不同种类及掺量的混合材配制的水泥对外加剂适应性的影响研究

董延昭，张全贵，周金金

（1.石家庄市轨道交通有限责任公司，河北 石家庄 050031；2.石家庄金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家庄 051431）

不同种类及掺量的混合材配制的水泥对外加剂适应性的影响研究

董延昭1，张全贵2，周金金2

（1.石家庄市轨道交通有限责任公司，河北 石家庄 050031；2.石家庄金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家庄 051431）

本文通过对不同种类及掺量的混合材的水泥进行试验，研究混合材对水泥与外加剂适应性的影响。结果表明：随着熟料与矿粉掺量的逐渐增加、低钙粉煤灰掺量的逐渐减小，水泥的强度逐渐增大；与萘系减水剂的饱和掺量逐渐减小，初始扩展度变化不大，30min、60min 经时损失逐渐增大，与聚羧酸减水剂的饱和掺量开始降低 0.3%，然后保持稳定，初始扩展度变化不大， 30min、60min 经时扩展度有返大现象。

混合材；外加剂；适应性；减水剂的饱和掺量

0 前言

目前，我国 80% 以上的水泥在粉磨时掺加了一定量的混合材，如火山灰、粉煤灰、矿渣粉、煤矸石和石灰石等。由于混合材的品种、性质和掺量等的不同，外加剂的作用效果存在着较大差异[1]。

在水泥制备过程中掺入水泥熟料，还有一并与熟料共同粉磨的活性混合材料，提高水泥中混合材的细度，在不降低混合材掺量的条件下，可提高水泥强度；在保持水泥强度的条件下，可以增加混合材的掺量，降低水泥生产成本，改善水泥与外加剂之间的适应性。

本文对不同种类以及掺量的混合材的水泥进行一系列的试验，分析混合材对水泥与外加剂适应性的影响。

1 原材料情况及配合比

1.1 原材料情况

（1）熟料：鼎鑫水泥厂生产的出窑熟料，其组成及物理性能指标见表 1。

表 1 熟料组成及性能指标表

（2）粉煤灰：西柏坡电厂生产的低钙粉煤灰，其物理性能指标及颗粒级配见表 2。

表 2 低钙粉煤灰物理性能指标及颗粒级配表

（3）矿粉：西柏坡新能源建材厂生产的 S95 级矿粉，其物理性能指标及颗粒级配见表 3。

表 3 S95 级矿粉物理性能指标及颗粒级配表

（4）石灰石：鼎鑫公司矿山自产的石灰石。

（5）脱硫石膏：山西汶水电厂生产的脱硫石膏，SO3≥40%，水份≤15%。

（6）外加剂：北京金隅科技公司生产的萘系高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂。

熟料及其他混合材的化学成分分析结果见表 4。

表 4 熟料及不同混合材化学成分分析 %

控制水泥的比表面积为：(350±10)m2/kg，保证混合材中石灰石的掺量不变，变化粉煤灰及矿粉的掺量，设置不同分组进行实验，具体水泥的组分见表 5。

表 5 不同混合材掺量的水泥组分

2 实验实施方案

（1）粉磨水泥配样：每种配 20kg（采用矿粉外掺法）；按照《小磨试验检验作业指导书》取混合均匀的配料（其中没有矿粉），称取 5kg，倒入规格为 Φ500×500mm、转速为 48r/min、电机功率为 1.5kW 的试验小磨中进行粉磨。

通过控制粉磨时间并且记录粉磨时间，使磨制的水泥比表面积控制为：(350±10)m2/kg，每种不同混合材配比的水泥磨 4 磨，每磨配料 5kg，每种水泥 20kg，各磨水泥样品分别编号，然后分装密封保存，待实验用。

（2）对成品水泥（第一步磨制的所有水泥）进行化学全分析，全套物理检验，颗粒级配分析，记录数据。

（3）试验水泥成品勾兑配样：根据每次实验用量（富余量 20%），取按（1）方法磨制的 4 磨水泥样品中，每磨取用量的四分之一加外掺 5%～16% 的 S95 级矿粉（所配制水泥中SO3含量为 2.6% 左右），用混样机混合均匀，进行试验。

