水泥和外加剂常识

水泥和外加剂常识山西凯迪建材有限公司研发中心水泥和外加剂常识1第一章水泥一、水泥的分类：硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，铁铝酸盐水泥，硫酸盐水泥四大类。二、目前市场应用最广泛的水泥是普通（PO）硅酸盐水泥，凡有硅酸盐水泥熟料加0-5％的石灰石或粒化高炉矿渣和适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥。1、硅酸盐水泥（1）掺合料硅酸盐水泥包括普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥。（2）特种硅酸盐水泥包括中低热水泥、道路水泥、抗硫酸盐水泥、白色水泥、快硬水泥。（3）PI型水泥：水泥熟料+适量的石膏磨细PII型水泥：水泥熟料+5％以内的石灰石或粒化高炉矿渣+适量石膏2、硅酸盐水泥的化学成分和矿物成分（1）化学成分：氧化钙CaO60-67%氧化硅SiO219-24%氧化铝A12O34-7%氧化铁Fe2O32-5%（2）有害成分：氧化镁MgO5％三氧化硫SO33.5%(掺石膏所带)水泥和外加剂常识2过烧的石灰CaO1％氧化钾和氧化钠为水泥的碱含量过烧的石灰（CaO）和水反应非常慢，可达一年到两年R2O(水泥的碱含量)=Na2O(氧化钠)+0.658K2O(氧化钾)（3）矿物成分：硅酸三钙C3S37-60％硅酸二钙C2S15-37％铝酸三钙C3A7-15％铁铝酸四钙C4AF10-18％熟料中的矿物成分的特点：水化速度由快到慢C3A-C3S-C4AF-C2S放热量的大小为：铝酸三钙C3A867J／g硅酸三钙C3S502J／g铁铝酸四钙C4AF419J／g硅酸二钙C2S216J／g对水泥强度的贡献：硅酸三钙C3S硬化快，强度高铝酸三钙C3A硬化快，强度不高铁铝酸四钙C4AF对抗折强度贡献大硅酸二钙C2S强度发展慢，但后期高普通水泥、熟料+活性混合材6-15％+适量石膏+非活性材6-10％+适量石膏矿渣水泥、熟料+20-70％矿渣+适量石膏粉煤灰水泥、熟料+20-40％粉煤灰+适量石膏水泥和外加剂常识3火山灰水泥、熟料+20-50％活性火山灰材+适量石膏复合水泥、熟料+两种以上活性材16—50％+适量石膏水泥和外加剂常识4冷却第二章水泥的生产及水泥和水的反应过程不超过0.6％的碱含量水泥叫低碱水泥，反之叫高碱水泥。一、硅酸盐水泥的生产工艺：生产原料：石灰石粘土或页岩铁矿石干法生产（环保性差，但消耗能源少）湿法生产(加水变成球状)（温度及时间的控制是硅酸三钙形成的关键所在，也是熟料强度的关键所在）铝酸三钙C3A硅酸三钙C3S铁铝酸四钙C4AF硅酸二钙C2S加适量石膏磨细为PI型硅酸盐水泥加5％石灰石或粒化高炉矿渣为PII型硅酸盐水泥加不同混合材——掺混合材的硅酸盐水泥二、硅酸盐水泥的凝结和硬化粉碎磨细配料煅烧（立窑、旋窑）温度（1300-1450℃）熔融状态硅酸盐水泥熟料水泥和外加剂常识5水泥+水=水泥浆塑化下降越来越稠固体强度上升水泥——浆塑性等于零——水泥石变化动力是硅酸盐水泥熟料中矿物质成份和水发生反应反应过程：①铝酸三钙C3A+H2O水化铝酸钙(CAH)②硅酸三钙C3S＋H2O水化硅酸钙(CSH)板状层状晶体③铁铝酸四钙C4AF+H2O水化铝酸钙（CAH）和水铁酸钙（CFH）④硅酸二钙C2S+H2O水化硅酸钙(CSH)和碱（Ca（OH）2）水化铝酸钙CAH+石膏AFt（钙钒石）针状晶体，难溶于水CAH+AFt+H2OAFm(低硫铝酸钙)晶体，能溶于水、碱式盐水泥的颗粒大多0.08mmAFt3CaO·A12O3·3CaSO4·31H2O水泥和水反应，首先是从水泥颗粒的表面开始出水化产物，而水泥颗粒变小，矿物成份的减少，水化物增加。铝酸三钙C3A首先和水反应生成水化铝酸钙CAH，为了调节凝结时间，便于施工、成型，加石膏做调凝剂，水泥和外加剂常识6CAH+石膏AFt钙钒石成针状包围在水泥颗粒周围，减少水和水泥颗粒的接触，降低水化反应，AFt体积膨胀2.5倍的碱式盐。铝酸三钙C3A在水中生成的水化铝酸钙CAH都是不稳定的，不是最后生成物，在硅酸水泥浆体中，熟料中的C3A实际上是在石膏存在的情况下反应的。