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水泥与外加剂适应性的科学检验及应用
admin在2019-05-10发布 频道:行业资讯 标签:
     
摘要:水泥与外加剂适应性的因素主要包括化学成分和物理接触两个方面。
 
1 概述
  影响水泥与外加剂适应性的因素主要包括化学成分和物理接触两个方面。其中化学成分引起的外加剂与水泥的适应性差,一方面是铝酸三钙和石膏含量的不匹配,根据化学反应式计算可得,能有效降低C3A水化反应确保外加剂与水泥相适应时,C3A和S03的合理质量比例为270:96,近似于3:1,当C3A和S03的质量比例小于3:1时,水泥表现为缓凝和急凝,与外加剂的适应性差;另一方面为石膏的脱水,表现形式为假凝。其中物理接触引起的外加剂与水泥的适应性差主要指水泥比表面积过大引起的需水量增加引起的浆体初始流动性差和经时损失大。科学分析和检验外加剂,对降低混凝土生产成本,控制混凝土质量起到至关重要的作用。

2 水泥中的S03对适应性的影响
2.1石膏的缓凝机理
  对于石膏的缓凝机理,石膏在Ca(OH)2饱和溶液中与C3A作用,生成溶解度极低的钙矾石,覆盖于
C3A颗粒表面并形成一层薄膜,阻滞水分子及离子的扩散,延缓了水泥颗粒特别是C3A的进一步水化,故防止了快凝现象,随着扩散作用的继续进行,在C3A表面又生成钙矾石,当固相体积增加所产生的结晶压力达到一定数值时,钙矾石薄膜就会局部胀裂,而使水化继续进行,接着又生成钙矾石,直至溶液中的SO42-离子消耗完为止。因此石膏的缓凝作用是在水泥颗粒表面形成钙矾石保护膜,阻碍水分子移动的结果。
2.2石膏的最佳掺量
  试验表明,当C3A含量固定时,石膏对水泥凝结时间的影响,并不与掺量成正比,并带有突变性。石膏掺量(以S03计)小于1.3%时,不足以阻止快凝,当S03含量继续增加,才有明显缓凝作用,而掺量超过2.5%,对凝结时间的影响不大。因此,石膏最佳掺量是决定水泥凝结时间的关键。所谓石膏最佳掺入量是指使水泥凝结正常、强度高、安定性良好的掺量。许多学者认为石膏最佳掺入量的原则是水泥加水24h石膏刚好被耗尽的数量。经过计算可知,C3A和S03的合理质量比 例为27 0 = 96,近似于3 : 1。因此保证混凝土外加剂与水泥适应性较好的石膏掺量折合为三氧化硫 应该是C3A的三分之一。因此准确检验水泥中的C3A和S03,当水泥含C3A在6%〜8%时,控制水泥中S03含量2%〜2. 5%可以有效解决欠缺S03引起的外加剂适应性问题。
2.2.1 水泥假凝的原因
  二水石膏对水泥有缓凝作用,当水泥生产中二水石膏脱水或者使用了半水石膏时,水泥加水拌和后由于半水石膏快速吸水形成二水石膏,由于石膏是气硬性胶凝材料,遇到空气就会凝固,引起水泥假凝,导致水泥与外加剂的适应性不好。

2.2 .2水泥超常缓凝的原因
  二水石膏对水泥有缓凝作用,当水泥生产中使用了磷石膏时,由于磷石膏中含有一定量的磷酸盐,水泥加水拌和后由于磷酸盐包裹在水泥颗粒表面形成厚厚的包裹层,阻碍了水泥的水化,引起水泥超常缓凝。

3 标准稠度用水量对适应性的影响
3.1    比表面积对适应性的影响
  在水泥水化过程中,水泥粉磨得越细,比表面积就越大,与水接触的面积也越大,需水量越大,对外加剂的吸附越多。在其他条件相同的情况下,比表面积就越大,水化反应就会越快,表现为外加剂与水泥的适应性越差。此外,细磨时还会使水泥内晶体产生扭曲、错位等缺陷而加速水化,导致外加剂与水泥的适应性变差,细度增大,迅速水化生成的产物层包裹了外加剂,从而阻碍了外加剂的进一步分散,所以增加水泥细度,只能提高早期水化速度,但降低了外加剂与水泥的适应性。因此准确检测水泥比表面积,可以有效解决水泥与外加剂的适应性。
3. 2水泥标准稠度用水量对适应性的影响
  水泥水化合理的水胶比为水泥标准稠度对应的水胶比,因为这一水胶比对应的水有两个作用,其一是保证水泥充分发生化学反应,其二是保证水泥浆体具有很好的勻质性。水胶比在较小范围内变化时,适当增大水胶比,可以增加浆体的流动性。若水胶比过小,达不到标准稠度所需水分,因此配制的浆体的流动性很差,表现为水泥和混凝土外加剂的适应性差。

4 外加剂的科学检验
  当今对外加剂的检验主要采用砂浆减水率和代用法,砂浆减水率试验检测得到的减水率是准确的,但配制混凝土时采用此减水率值却没有可比性;其中代用法由于简单快捷而被外加剂和混凝土生产企业广泛使用,但有时测量净浆流动性很好但配制的混凝土拌合不流,有时测量净浆流动性很差但配制的混凝土拌合物流动性很好。在检验过程中,国家标准推荐的水胶比为0 .29〜0 .35,但是许多企业采用0 . 29单一水胶比检验,经常出现外加剂与水泥的适应性差,质量波动大的问题。本研究认为对于混凝土外加剂的检验应该采用水泥标准稠度对应的水胶比检验是合理的,固定水胶比是欠妥的。表1和表2分别列举了不同标准稠度用水量的水泥采用0 . 29和合理水胶比检验的不同后果。
  试验使用不同需水量的水泥,水泥用量为600g,外加剂采用泵送剂,掺量2%。第一种检验方法固定水胶比0. 29进行试验,第二种检验方法采用标准稠度对应的水胶比检验。
4.1固定水胶比检验结果
 
