水泥中緩凝劑與砼外加劑相容性研究

盧春麗，蔣慶華，方瑾，趙影，張雅男

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院,安徽 合肥 230011)

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,天然資源日趨減少,工業(yè)副產(chǎn)逐步成為其他企業(yè)生產(chǎn)的主要材料,既節(jié)省了能源又能保護(hù)了環(huán)境,具有重要的社會(huì)意義.目前水泥生產(chǎn)單位緩凝劑主要使用工業(yè)副產(chǎn)石膏中的脫硫石膏和天然石膏,但是市場的絕大部分是脫硫石膏取代天然石膏.

脫硫石膏主要來自燃煤電廠的廢料,它的主要成分是二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O),與天然石膏相類似,為進(jìn)一步研究水泥生產(chǎn)過程中SO3對水泥性能和強(qiáng)度的影響,確保水泥性能的有效發(fā)揮,提高水泥的整體質(zhì)量狀況,本課題選取多數(shù)單位大眾原材料進(jìn)行小磨試驗(yàn),根據(jù)同一物料,分別采用脫硫石膏和天然二水石膏,配比相同的情況下,根據(jù)SO3含量的變化對水泥物理、化學(xué)性能及混凝土外加劑的影響,進(jìn)行了對比分析,找出利于指導(dǎo)水泥生產(chǎn)、砼施工和工程質(zhì)量的水泥中緩凝劑與砼外加劑相容性的最佳方案.

水泥作為普通混凝土的一種膠凝材料,主要是用來膠結(jié)、包裹其他材料.水泥緩凝劑中的三氧化硫最佳摻量的控制不能單純考慮對水泥膠砂理、化性能的影響,還要考慮與普通混凝土外加劑的相容性性即和易性的影響,砼的和易性既影響到施工,又影響到后期的強(qiáng)度,對整個(gè)工程質(zhì)量好壞有重要的關(guān)系.由于熟料粉磨時(shí)所摻的石膏種類不同對水泥與外加劑的適應(yīng)性也有較明顯的差異,本試驗(yàn)中擬生產(chǎn)P.O42.5水泥,在水泥中加入定量的減水劑,通過測定水泥的理化性能及水泥凈漿流動(dòng)度的大小來預(yù)測砼的流動(dòng)性的大小.雖然水泥凈漿的流動(dòng)度大小并不直接反應(yīng)砼的流動(dòng)度,但是水泥凈漿流動(dòng)度好表明緩凝劑與減水劑具有較好的相容性.砼的和易性不會(huì)差；如果水泥凈漿的流動(dòng)度不好,則混凝土和易性可能會(huì)出現(xiàn)更大問題,所以用凈漿流動(dòng)度的數(shù)值來預(yù)測砼的和易性也是有一定的重要意義的.

混凝土的外加劑種類繁多,但是最基本、最廣泛應(yīng)用的是減水劑,文中所指的外加劑也主要是減水劑,減水劑不僅可以改善砼的和易性、強(qiáng)度、耐久性,還可以節(jié)約能源.

混凝土外加劑與水泥產(chǎn)生不相容性的表現(xiàn)大致有以下幾種情況：一是減水劑用量已經(jīng)相當(dāng)大,但新拌混凝土坍落度偏小,擴(kuò)展度更??；二預(yù)拌混凝土在攪拌過程中出現(xiàn)不正常的凝結(jié),影響混凝土的均勻性；三是雖然坍落度和擴(kuò)展度都不小,但混凝土泌水,有時(shí)滯后1～3 h泌水并且嚴(yán)重；四是砂漿包裹不住石子,混凝土泌水、離析、分層現(xiàn)象比較嚴(yán)重,致使混凝土質(zhì)量明顯降低；五是新拌混凝土中未觀察到明顯不適應(yīng),施工時(shí),混凝土硬化以后強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降,達(dá)不到質(zhì)量要求,造成經(jīng)濟(jì)損失.因此混凝土外加劑與水泥相容性至關(guān)重要.

普通混凝土外加劑與水泥發(fā)生不相容性的原因是：在混凝土配比不變、外加劑一定的條件下,主要是水泥特性引起的不相容性.

水泥作為混凝土中重要膠凝材料,在水泥配比其他材料相同情況下,水泥中緩凝劑對混凝土外加劑的相容性影響卻又是最大的.

一般通過水泥凈漿試驗(yàn)找出合適的緩凝劑品種及恰當(dāng)?shù)膿搅亢团c砼外加劑相容性.在《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中既可用水泥膠砂試驗(yàn)也可用水泥凈漿作為外加劑相容性的快速試驗(yàn)方法.水泥凈漿試驗(yàn)可以用純水泥做,也可把300 g膠凝材料總量按照混凝土配合比中的膠凝材料的比例分配.目前水泥生產(chǎn)單位普遍采用的水泥凈漿流動(dòng)度法檢測水泥與外加劑相容性的情況.

1 試驗(yàn)方法

對水泥性能的檢測,GB/T 1345—2005《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法(篩析法)》、GB/T 1346—2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測方法》、GB /T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》、GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析方法》、GB/T 12960—2007《水泥組分的定量測定》考察助磨劑對水泥性能的影響,按GB/T 26748-2011《水泥助磨劑》執(zhí)行.砼的和易性按GB50119-2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》.