C3A+3CaSO4当石膏消耗完毕后，水泥中尚未水化的C3A与AFt生成单硫性水化铝酸钙AFm(3CaO·A12O3·3CaSO4·12H2O)。铁铝酸四钙的水化和C3A相似，在有石膏存在时，其反应与C3A相似，生成三硫型铁铝酸钒藕单硫型铁铝酸钙，其中还有氧化钙和氧化镁。水泥和外加剂常识7第三章外加剂一、外加剂的定义混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入用以改变混凝土性能的物质，通常情况下，混凝土外加剂掺入量不大于水泥用量的5％。二、常用外加剂的定义如下：1、普通减水剂：在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。2、高效减水剂：在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。3、缓凝剂：可延长混凝土凝结时间的外加剂。4、早强剂：可加速混凝土早期强度的外加剂。5、引气剂：在搅拌混凝土过程中，能大量引入均匀分布稳定而封闭的微小气泡的外加剂。6、防水剂：能降低混凝土在静水压力下渗透的外加剂。7、膨胀剂：能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。8、防冻剂：能使混凝土在负温硬化，并在规定时间内达到能够强度的外加剂。9、泵送剂：能使混凝土拌合物泵送的外加剂。水泥和外加剂常识810、早强减水剂：兼有早强和减水功能的外加剂。11、缓凝减水剂：兼有缓凝和减水功能的外加剂。12、引气减水剂：兼有引气和减水功能的外加剂。13、矿物外加剂：指微细活性矿物外掺料，如硅灰、粉煤灰和磨细矿渣微粉。三、按化学成份进行分类，外加剂可以分为两类：有机和无机。减水剂是有机的表面活性剂1、表面活性剂：配成溶液后，能显著改变和降低液——气液——固两相界面张力的物质，称为表面活性剂。2、表面活性剂分子结构为：少量时成为定性排列：水泥和外加剂常识9量多时：定向吸附排列使其有静电排斥、加速分散、乳化和引气作用。3、表面活性剂又分为4、减水剂减水的机理：水泥和外加剂常识10加减水剂后定向吸附排列为：破坏水泥浆絮凝结构，释放水泥束缚水，增加水润滑作用，增大流动性。木钙的亲水基和增水基喜欢汽液面吸附，所以它具有引气作用。而萘系的分子喜欢固液表面，所以不具有引气作用，但分散能力强。因而，加减水剂作用在于：a．在混凝土配合比不变的条件下，加减水剂可增加混凝土拌合物流动性(坍落度)且不降低强度，使混凝土容易成型和操作方便。b．加减水剂保持混凝土拌合物流动性(坍落度)及W/C(水灰比)不变的情况下，可同时减水，又减少水泥用量，从而节约水泥，达到降低混凝土成本的目的。c．加减水剂，在保持混凝土拌合物流动性不变的情况水泥和外加剂常识11下，只减水不减水泥，则降低水灰比，从而提高混凝土的密实性，提高强度和耐久性。5、高效减水剂的分类目前国内市场主要有萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐、聚羧酸系、古玛隆树脂系、密胺树脂系、甲基萘系等。坍落度损失大小：甲基萘系密胺树脂系萘系古玛隆树脂系氨基磺酸盐聚羧酸系。引气大小的排列：甲基萘系古玛隆树脂系密胺树脂系萘系氨基磺酸盐。凝结时间快慢：密胺树脂系萘系古玛隆树脂系氨基磺酸盐。掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子链实际上在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态。不同的吸附态则是因高效减水剂分子链结构不同所致，它直接影响在掺有该类减水剂混凝土的坍落度经时变化，A、B所示是萘系和三聚氰胺吸附状态，呈棒状链，因而是平直吸附，静态排斥作用弱，其结果是坍落度损失大，而氨聚磺酸盐类高效减水剂在水泥微粒表面呈环状、水泥和外加剂常识12引线状和齿轮状梳子吸附，如C、D使水泥微粒之间的静电斥力呈立体的、交错纵横的，立体的静电斥力zeta电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度损失小，而多羧基系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥微粒表面吸附状态多呈现齿状，这种减水剂不但具有对水泥微粒极好的分散性，而且能保持坍落度经时变化很小。