記一次泵送劑試驗過程中的偶然發現

張景發

記一次泵送劑試驗過程中的偶然發現

張景發

在本項工程中，近期進場的 P·S·A32.5水泥摻入堿金屬硫酸鹽0.5%，可提高混凝土的早期強度，又解決了泵送劑與水泥的相容性問題，達到“一箭雙雕”的效果。

金屬硫酸鹽；泵送劑；相容性

0 前言

商品混凝土現已普及，廣泛應用于各種建筑工程中，配制混凝土的各種原材料復雜多變，特別是水泥生產工藝不斷創新，生產水泥用的原材料千變萬化，以及多種多樣的混凝土外加劑。因此在應用中就會出現一個“相容性”問題。

商品混凝土公司一般情況下，混凝土用各種原材料早已大量進場，進行混凝土配合比試驗。混凝土外加劑用量相對較少，且調整比較方便，如出現水泥與外加劑不相容時只能選擇調整外加劑。

九月份北方地區，早晚氣溫較低，影響混凝土早期強度的發展。公司要求試驗室配制早強型泵送劑，就在試驗過程中，突然發現混凝土工作性能明顯改善，解決了泵送劑與水泥的“相容性”問題。同時又解決了混凝土早期強度偏低問題，可謂“兩全其美”。

1 泵送劑與水泥不相容現象

1.1 現用泵送劑與近期進場水泥不相容試驗

（1）混凝土配合比（C30混凝土）見表1。W/C=0.43，砂率44%，總重2399kg/m3，泵送劑摻量2%。

（2）試驗方法。

利用前期正常使用的水泥及泵送劑與近期進場的水泥作對比試驗，按照國家標準 GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。

（3）試驗結果及分析見表2。

分析認為近期進場 P·S·A32.5水泥摻用近期正常使用的泵送劑無法滿足施工需要。

分析認為近期進場的水泥與現用泵送劑不相容。

1.1.2 外單位送來的泵送劑樣品試驗

先后有三家外加劑廠送來樣品，經試驗均不相容，還有一家外加劑廠，經歷一個多月，反反復復多次送來樣品，經試驗結果1.5h 坍落度保留值僅為150mm，凝結時間超長無法滿足施工要求。

表1 C30混凝土配合比

表2 混凝土拌合物坍落度值

1.1.3 凈漿試驗

（1）試驗方法

利用前期正常使用的水泥及泵送劑與近期進場的水泥作對比試驗，按照國家標準 GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》，稱取300g 水泥和84g水，泵送劑摻量按1.8% 進行。

