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高效减水剂和水泥之间适应性问题的研究石家庄铁道大学高礼雄博士高效减水剂和水泥之间适应性问题的研究一.适应性的概念二.影响适应性的因素（水泥的物理－化学性能、高效减水剂性能、混凝土拌合物性能）三.改善适应性的措施一.适应性的概念高效减水剂：降低混凝土的水胶比，改善新拌混凝土工作性，控制坍落度损失，赋予混凝土优良施工性能和高密实度。适应性的问题成为困扰混凝土工作者的一个难题，影响外加剂的应用效果和推广应用。适应性的问题是一个极其错综复杂的问题：涉及到水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识。适应性的概念水泥与减水剂适应时：减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；没有离析和泌水现象；坍落度随时间变化损失相应较小；对混凝土的强度等性能无负面影响。不适应时：初始坍落度小，坍落度损失快，离析，泌水，外加剂用量增加。适应性的概念水泥与高效减水剂适应性包括三个方面：初始流动性高效减水剂是否有明确的饱和点流动性损失情况Marsh锥评价水泥与FDN的适应性净浆流动度评价水泥与FDN的适应性高效减水剂和水泥之间适应性高效减水剂的性能水泥性能‘混凝土拌合物性能二.影响适应性的因素1.水泥的物理化学性能对适应性的影响水泥的矿物组成和反应能力C3A活性（取决于其形态和熟料硫化程度）吸附顺序C3AC4AFC3SC2S，在高效减水剂掺量相同的情况，C3A和C4AF含量较高的水泥浆体中，减水剂的分散效果较差。水泥的细度水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多。水泥磨细使减水剂的饱和掺量增大，并加剧了水泥浆体的流动性损失。水泥性能‘提高水泥颗粒球形度水泥颗粒级配和颗粒球形度的变化对减水剂的饱和掺量影响不大，但影响了水泥浆体的初始及1hr后的流动度。水泥T1的初始及1hr后的流动度均大于T2。颗粒球形度不同的水泥T1、T2对减水剂的吸附量吸附量(mg/g)/单位面积的吸附量（×10-3mg/cm2）1hr后溶液中减水剂浓度(g/l)水泥比面积cm2/mgMGBWSMMGBWSMT130203.56/1.183.61/1.193.89/1.290.640.710.77T233103.78/1.153.86/1.174.04/1.220.610.670.73(球形度：T1—0.74；T2—0.67)水泥性能‘控制水泥合理的颗粒级配初始流动度：X2大于X1；1hr后的流动度：X2小于X1。颗粒级配不同的水泥X1、X2对减水剂的吸附量初始吸附量（mg/g）1小时后溶液中减水剂浓度(g/l)水泥MGBWSMDFS-IIMGBWSMDFS-IIX13.284.034.62.390.610.580.500.66X23.64.594.82.870.580.530.390.5308162432403um3-10um10-24um24-48um48-64um64-80um80umproportion(%)X1X2水泥性能‘混合材品种高效减水剂:对矿渣水泥和粉煤灰水泥的适应性较好，矿渣和粉煤灰的掺入可使水泥浆体的流动度增大、流动度损失减小；对火山灰、焙烧煤矸石及窑皮为混合材的水泥的适应性较差，要达到预期的效果，需要适当增加高效减水剂的掺量。水泥性能‘混合材的辅助减水作用主要靠三个作用：颗粒吸附作用；颗粒堆积作用；颗粒球形作用。提高混合材比面积可提高水泥强度，改善与减水剂的适应性，是生产优质水泥的可行措施之一。优化混合材细度和掺量水泥性能‘水泥的陈化时间使用刚出磨的水泥和出磨温度还较高的水泥，就会出现减水率低、坍落度损失快的现象。使用陈放时间稍长的水泥，就可以避免出现上述现象。水泥性能‘水泥的碱含量控制流动性和流动性损失重要参数之一AAR碱含量过大会导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度经时损失变大。