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減水劑對特殊水泥的解決方法

2016-02-29 10:36:27

我國水泥產量大,生產企業多,材料來源廣。不同水泥礦化成份復雜,加之混合材品種多,外加劑用于不同品種水泥技術效果區別很大。因此,外加劑對不同水泥存在著相溶性問題。這是長期以來困撓施工技術人員的技術難題。 
一、高堿水泥
     水泥中的可溶性堿通常以Na2O當量表示,它主要來源于生產水泥的粘土及混合材中,適量的可溶性堿有利于促進水泥水化,更有利于混凝土早期強度發展。試驗證明,水泥混凝土流動性隨著堿含量的增加而提高。但是到達一定量,水泥會急劇水化,水泥漿流動性大幅度下降。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時損失率增大。
     產生上述現象的原因一般認為,水泥中的堿對鋁酸三鈣(C3A)的溶出產生了促進作用,此時水泥在調凝劑CaSO4參預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,反而使流動度下降,減水劑用于上述水泥適應性必然會降低。主要表現在減水率不夠,塑化效果差,坍落度經時損失率高。在使用高堿水泥時,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)使用效果卻會明顯改善。這主要是,低濃減水劑所含CaSO4是在合成中和時產生,水溶性極好,在水泥中石膏尚未溶解時就大量溶于水中,當較高的堿加快C3A溶出時,因水中已有大量SO3存在,與C3A反應,形成AFt,從而阻止了因形成鋁酸鈣而導致的流動性下降,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高堿水泥難以適應。主要是酸性外加劑摻入高堿水泥后,會迅速產生酸堿中和放熱反應,溫度急劇上升,不但促使水泥迅速水化,大量水化熱放更會產生惡性循環,所配制的混凝土不但流動性差,坍落度很可能在極短的時間內消失。但如果采用其它堿性緩凝劑則可避免上述現象的產生。
 
二.低堿缺硫水泥
     水泥中可溶性堿最佳含量一般認為應該是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性較差,而增大減水劑用量雖然有一定效果,但更會增大混凝土泌水,所配制的混凝土勻質性差,坍落度損失快,因此常用減水劑很難適應,即使將緩凝劑用量成倍增加也毫無作用。
     不難看出,缺硫水泥產生上述不適應現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。因此只有補充可溶性堿(硫酸鹽)對解決低堿缺硫水泥適應性問題有效。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、C3AC4AF,這些礦化成份其吸附活性順序通常認為應該是C3A>C4AF>C3S>C2S,其中C3A對減水劑的吸附量最大,因此在減水劑摻量一定時,混凝土流動性隨著C3A含量增大而降低。坍落度經時損失率也隨之增大。這主要是由于摻入減水劑大都會被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,而使水泥漿流動性降低。多次試驗看出,水泥中C3A含量超過8%,即會對混凝土流動性產生不利影響。
試驗證明,補充水泥漿中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。還可以采用價格低廉的減水劑并適當增大摻用量,滿足C3A吸附并有較多剩余減水劑去改善C3S等礦化成份的流動性。由于此類減水劑價格低廉,不會增大使用成本。
 
四.高混合材用量水泥
     根據我國水泥標準,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、礦渣及磨細石灰石等。這些混合材其活性、需水性、礦化成份及對外加劑的吸附性能區別較大,影響了外加劑對水泥的適應性。
     優質的粉煤灰應該是活性強(即活性SiO2AL2O3含量高)、燒失量小、細度低、需水量小。其中燒失量對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,溢出后更會增大混凝土泌水,并會增大混凝土收縮變形,還會影響水泥漿與集料界面的粘結性能。碳遇水后,還可能在顆粒表面形成一層憎水膜,阻礙了水份進一步滲透,影響了粉煤灰的活性。研究也發現,粉煤灰中的碳有較強的吸附能力,減水劑摻入后它會與水泥爭相吸附,影響了水泥漿的流動性。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,并同摻一定數量的優質引氣劑。
     礦渣由于含鋁酸鹽較多,因此需更多的石膏調凝劑,而按普通硅酸鹽水泥工藝生產的礦渣水泥更容易出現缺硫現象。因此采用高硫酸鹽含量的減水劑較為適應,同摻優質引氣劑,微小細密的氣泡也有一定減小鋁酸鹽對減水劑的吸附作用,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量的鈣礬石,吸附在C3A中控制C3A的水化,起到調節水泥凝結時間的作用。常用石膏以二水石膏(CaSO4.H2O)水溶性最好,因此水泥生產多采用二水石膏。但石膏在水泥生產中多與水泥熟料同磨,在研磨時溫度過高會使大量二水石膏轉變成半水石膏(CaSO4.1/2H2O)或無水石膏(CaSO4)即硬石膏。也有些水泥廠也會直接采用無水石膏或使用一些工業廢石膏如氟石膏、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,在外加劑中通常會加入性價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影響石膏的溶解性。由于石膏不能迅速溶解,水泥中C3A會迅速水化,產生大量鋁酸鈣晶體,造成混凝土假凝(即少量水泥已凝結而大量水泥顆粒尚未水化凝結,水泥漿失去流動性)。
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
     水泥出窯貯放時間及比表面積也會影響外加劑的適應性。通常我們將制成后貯放時間較短的水泥稱為新鮮水泥由于上述水泥貯放時間短,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。
     延長水泥貯放時間,待溫度降至50℃以下,有利于改善與外加劑的相溶性,如無法延長水泥貯放時間,則可增加緩凝劑的摻用量也有一定效果。
     水泥的比表面積對外加劑的適應性有一定影響。比表面積較大的水泥需水量較大,達到一定流動性所需摻入外加劑較多,通常認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度發展較快,但對混凝土后期強度及保坍性能會產生不利影響。使用比表面積較大的水泥時應增大外加劑摻用量,考慮到不增加使用成本,可采用價格低廉的減水劑并適當增加減水劑及緩凝劑的摻用量。仍可達到較好的技術經濟效益。
     由于水泥熟料及混合材的礦化成份與形態復雜,對減水劑的相溶性影響因素太多,很難用一種簡易的辦法解決所有減水劑對水泥適應性的問題,研究表明,目前正大力推廣應用的聚羧酸鹽高性能減水劑雖然對水泥適應性相對好于常用的各種高效減水劑,但仍存在一定適應問題。國內外常用的改變減水劑摻入時間及摻加方法有利于改善適應性,但用于一些特殊水泥相溶問題仍會出現,對于減水劑與水泥適應性的研究是一項較為復雜的問題,目前仍需進行深入細致的研究。

——摘自《中國砂漿網》

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