（2）試驗結果及分析見表3。

表3 水泥凈漿工作性能

1.1.4 選用不同緩凝劑不同摻量試驗

先后選用三種緩凝劑復配成泵送劑進行不同摻量試驗。結果均無法滿足施工要求。

1.1.5 選用不同品種減水劑不同摻量試驗

（1）萘系高效減水劑復配成泵送劑試驗結果，無法滿足施工需要。

（2）聚羧酸高性能減水劑復配成泵送劑試驗效果還可以，但用在 C30以下混凝土有難度，不穩定，有時出現泌水，且價格較高，公司無法接受。

（3）用氨基磺酸鹽及萘系高效減水劑復配成泵送劑進行不同摻量試驗，效果可以，但成本特高，使投產1噸就停止了。

1.2 試驗結果分析

根據以上試驗結果認為近期進場的 P·S·A32.5水泥與現用泵送劑存在“不相容”現象。

（1）混凝土流動性差，初始坍落度偏低僅為185mm，2h 坍落度保留值僅為70mm，無法滿足施工需要。

（2）兩種水泥凈漿流動度試驗，近期進場的P·S·A32.5水泥2h 保留值為0，說明水泥與現用泵送劑“不相容”。

（3）在混凝土試驗過程中，泵送劑摻量過多時，坍落度可以滿足要求，但出現泌水、離析現象。

（4）用多種緩凝劑復配成泵送劑，選用不同摻量試驗結果均無法滿足施工要求。

2 早強型泵送劑試驗及應用

2.1 早強型泵送劑的試驗

2.1.1 試驗用原材料及配合比

試驗用原材料及配合比仍沿用表1。

2.1.2 試驗條件及方法

（1）試驗方法：GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》。

（2）泵送劑：前期 P·S·A32.5水泥正常使用的泵送劑。

（3）水泥：近期進場的 P·S·A32.5水泥。

2.1.3 試驗方案

第一方案：泵送劑 (2±0.2)%＋堿金屬硫酸鹽0.5%＋三乙醇胺0.04%。

第二方案：泵送劑2%＋堿金屬硫酸鹽0.5%。

2.1.4 第一方案試驗結果

（1）C30混凝土摻泵送劑不同摻量試驗結果見表4。

（2）按上述配方，泵送劑摻量2%，做混凝土重現性試驗，以驗證配方的準確性，試驗結果見表5。表5的數據與之前試驗數據相差不大，說明重現性好，第一試驗方案效果不錯。

表4 摻不同摻量泵送劑 C30混凝土的性能

表5 重現性試驗結果

2.1.5 第二方案試驗結果

第二方案和僅摻2% 的泵送劑對比工作性能的試驗結果見表6，抗壓強度試驗（測試6個試樣）結果見表7。

表6 第二方案工作性能試驗結果

表7 第二方案抗壓強度試驗結果

2.2 試驗結果分析

根據試驗結果明顯看出第二方案優于第一方案。（1）明顯改善水泥與泵送劑的相容性。

（2）提高混凝土早期強度，后期強度繼續提高。（3）明顯改善混凝土的工作性能。

2.3 應用方法及注意事項

（1）堿金屬硫酸鹽為粉劑，應設專人計量，同砂石一同加入攪拌機內。

（2）在本項工程中采用第二方案投產一直用到十一月末。

（3）隨著氣溫的降低，如出現早期強度偏低可通過試驗補加少量三乙醇胺。如出現混凝土流動性能降低，可適當調整泵送劑摻量或通過試驗補加堿金屬硫酸鹽。

3 堿金屬硫酸鹽在混凝土中的作用機理

3.1 早強作用機理

堿金屬硫酸鹽在混凝土中常用的有硫酸鈉（Na2SO4），硫酸鈣（Ca2SO4），硫酸鉀（K2SO4）和硫酸鋁 [Al2(SO4)3] 等都有促凝早強作用，這里以硫酸鈉為例說明早強機理，在水泥硬化時硫酸鈉很快與水泥水化析出氫氧化鈣作用生成石膏，新生成的二水石膏比在水泥粉磨時加入的石膏對水泥的反應快得多，其反應方程式為：

反應生成水化硫鋁酸鈣針狀晶體形成早期骨架。由于上述反應的進行，溶液中氫氧化鈣濃度降低，促進 C3S水化作用加速，從而大大加快了混凝土的硬化速度，促進早期強度的發展。

在礦渣硅酸鹽水泥中摻入硫酸鈉早強效果優于普通水泥，其原理是硫酸鈉在水化反應中生成 NaOH 使堿度提高，激發水泥中摻合料中的潛在活性（硫酸鹽激化），因此對礦渣水泥水化早強效果更為明顯。

3.2 改善泵送劑與水泥相容性機理及原因分析

水泥中 C3A、SO3及堿三者平衡對水泥與外加劑的相容性十分重要。凡是影響三者平衡的因素都會影響到外加劑在混凝土中的相容性。

在本項試驗中加入堿金屬硫酸鹽解決了泵送劑與水泥的相容性，可以認定這種水泥 C3A 含量≥8%，熟料中堿含量84% 以上固化在 C3A 結構里，因此又可以認定 pH≥12，在水泥中 C3A、SO3及堿保持平衡才能解決水泥與泵送劑的相容性，現在出現 C3A 及堿，均超出正常范圍，水泥中 C3A 及堿調整難度較大。因此，只能調整 SO3即及時補加適量的堿金屬硫酸鹽才能解決水泥與泵送劑的相容性。

本項試驗出現 SO3不足現象由以下幾種原因引起：

（1）石膏摻量不足。在水泥漿體中，石膏與 C3A反應生成鈣礬石（AFt）包裹在 C3A 表面，阻止 C3A 進一步水化，當石膏摻量不足時生成鈣礬石（AFt）數量較少，不足以控制 C3A 繼續水化，水泥漿體很快凝結失去流動性。

（2）石膏形態的改變。在水泥生產過程中，溫度控制不嚴，二水石膏部分轉變的半水石膏和硬石膏，降低了在水泥漿中的溶解速度，無法控制 C3A 繼續水化，使漿體失去了流動性。

（3）水泥的堿含量較高。石膏溶解度減小，無法控制 C3A 水化，因此必須及時補加含 SO3組分的外加劑。

（4）北方九月分早晚氣溫較低，使石膏溶解速度降低，不能及時控制 C3A 水化，水泥漿體很快失去流動性，因此有必要適量補充含 SO3組分的外加劑。

3.3 堿金屬硫酸鹽在混凝土中用量的確定

在本項試驗中，混凝土要求早強，又要解決水泥與泵送劑的相容性，這就存在一個“平衡點”問題。因此選擇堿金屬硫酸鹽摻量，就顯得特別重要。

近期進場的水泥由于 SO3含量偏少，水溶液堿性較高，促使 C3A 水化較快，混凝土很快凝結可達到早強效果。如適當補加 SO3組分，降低水溶液堿性則可取得延緩水泥漿凝結時間，增大混凝土流動性的效果。可解決水泥與泵送劑相容性問題。在這里明顯看出 SO3的作用，偏少則早強，較多則延緩凝結時間，增大混凝土的流動性，這就存在一個“平衡點”（即最佳摻量）。因此，選擇堿金屬硫酸鹽摻量問題，就顯得特別重要。

堿金屬硫酸鹽摻量的選擇，必須結合工程實際情況，通過做大量試驗來確定。

4 結論

在本項工程試驗中，摻入堿金屬硫酸鹽0.5% 可取得如下效果：

（1）提高混凝土的早期強度，3d 強度明顯提高，7d 強度達到設計指標，28d 強度還可繼續提高。

（2）解決泵送劑與水泥的相容性問題，初始坍落度達240mm，擴展度為600mm，1.5h 坍落度沒有損失，擴展度為500mm，混凝土和易性滿足施工要求。

（3）摻入堿金屬硫酸鹽0.5%，因時間關系急于投產，沒有進一步做試驗。

[1] GB/T50080—2016．普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S]．

[2] GB/T50081—2016．普通混凝土力學性能試驗方法標準[S]．

[3] GB/T8077—2012．混凝土外加劑勻質性試驗方法[S]．

[4] 田培等著．混凝土外加劑手冊[M]．北京：化學工業出版社，2009．

[5] 陳建奎著．混凝土外加劑原理及應用（第二版）[M]．北京：中國計劃出版社，2004．

[6] 馮浩著．混凝土外加劑工程應用手冊（第二版）[M]．北京：中國建筑工業出版社，2005．

[7] 馮浩著．外加劑與混凝土的對話[M]．北京：中國建材工業出版社，2015．

［通訊地址］遼寧省遼陽市遼鞍路28號第十七號信箱（111200）

張景發（1937—），高級工程師，總工程師，工業與民用建筑專業，長期從事商品混凝土及混凝土外加劑方面的技術工作。現退休在家。