水泥性能‘水泥的碱含量粘土质原料中一般都含有K2O和Na2O，这些碱会固溶在熟料矿物中，减少熟料矿物的生成量，并影响熟料矿物的结构形成和水泥水化的性质，使水泥的流变性能变差，后期强度降低。碳酸钙原料和燃料煤中往往含有硫酸盐、硫化物和元素硫等杂质，在燃烧过程中也会固溶在熟料中。水泥性能‘同时存在碱和SO3时，就会形成碱的硫酸盐，即碱的硫酸盐化，碱的硫酸盐化可减少碱在熟料矿物中的固溶量，对水泥凝结的性质能产生更有益的影响。碱性硫酸盐少的水泥，由于减水剂强烈的吸附，导致混凝土坍落度损失特别快。可溶性碱含量增加时，吸附减水剂量线性下降。水泥性能‘水泥的碱含量OKONaSOSD22385.0292.1碱的硫酸盐化程度用下式计算：不同的硫酸盐化程度对水泥性质有不同的影响。SD值的范围为40%~200%。欠硫酸盐化和过硫酸盐化都应避免。可溶性碱的最佳值为0.4~0.5%。低于最佳值时加入Na2SO4，水泥流动性会显著增加。水泥性能‘水泥的碱含量石膏的形态水泥中SO42-离子的溶解速度必须和C3A的活性平衡水泥性能‘42SO无水石膏(天然的)C2SC3AC4AFC3S低分子量高分子量石膏合成硫酸钙半水石膏其它填充料CaO碱性硫酸盐少量矿物相硫酸钙(脱水半水石膏）水泥和外掺料高效减水剂硫酸钙水泥、外加剂和硫酸钙系统相互反应的复杂性硫酸钙在早期水泥水化中作用在无硫酸钙时，C3A与水发生化学反应非常快地生成铝酸钙的水化物：2C3A+21H2O→C4AH13+C2AH8在有硫酸钙时，形成不同的水化产物——钙矾石)()(263323323钙矾石HSCACHHSCAC水泥性能‘随时获得可溶解的合适数量的硫酸盐是关键性因素。如果可利用量不足，由于C3A水化快，将出现闪凝；如果过量时，石膏沉淀会导致假凝。在这两种情况下，水泥的流变性将受到不利的影响，因此在熟料中或以后加入的硫酸盐对水泥和外加剂适应性是十分重要的。水泥性能‘产物溶解度(g/L)石膏2.08α-半水石膏6.20β-半水石膏8.15可溶性无水石膏6.30天然无水石膏2.70不同形态CaSO4在25℃时的溶解度水泥性能‘在粉磨过程中，部分石膏脱水为半水石膏(CaSO4·0.5H2O)，由于半水石膏的溶解度大于二水石膏，这一般是有利的，如果加工控制不合适，形成的半水石膏可能太多，导致在新拌混凝土中也过多。水泥性能‘石膏的形态2.高效减水剂影响因素分子量分子链的长度交联程度磺化程度：磺酸盐基团在链中的位置有无硫酸盐存留平衡离子萘的磺化程度和磺化产物多萘磺酸和α－萘磺酸会影响到适应性。萘系减水剂分子量的大小分子的最佳核体数为7～13。平衡离子Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等对分散效果和适应性影响有所差异。减水剂的状态液体外加剂减水效果稍好。高效减水剂的性能3.混凝土拌合物的影响混凝土拌合物自身的参数：即W/B(水胶比)、集料种类和级配也将明显地影响到高效减水剂对水泥的分散效果。普通混凝土用水量在160～200kg/m3，高强高性能混凝土用水量在120～150kg/m3。新拌混凝土中出现的各种作用必须争夺水分子(表面湿润，水泥水化，电解质的溶液化和水合作用等)。由于孔隙间水量有限，在普通砼（即W/C=0.5）中发生的化学反应必然会受到强烈的干扰，水泥和高效减水剂之间的适应性也就会发生不利的影响。HPC生产中最大的困难就在于要在足够长久的时间内保持满意的流变性质。在低水灰比条件下，当和指定的超塑化剂配合使用时，并不是每一种符合国家标准要求的普通水泥都呈现相同流变行为。在HPC中，水泥和超塑化剂协调匹配问题更加尖锐。混凝土拌合物性能三.改善高效减水剂和水泥适应性的措施重视控制水泥中硫酸钙的含量和溶解速度；加强磨机温度的控制，保持在一定范围内；单独粉磨混合材，提高混合材比面积；选择适宜的水泥品种；改变减水剂的品种、掺量、掺加方法………………改善适应性的措施高效减水剂和水泥之间的适应性是一个十分错综复杂的问题，目前还不能完全从理论上来解释这一现象。工程现场遇到适应性问题，首先遵照一般规则将不适合的水泥和高效减水剂排除，其次在多次试验的基础上，利用简易试验测定料浆的粘度，将水泥和外加剂品种的选择范围缩小，最后还必须试拌混凝土来尝试解决。Thankyou!