 表1  固定水胶比检验结果
水泥品种 P•O42. 5 P•S42. 5 P•C42. 5 P•P32. 5 P•F32. 5
水泥用量 600 600 600 600 600
需水量(g) 27 29 31 33 35
检验用水(g) 174 174 174 174 174
0h扩展度(mm) 260 240 200 180 160
lh扩展度(mm) 240 220 16 0 15 0 13 0
粘聚性 轻微泌水 正常 正常 正常 正常
  采用固定水胶比检验外加剂,由于这一水胶比下加入的水首先要保证水泥颗粒充分润湿发生化学反应,剩余的水用于提高水泥浆体的勻质性,对于需水量小(25g)的水泥,由于达到很好的勻质性后水分有剩余,掺加的泵送剂完全起到了增加流动性的作用,因此检验的结果表现为轻微泌水;对于需水量接近标准稠度用水量(7〜3 0g)的水泥,由于达到很好的勻质性后水分没有剩余,掺加的泵送剂完全起到了增加流动性的作用,因此检验的结果表现为适应性较好;对于需水量较大(31〜35g)的水泥,加入的水首先要保证水泥颗粒充分润湿发生化学反应,剩余的水不能满足水泥浆体达到勻质性所需的水分,掺加的泵送剂首先起到通过减水使浆体达到较好的勻质性的作用,剩余的泵送剂起到了增加流动性的作用,由于剩余泵送剂的量小于浆体达到合理流动度时的需求值,因此检验的结果表现为适应性差。
4.2采用标准稠度用水量对应水胶比检验结果
表2  采用标准稠度用水量对应水胶比检验结果
水泥品种 P•O42. 5 P•S42. 5 P•C42. 5 P•P32. 5 P•F32. 5
需水量(g) 25 27 29 31 33
水泥用量 600 600 600 600 600
检验用水(g) 162 174 183 198 21 0
0h 度 (mm) 240 245 240 235 245
1h 度 (mm) 235 240 23 0 23 0 23 0
粘聚性 正常 正常 正常 正常 正常
 
  采用水泥标准稠度对应的水胶比检验外加剂,由于这一水胶比下加入的水既保证了水泥充分发生化学反应,又保证了水泥浆体具有很好的勻质性,掺加的泵送剂主要起到了增加流动性的作用,因此检验的结果相近,表现为外加剂和水泥的适应性很好,科学合理地检测了混凝土外加剂。

5 当前水泥与外加剂适应性检验与应用的困惑及解决思路
5.1 外加剂应用现状
  当前混凝土生产企业一般采用固定水胶比的办法检验外加剂,对于需水量较大的水泥一般采用加大外加剂掺量的办法改善水泥与外加剂的适应性。从现象看,做水泥净浆试验时,水泥净浆的流动扩展度满足检验标准,初始流动扩展度变大,经时损失变小;提高外加剂掺量后配制的混凝土拌合物的初始坍落度变大,经时损失变小,得到增加外加剂掺量就可以解决水泥与外加剂适应性的结论。这一观点在实际生产过程中被普遍采用。
5.2存在的问题
  外加剂按照增加掺量使用,做水泥净浆检验时, 水泥净浆的流动扩展度满足检验标准,但水泥浆粘结在玻璃板上,使用刮刀用力才能把浆体从玻璃板上清理干净;试配时,在强制式搅拌机筒壁粘结5〜1 0mm厚的浆体,当筒壁旋转到中间线以上部位后,这些浆体形成粘稠的流体一滴一滴向下滴,同时混凝土搅拌机的轴粘结了一层水泥砂浆,简单讲就是出现了浆体在搅拌机内的挂壁和抱轴现象,使搅拌机的清理工作非常困难;当混凝土拌合物卸出搅拌机后,初始坍落度很大,但拌合物很快出现离析的情况,这时成型试件,出现扒底和抓地的现象$利用这一掺量的外加剂进行混凝土生产时,搅拌机也出现挂壁和抱轴现象,当混凝土拌合物经搅拌运输车运送到现场时,卸料过程中罐车前八分之一出现大石子,俗称罐头,容易赌泵,中间的四分之三工作性很好,罐车后八分之一出现较干的砂浆,俗称罐底,也经常出现赌泵,导致混凝土泵工现场随意加水,严重影响混凝土质量。
5.3合理化建议
  建议外加剂的检验用水量应该以标准稠度用水量为准,这样得到的外加剂掺量在做水泥净浆试验时初始流动扩展度大,经时损失小,不出现粘结玻璃的现象, 配制的混凝土拌合物搅拌过程中不挂壁不抱轴,从搅拌机卸出后和易性良好,在状态上表现为既不离析又不泌水,坍落度损失与净浆的损失一一对应,在运输车里不粘罐,卸料过程不出现罐头大石子,罐底干砂浆的现象,有效预防了堵泵现象的发生。
作者:杨晓霞 王耀文 
信息来源:混凝土第一视频网
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