤中往往含有硫酸鹽、硫化物和元素硫等雜質(zhì)，在燃燒過程中也會(huì)固溶在熟料中。,水泥性能,同時(shí)存在堿和SO3時(shí)，就會(huì)形成堿的硫酸鹽，即堿的硫酸鹽化，堿的硫酸鹽化可減少堿在熟料礦物中的固溶量，對(duì)水泥凝結(jié)的性質(zhì)能產(chǎn)生更有益的影響。 堿性硫酸鹽少的水泥，由于減水劑強(qiáng)烈的吸附，導(dǎo)致混凝土坍落度損失特別快 。可溶性堿含量增加時(shí)，吸附減水劑量線性下降。,水泥性能,水泥的堿含量,堿的硫酸鹽化程度用下式計(jì)算： 不同的硫酸鹽化

6、程度對(duì)水泥性質(zhì)有不同的影響。 SD值的范圍為40%200%。欠硫酸鹽化和過硫酸鹽化都應(yīng)避免。 可溶性堿的最佳值為0.40.5%。低于最佳值時(shí)加入Na2SO4，水泥流動(dòng)性會(huì)顯著增加。,水泥性能,水泥的堿含量,石膏的形態(tài),水泥中SO42-離子的溶解速度必須和C3A的活性平衡,水泥性能,無水石膏(天然的),其它,填充料,CaO,堿性硫酸鹽,少量礦物相,硫酸鈣(脫 水半水石膏）,水泥和外摻料,高效減水劑,硫酸鈣,水泥、外加劑和硫酸鈣系統(tǒng)相互反應(yīng)的復(fù)雜性,硫酸鈣在早期水泥水化中作用,在無硫酸鈣時(shí)，C3A與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)非?？斓厣射X酸鈣的水化物： 2C3A+21H2OC4AH13+C2AH8 在有硫酸鈣

7、時(shí)，形成不同的水化產(chǎn)物鈣礬石,水泥性能,隨時(shí)獲得可溶解的合適數(shù)量的硫酸鹽是關(guān)鍵性因素。如果可利用量不足，由于C3A水化快，將出現(xiàn)閃凝；如果過量時(shí)，石膏沉淀會(huì)導(dǎo)致假凝。 在這兩種情況下，水泥的流變性將受到不利的影響，因此在熟料中或以后加入的硫酸鹽對(duì)水泥和外加劑適應(yīng)性是十分重要的。,水泥性能,不同形態(tài)CaSO4在25時(shí)的溶解度,水泥性能,在粉磨過程中，部分石膏脫水為半水石膏(CaSO4 0.5H2O)，由于半水石膏的溶解度大于二水石膏，這一般是有利的，如果加工控制不合適，形成的半水石膏可能太多，導(dǎo)致在新拌混凝土中也過多。,水泥性能,石膏的形態(tài),2. 高效減水劑影響因素,分子量 分子鏈的長度 交聯(lián)程

8、度 磺化程度：磺酸鹽基團(tuán)在鏈中的位置 有無硫酸鹽存留 平衡離子,萘的磺化程度和磺化產(chǎn)物 多萘磺酸和萘磺酸會(huì)影響到適應(yīng)性。 萘系減水劑分子量的大小 分子的最佳核體數(shù)為713。 平衡離子 Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等對(duì)分散效果和適應(yīng)性影響有所差異。 減水劑的狀態(tài) 液體外加劑減水效果稍好。,高效減水劑的性能,3. 混凝土拌合物的影響,混凝土拌合物自身的參數(shù)：即W/B(水膠比)、集料種類和級(jí)配也將明顯地影響到高效減水劑對(duì)水泥的分散效果。 普通混凝土用水量在160200kg/m3，高強(qiáng)高性能混凝土用水量在120150kg/m3。新拌混凝土中出現(xiàn)的各種作用必須爭(zhēng)奪水分子(表面濕潤，水泥水化，電解

9、質(zhì)的溶液化和水合作用等)。 由于孔隙間水量有限，在普通砼（即W/C=0.5）中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)必然會(huì)受到強(qiáng)烈的干擾，水泥和高效減水劑之間的適應(yīng)性也就會(huì)發(fā)生不利的影響。,HPC生產(chǎn)中最大的困難就在于要在足夠長久的時(shí)間內(nèi)保持滿意的流變性質(zhì)。 在低水灰比條件下，當(dāng)和指定的超塑化劑配合使用時(shí)，并不是每一種符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的普通水泥都呈現(xiàn)相同流變行為。在HPC中，水泥和超塑化劑協(xié)調(diào)匹配問題更加尖銳。,混凝土拌合物性能,三. 改善高效減水劑和水泥適應(yīng)性的措施,重視控制水泥中硫酸鈣的含量和溶解速度； 加強(qiáng)磨機(jī)溫度的控制，保持在一定范圍內(nèi)； 單獨(dú)粉磨混合材，提高混合材比面積； 選擇適宜的水泥品種； 改變減水劑的品種、摻量、摻加方法 ,改善適應(yīng)性的措施,高效減水劑和水泥之間的