因为：其一是由于接枝共聚物有很大量的羧基存在，具有一定的整合能力，加之枝链的立体静电力构成对粒子间聚合作用的阻碍；其二是在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一效应不断得以重现；其三是接枝共聚物的zeta电位绝对值比其他高效减水剂低，因此达到相同分散效果时所需要的电荷总量也不如其他减水剂那样多，换句话说，掺量一样时，接枝共聚物对水泥粒子的分散效果更好。6、高效减水剂对混凝土的影响①高效减水剂的使用大幅度降低混凝土拌合用水量，降低水灰比，因而硬化后的混凝土孔隙率就较低。此外，高效减水剂对水泥的分散性能好，因而改变水泥水化程度，提高混凝土各个龄期的强度。但一年龄期或更长的抗压强度则与不掺减水剂的空白混凝土相差不大。②能提高混凝土的抗折抗弯强度，但幅度小于抗压强度的提高，尤其是对高强混凝土时，此趋势更明显。水泥和外加剂常识13③对中低强度混凝土来说，掺高效减水剂后混凝土静力弹性模量有所提高，但C60以上高强度混凝土则很少提高，而且强度越高，骨粒弹性模量的大小对混凝土弹性的影响越显著。④对收缩的影响，对于减少用水量的混凝土，收缩值小于不掺的空白混凝土，用于增加坍落度而改善和易性时，收缩值高于或相差于不掺的空白混凝土，但也不会超过技术指标规定限值的1×10-4。⑤高效减水剂对混凝土徐变的影响与对收缩的影响规律相同，只是当掺高效减水剂而不节约水泥，抗压强度明显提高时徐变显著减小。⑥对于抗冻融性的影响。非引气性高效减水剂对于混凝土抗冻融性有所提高，引气性高效减水剂对于混凝土抗冻融性大大提高。⑦抗渗性提高：掺减水剂混凝土抗渗性大大高于不掺的空白混凝土。⑧抗碳化性提高：对钢筋不会造成锈蚀危害，只要掺入减水剂，就能使密实度提高，因而对防止混凝土中性化(或称碳化破坏)有好处。四、缓凝剂缓凝剂和缓凝减水剂总是与热天施工的混凝土或大体积混凝土、泵送混凝土联系在一起。这不仅仅是因为它水泥和外加剂常识14延迟了水泥浆的凝结时间，而且可以延缓和降低水泥水化的放热速度和热量，从而使混凝土避免了温度应力引发的裂缝，更多时是用缓凝剂和高效减水剂复合以控制坍落度损失过快。缓凝剂的特点：各种缓凝剂和缓凝减水剂主要是延缓、抑制C3A矿物和C3S矿物组合的水化，对C2S影响相对小得多，因而不影响对水泥浆中长期水化和长龄期强度增长。缓凝剂主要有：糖类及碳水化合物、葡萄糖、糖蜜、蔗糖及糖酸钙等。1、多元醇及衍生物，多元醇，胺基衍生物，纤维素，纤维素醚。多元醇系产品型号很多，有早强性，标准型，引气型，超凝型和缓凝型。多元醇缓凝剂具有减水增强的作用。多元醇及其衍生物：酮酯的缓凝性较稳定，不随使用环境温度而改变。其中三元醇作用强，丙三醇(甘油)可使水泥水化完全停止，用于混凝土缓凝剂的还有木糖醇、阿糖醇、山梨醇和甘露醇等。2、羟基羧酸类：酒石酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸钾钠、水杨酸、醋酸。羟基羧酸盐是有机缓凝剂，也是最常用的缓凝剂，尤其是超低掺量使用，与促凝剂或速凝剂复合以起调凝控制水泥和外加剂常识15坍落度损失的作用，但高气温环境中缓凝效果降低，主要是减少了对水泥熟料矿物C3A的水化抑制，这是一个明显的缺点。最常用的柠檬酸在混凝土中的掺量一般为0.03-0.1％，掺量为0.05％时，混凝土28天的强度仍有提高，继续增大掺量会影响强度，加入柠檬酸能改善混凝土的抗冻性。酒石酸及酒石酸钾钠二者均对水泥有强烈的缓凝作用，用量不超过水泥用量的0.01-0.1％，此掺量范围延缓混凝土7天以内的强度，但能促进后期强度提高。3、无机盐类：硼酸盐、磷酸盐、氧硅酸钠、亚硫酸钠、硫酸亚铁、钾盐等。无机盐类缓凝剂品种很多，首推磷酸盐和偏磷酸盐，在磷酸盐中，相同掺量下，焦磷酸钠三聚磷酸盐多聚磷酸盐。偏磷酸钠的缓凝作用同聚磷酸盐一样强烈，需要超缓凝时，更多选用焦磷酸钠，而不是聚磷酸钠，聚磷酸钠主要为三聚磷酸钠，但往往含少量磷酸盐，白色粉末或粒状固体，效果优于磷酸三钠。4、糖密性减水剂：又称糖钙，其中有30％的还原糖，10-15％的胶体物质，1-2％的钙镁盐类，PH为6-7，掺量在0.1-0.6％，初凝延长1-6小时，终凝延长3-13小时