（4）对混合均匀的成品水泥（第三步完成的）进行饱和掺量、初始流动度、30min、60min 经时损失流动度检验，30min、60min 经时损失率进行计算。

表 6 不同混合材掺量的水泥化学分析 %

3 实验结果

3.1 水泥的性能指标

不同掺量的混合材的水泥化学分析见表 6。不同掺量的混合材的水泥的物理性能指标见表 7。

表 7 不同混合材掺量的水泥性能指标

由表 7 可得：随着水泥熟料量每增加 3%，矿粉掺量每增加 2%～3%，需水量逐渐减小，水泥 3d 早期强度则增加0.5～2.5MPa，28d 强度增加 2.5～4MPa。

不同掺量的混合材的水泥的颗粒级配见表 8。

表 8 不同混合材掺量水泥的颗粒级配

3.2 水泥与外加剂的适应性试验结果

不同混合材的水泥分别与萘系高效减水剂以及聚羧酸高性能减水剂的适应性试验结果见表 9。

表 9 不同混合材掺量水泥与外加剂适应性

由表 9 可得：外加剂使用萘系减水剂时，随着熟料与矿粉掺量逐渐增加，低钙粉煤灰掺量逐渐减小，萘系减水剂饱和掺量逐渐降低，但是其经时损失逐渐增大。饱和掺量逐渐降低是由于该低钙粉煤灰为 II 级粉煤灰，烧失量为 6.15%，对外加剂的吸附量较大，且能够进入颗粒内部，从而有效成分减少，很难起到表面活性剂作用，随着低钙粉煤灰掺量降低，萘系减水剂的饱和掺量降低；经时损失逐渐增大是由于随着低钙粉煤灰掺量减少，矿粉掺量增加，萘系减水剂饱和掺量降低，系统中萘系减水剂的绝对量减少，后期减水分散效果得不到保证，从而导致经时损失逐渐增大。

外加剂使用聚羧酸减水剂时，随着熟料与矿粉掺量逐渐增加，低钙粉煤灰掺量逐渐减小，聚羧酸减水剂饱和掺量开始降低 0.3%，然后保持稳定，经时扩展度有返大现象，但是整体经时损失率是逐渐增大。原因为：其一，饱和掺量先稍降低之后稳定是由于聚羧酸减水剂比萘系减水剂减水效果好，混合材种类的稍微变动对减水剂的饱和掺量影响不大。其二，返大现象可能是由于聚羧酸减水剂与水泥浄浆反应，其表面活性减水作用是随着时间的推移而逐步体现出来的，因此在后期容易出现返大。其三，经时损失逐步增大是由于熟料比例、矿粉比例相对增加，其中 C3A 含量、矿粉细度相应增加，从而导致后期聚羧酸减水剂相对匮乏，使其经时损失增大。

4 实验结论

（1）随着水泥熟料量每增加3%，矿粉掺量每增加2%～3%，水泥 3d 早期强度则增加 0.5～2.5MPa，28d 强度增加 2.5～4.0MPa。

（2）外加剂使用萘系减水剂时，随着熟料与矿粉掺量逐渐增加，低钙粉煤灰掺量逐渐减小，萘系减水剂饱和掺量逐渐降低，但是其经时损失逐渐增大。

（3）外加剂使用聚羧酸减水剂时，随着熟料与矿粉掺量逐渐增加，低钙粉煤灰掺量逐渐减小，聚羧酸减水剂饱和掺量开始降低 0.3%，然后保持稳定，经时扩展度有返大现象，但是整体经时损失率是逐渐增大。

[1] 孙振平，蒋正武，等．商品混凝土中外加剂与水泥/掺合料适应性的研究[J]．商品混凝土，2001(1):11-15．

［通讯地址］河北省石家庄市轨道交通有限责任公司（050031）

董延昭（1980—），男，汉族，河北平山人，注册安全工程师，现从事轨道交通建设安全质量管理工作，现供职于石家庄市轨道交通有限责任公司安全质量部。