水泥生产中影响水泥与外加剂适应性的因素探讨

20中图分类号：TQ172.6;TQ172.46文献标识码：B文章编号：1008-0473(2010)02-0020-05水泥生产中影响水泥与外加剂适应性的因素探讨冯云陕西尧柏特种水泥有限公司（710075）摘要结合水泥生产过程和实际工作中遇到的问题，探讨了水泥生产中影响水泥与外加剂适应性的主要因素，包括水泥的碱含量、熟料的fCaO含量、混合材种类及掺加量、水泥粉磨细度、水泥温度及新鲜度、外加剂的种类及性质、熟料的化学成分、石膏的种类及掺量、粉磨工艺、技术指标稳定性等多种因素，并对有效解决适应性问题的途径作了探讨。关键词水泥外加剂适应性影响因素0引言在水泥生产和混凝土施工中，水泥与外加剂的适应性问题一直是困扰水泥生产厂家、混凝土施工单位和外加剂生产厂家的技术难题，本文根据实际工作中遇到的问题，探讨了水泥生产中影响水泥与外加剂适应性的主要因素，以供同行参考。1外加剂与水泥适应性的概念外加剂与水泥适应性是指化学外加剂在混凝土使用中表现出来的效果较好、效果不佳、或者根本没有效果，甚至使用后会出现工程事故，通常说这种效果较好的外加剂对某种水泥适应性好，而对效果不好甚至无法使用的外加剂则称之为对这种水泥不适应。几乎所有品种的外加剂与水泥之间都存在一个适应性问题。所谓外加剂对水泥的适应性，可以这样理解，即同一种外加剂在掺量、配合比相同的情况下，往往由于所用水泥性能的差异，而导致其应用技术效果差异较大。某种外加剂在某种水泥中应用效果很好，而在另一种水泥中却可能存在适应性问题,如有时会发生混凝土拌合物流动性很差、坍落度达不到设计要求，或者坍落度经时损失很大；或者产生急凝、假凝等不正常凝结或严重泌水等现象，而经检查使用的外加剂、水泥和其它原材料均合格，配合比设计正确，使用方法无误，此时我们可以认为是所使用的外加剂与水泥不相适应，有时亦被称之“相容性”不好。业界对外加剂与水泥适应性有多种表述方法，目前对混凝土拌合物的流动性的影响，可以釆用测定水泥净浆流动性能的变化来实现，对水泥厂或混凝土施工单位而言，这是检验外加剂与水泥是否“适应”的直观而又快速的一种测定方法。下面的分析、论述就是以此种方法测定的数据为依据的。2水泥生产中影响适应性的主要因素2.1碱含量同一种外加剂在水泥中碱含量（R2O）较高或不稳定时其适应性会变得较差。A公司2006年有一段时间生产的低碱水泥与外加剂的适应性很差，净浆流动度很小，究其原因是因为水泥中的碱含量1998(3、4).[2]林旭、孟常林：浅谈煤粉输送管道设计[J].水泥技术,2003(1).[3]Patterson.R.C.1958Combustion，30，47-57.[4]Reichardt.H.1940Z.angew.MathMech.，20，297-328.[5]Corrsin.S&Kistler.A.L.1954N.A.C.A.，Tech.Notes，No.3133.[6]Chigier.N.A.&Beer.J.M.1964aJnlBasicEngng，860,788-796.[7]Wingdield.G.J.&Martin.J.1966BCURAPrivaCommunication.[8]Thring.M.W.&Newby.M.P.1953FourthInternationalSymposiumonCombustion.[9]Barchilon.M.&Curtet.R.1964JnlBasicEngng，777-787、860.[10]Craya.A.andCurtet.R.Compt.Rend.1955.（待续）2010年第2期新世纪水泥导报No.22010CementGuideforNewEpoch专题论述21较高所至，当时水泥中碱含量与外加剂（苏博特产品-聚羧酸盐系列）的适应性情况见图1。由图1可以看出，外加剂与水泥适应性比较好的水泥碱含量一般在0.37%～0.52%左右，并且波动范围较小，而适应性较差或不稳定的水泥碱含量大约在0.54%以上，且波动较大。