首先進(jìn)行天然石膏試驗(yàn),再進(jìn)行脫硫石膏對比試驗(yàn),根據(jù)水泥物理、化學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和凈漿流動(dòng)度數(shù)據(jù),找出水泥生產(chǎn)、砼施工和工程質(zhì)量的水泥中緩凝劑與砼外加劑相容性的最佳方案.

2 試驗(yàn)用原材料及化學(xué)成份

2.1 原材料及化學(xué)成份(見表1)

表1 原材料的化學(xué)成份/(%)

3 相容性試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論

(1)P.O42.5水泥使用二水石膏相容性小磨試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)(見表2).

表2 P.O42.5水泥使用二水石膏相容性小磨試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)

從表2我們發(fā)現(xiàn)：

①如果單純從水泥角度來看,生產(chǎn)P.O42.5水泥,使用二水石膏作為緩凝劑表中 P4-7的配比,既能滿足生產(chǎn),也是最節(jié)約成本、降低能耗的方案.

②在考慮與減水劑相容性的情況下,生產(chǎn)P.O42.5水泥P4-5的配比是最佳方案,這時(shí)凈漿的流動(dòng)度最大——234,也預(yù)示著砼的和易性較好.

(2)P.O42.5水泥使用二水石膏水容性小磨試驗(yàn)時(shí)SO3含量與初凝時(shí)間、強(qiáng)度及外加劑適應(yīng)性的關(guān)系見圖1：

圖1 使用二水石膏作緩凝劑時(shí)SO3含量與初凝時(shí)間、強(qiáng)度和外加劑適應(yīng)性的關(guān)系

從小磨試驗(yàn)結(jié)果來看,綜合凝結(jié)時(shí)間及3 d、28 d抗壓強(qiáng)度發(fā)揮情況和外加劑適應(yīng)性情況考慮,P.O42.5級水泥中天然二水石膏配比控制在5.0%即SO3含量控制在2.3%左右時(shí)最佳(石膏配比根據(jù)石膏中SO3品位變化作相應(yīng)調(diào)整).

(3)P.O42.5水泥使用自產(chǎn)脫硫石膏小磨試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)(見表3)

表3 P.O42.5水泥使用自產(chǎn)脫硫石膏相容性小磨試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)

從表3我們發(fā)現(xiàn)：

①如果單純考慮生產(chǎn)P.O42.5水泥,使用自產(chǎn)脫硫石膏作為緩凝劑表3中P4-7的配比,既能滿足生產(chǎn),也是最節(jié)約成本、降低能耗的方案.

②在考慮砼的流動(dòng)性情況下,生產(chǎn)P.O42.5水泥P4-4的配比是最佳方案,這時(shí)凈漿的流動(dòng)度最大——254,也意味著砼的和易性較好.

(4)P.O42.5水泥使用自產(chǎn)脫硫石膏小磨試驗(yàn)時(shí)SO3含量與初凝時(shí)間、強(qiáng)度及外加劑適應(yīng)性的關(guān)系見圖2

從小磨試驗(yàn)結(jié)果來看,綜合凝結(jié)時(shí)間及3 d、28 d強(qiáng)度發(fā)揮情況和外加劑適應(yīng)性情況考慮,P.O42.5級水泥中使用自產(chǎn)脫硫石膏配比控制在4.4%即SO3含量控制在2.2%左右時(shí)最佳(石膏配比根據(jù)石膏中SO3品位變化作相應(yīng)調(diào)整)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

隨著混凝土的廣泛應(yīng)用和發(fā)展,外加劑和水泥相容性問題表現(xiàn)得越來越突出.應(yīng)以試驗(yàn)為基礎(chǔ),分析查找原因,在眾多影響因素中分別找出解決辦法,盡量避免實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)混凝土外加劑與水泥不適應(yīng)的問題,以免影響施工過程及后期工程質(zhì)量、壽命.水泥中使用不同品種的緩凝劑對砼外加劑的影響也不同,對水泥與外加劑的適應(yīng)性都有較明顯的差異.

圖2 使用自產(chǎn)脫硫石膏作緩凝劑時(shí)SO3含量與初凝時(shí)間、強(qiáng)度和外加劑適應(yīng)性的關(guān)系

通過試驗(yàn),本文找出利于指導(dǎo)水泥生產(chǎn)、砼施工和工程質(zhì)量的水泥中緩凝劑與砼外加劑相容性的最佳方案是：

(1)作為緩凝劑脫硫石膏比天然石膏與砼的外加劑具有更好的相容性,如果是生產(chǎn)P.O42.5水泥,使用脫硫石膏作為水泥中緩凝劑,石膏配比控制在4.4%即SO3含量控制在2.2%左右時(shí)最佳,水泥凈漿流動(dòng)能夠達(dá)到254 mm左右,混凝土塌落度損失會(huì)明顯減少.

(2)在無法使用脫硫石膏時(shí)或無脫硫石膏可使用時(shí),可以使用天然石膏作為緩凝劑,如果是生產(chǎn)P.O42.5水泥,石膏配比控制在5.0%即SO3含量控制在2.3%左右時(shí)最佳,水泥凈漿流動(dòng)度能夠達(dá)到234 mm左右,混凝土和易性也會(huì)較好.