图1碱含量对水泥适应性的影响关于碱含量对水泥净浆流动度的影响，表1列举了部分净浆流动度的试验数据，可以看出，碱含量较大的水泥与外加剂适应性（苏博特产品-聚羧酸盐系列）比较差，这是因为水泥中碱含量越高，减水剂对水泥的塑化效果变得就越差。水泥碱含量的增加还将导致混凝土凝结时间的缩短和坍落度损失的增大。表1水泥碱含量对净浆流动度的影响2.2熟料中的fCaO含量A公司2006年某月曾经有几天因原材料短缺而使进厂原材料质量波动较大，在混合材种类及掺量、外加剂种类及掺量等实验条件基本相同的情况下，出磨水泥的适应性却发生了很大的波动，在外加剂掺量可调范围内，出磨水泥的净浆流动度仍远小于180mm。经过调查分析后发现，当时磨制水泥所用的熟料游离fCaO含量波动很大，其中一个阶段的fCaO昀大值为6.55%，昀小值为0.52%，平均值为2.32%，另一个阶段的fCaO昀大值8.11%，昀小值0.42%，平均值2.21%。可见这两个阶段熟料fCaO含量波动极大，fCaO平均值均大于生产控制指标值（fCaO1.5%）。紧接着当熟料的fCaO稳定在控制指标范围内后，在其它条件未发生变化时，出磨水泥与外加剂的适应性又奇迹般的恢复了正常，尽管影响水泥与外加剂适应性的因素较多也比较复杂，但经我们查对，其它因素变化不大，因此至少从宏观上可以断定fCaO偏高也是导致适应性不良的主要因素，至于fCaO影响适应性的微观机理还有待于进一步研究。2.3混合材种类及掺加量关于混合材对水泥外加剂的适应性影响，笔者曾对不同品种混合材（矿渣、粉煤灰、石灰石）以不同比例所磨制的水泥进行了水泥与外加剂（聚羧酸盐系列）适应性的研究[1]，研究表明，加入混合材后能改善水泥与外加剂的适应性，而掺用不同种类、不同比例的混合材所对应的水泥对外加剂的适应性会产生不同的效果。对于以煤矸石为主要混合材的水泥厂，因为用其作混合材会使水泥需水量加大，与外加剂的适应性变差，因而不受混凝土界的欢迎。但是作为全国堆积量巨大的火山灰质混合材，煤矸石用作水泥混合材不失为一个很好的利用途径，但由此所引起的水泥适应性不良等现象是值得水泥界、混凝土界和外加剂生产厂家共同努力研究解决的课题。另外，对于以页岩、砂岩和城市建筑垃圾等材料作为水泥混合材的企业，除了关注水泥与外加剂的适应性之外，还应依据GB175-2007水泥新标准关注其对水泥其他性能的影响。2.4水泥细度为了昀大限度地发挥熟料潜能，目前多数水泥企业十分注重粉磨细度，一般来说水泥磨得越细（比面积越高），细颗粒越多，水泥水化越快，有利于强度的发展。但是混凝土界则认为[2]：“越细的水泥需水量越大，与外加剂相容性越差，水化热越大，开裂敏感性越大”。所以关于水泥细度的问题也成了水泥界和混凝土界争议较大的问题。这里仅从稳定性的角度来谈生产中的水泥细度对外加剂适应性的影响。2010年第2期No.22010冯云：水泥生产中影响水泥与外加剂适应性的因素探讨专题论述22水泥的细度一般可用三种方法描述，即通过一定孔径筛（80μm或45μm）的筛余百分数、比表面积和水泥颗粒的粒度分布三种方式。水泥细度的稳定性对外加剂的适应性也是一个重要的影响因素。A公司2006年曾接到郑西客运专线某标段工程反映该公司近期水泥对同种外加剂的适应性波动很大，当得知此信息后公司技术人员立即赶赴现场了解情况，并进行现场取样、现场试验，对于同品种水泥确实存在适应性波动很大的问题。本着对用户负责的态度，为分析造成适应性波动大的原因，公司技术人员将工地同品种不同批次的水泥取了63个样品带回厂里对水泥细度进行了检验，结果发现这些样品的细度（80μm筛余，%）波动较大，63个样品的细度标准偏差为0.91，极差为4.8，波动情况见图2。图2水泥细度的波动情况为了进一步验证细度对适应性的影响，我们对某月不同细度的水泥进行了适应性试验，试验数据见表2，表中的数据也显示了细度的波动对适应性的影响较大，其中比表面积偏大的水泥，与外加剂的适应性也变差。由此可见，粉磨细度的不稳定是造成郑西客运专线某标段工程适应性出现较大波动的主要因素，为此我们采取了相应的技术措施，提高了生产的稳定性，使水泥细度控制在比较稳定的范围内之后，这个问题便迎刃而解了。2.5水泥的温度及新鲜度水泥温度过高，其不良后果有二：一是可能造成石膏脱水（一般认为二水石膏在超过135℃时将失去结晶水，变为半水石膏）；其二是，即使石膏未脱水，由于较高温度下的水泥水化速度较快。崔庆怡等人[3]对不同温度下的水泥在掺0.8%UNF外加剂、水灰比W/C=0.29时的水泥净浆流动度进行了试验，试验数据见表3，趋势图见图3。由图3可以看出，随着水泥温度升高，净浆流动度无论是初始、经时30min或者经时60min均呈下降趋势，温度越高流动度越小。事实上，水泥温度越高，减水剂对其塑化效果越差，混凝土坍落度损失也越快，因此，有些施工者或商品混凝土生产者利用刚出磨还未来得及散失掉热量的水泥配制的混凝土，往往出现坍落度损失特别快，甚至出现在搅拌机内就异常凝结的现象。表3不同温度的水泥其净浆流动度变化情况图3水泥温度对净浆流动度的影响所以，水泥厂应特别注意对水泥温度的控制，设法从源头熟料冷却抓起，控制好入磨熟料温度，表2A公司某月水泥的粉磨细度与外加剂的适应性情况2010年第2期新世纪水泥导报No.22010CementGuideforNewEpoch专题论述23必要时可采取入磨前淋水或磨内喷水。对于出磨水泥温度较高的问题，也是目前各大中小水泥厂很棘手的问题，特别是夏季在熟料得不到有效冷却的情况下，出磨水泥温度高达120℃以上是很常见的，水泥厂应该将如何降低水泥温度作为一个专门问题来研究，从而杜绝过热水泥的出厂。水泥厂为了加快周转，希望水泥尽快出厂，而混凝土界从经验中得知，“新鲜水泥”会影响外加剂的塑化效果，反而希望使用陈放一段时间后的水泥。这是由于粉磨时水泥颗粒产生了电荷，颗粒间吸附、凝聚的能力较强，致使刚出磨的水泥的适应性变差。2.6外加剂的种类及性质影响水泥适应性的因素还与外加剂本身的性质有关，同一种外加剂可能对某一品种水泥或某个企业的水泥适应性很好，而对别的品种或别的企业的水泥就不适应，或者也有可能一种水泥可以适应多种外加剂，或者多种外加剂对某一种水泥的适应性均不理想，这些情况都可能发生。况且目前工程中使用的外加剂种类较多，普通型减水剂是木质磺酸盐类减水剂，高效型减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂，其它的还有糖蜜类、羟基羧酸及其盐类、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物等[4]。不同种类不同系列的外加剂对同一品种或不同时期的水泥的适应性差异较大。A公司曾因水泥的适应性问题与外加剂厂家和施工单位进行过长期有效的合作，经过三方面的共同努力曾多次成功解决了困扰施工单位的外加剂适应性问题。2.7水泥熟料成分影响不少学者针对水泥熟料中的C3S、C2S、C3A、C4AF对外加剂的吸附性和吸附量进行了研究，发现C3A对外加剂的吸附量远高于其它矿物组成，吸附量顺序为：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S，这是由于C3A水化速度昀快，对减水剂的吸附量昀大。另外还可明显看到C3A含量高的水泥，其标准稠度需水量上升（有人作过定量研究，当C3A上升1%，其标准稠度用水量也增加1%，而混凝土用水量也相应提高6～7kg/m3），因此我们希望熟料中的C3A要少一些。A公司某分公司在综合考虑各种因素后将C3A控制在6%左右，低于我省大部分水泥厂家，改善了水泥与外加剂的适应性。2.8石膏的种类及掺量不同品种和形态的石膏由于其溶解速度、溶解度和杂质含量的不同，在很大程度上影响了外加剂的使用效果，掺不同形态石膏的水泥在预拌混凝土中使用后，其效果是大相径庭的。何廷树等人[5]在研究不同石膏种类及掺量对高效减水剂——缓凝剂——水泥三元体系的辅助塑化效应的影响中指出：二水石膏作为熟料的调凝剂是昀佳选择；半水石膏、二水石膏、无水石膏这三种石膏中，无水石膏与减水剂相容性昀差。因此我们必须明确认识到：按现行国家水泥标准作检验时，虽然不同品种、形态的