记一次泵送剂试验过程中的偶然发现

张景发

记一次泵送剂试验过程中的偶然发现

张景发

在本项工程中，近期进场的 P·S·A32.5水泥掺入碱金属硫酸盐0.5%，可提高混凝土的早期强度，又解决了泵送剂与水泥的相容性问题，达到“一箭双雕”的效果。

金属硫酸盐；泵送剂；相容性

0 前言

商品混凝土现已普及，广泛应用于各种建筑工程中，配制混凝土的各种原材料复杂多变，特别是水泥生产工艺不断创新，生产水泥用的原材料千变万化，以及多种多样的混凝土外加剂。因此在应用中就会出现一个“相容性”问题。

商品混凝土公司一般情况下，混凝土用各种原材料早已大量进场，进行混凝土配合比试验。混凝土外加剂用量相对较少，且调整比较方便，如出现水泥与外加剂不相容时只能选择调整外加剂。

九月份北方地区，早晚气温较低，影响混凝土早期强度的发展。公司要求试验室配制早强型泵送剂，就在试验过程中，突然发现混凝土工作性能明显改善，解决了泵送剂与水泥的“相容性”问题。同时又解决了混凝土早期强度偏低问题，可谓“两全其美”。

1 泵送剂与水泥不相容现象

1.1 现用泵送剂与近期进场水泥不相容试验

（1）混凝土配合比（C30混凝土）见表1。W/C=0.43，砂率44%，总重2399kg/m3，泵送剂掺量2%。

（2）试验方法。

利用前期正常使用的水泥及泵送剂与近期进场的水泥作对比试验，按照国家标准 GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。

（3）试验结果及分析见表2。

分析认为近期进场 P·S·A32.5水泥掺用近期正常使用的泵送剂无法满足施工需要。

分析认为近期进场的水泥与现用泵送剂不相容。

1.1.2 外单位送来的泵送剂样品试验

先后有三家外加剂厂送来样品，经试验均不相容，还有一家外加剂厂，经历一个多月，反反复复多次送来样品，经试验结果1.5h 坍落度保留值仅为150mm，凝结时间超长无法满足施工要求。

表1 C30混凝土配合比

表2 混凝土拌合物坍落度值

1.1.3 净浆试验

（1）试验方法

利用前期正常使用的水泥及泵送剂与近期进场的水泥作对比试验，按照国家标准 GB/T8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，称取300g 水泥和84g水，泵送剂掺量按1.8% 进行。

（2）试验结果及分析见表3。

表3 水泥净浆工作性能

1.1.4 选用不同缓凝剂不同掺量试验

先后选用三种缓凝剂复配成泵送剂进行不同掺量试验。结果均无法满足施工要求。

1.1.5 选用不同品种减水剂不同掺量试验

（1）萘系高效减水剂复配成泵送剂试验结果，无法满足施工需要。

（2）聚羧酸高性能减水剂复配成泵送剂试验效果还可以，但用在 C30以下混凝土有难度，不稳定，有时出现泌水，且价格较高，公司无法接受。

（3）用氨基磺酸盐及萘系高效减水剂复配成泵送剂进行不同掺量试验，效果可以，但成本特高，使投产1吨就停止了。

1.2 试验结果分析

根据以上试验结果认为近期进场的 P·S·A32.5水泥与现用泵送剂存在“不相容”现象。

（1）混凝土流动性差，初始坍落度偏低仅为185mm，2h 坍落度保留值仅为70mm，无法满足施工需要。

（2）两种水泥净浆流动度试验，近期进场的P·S·A32.5水泥2h 保留值为0，说明水泥与现用泵送剂“不相容”。

（3）在混凝土试验过程中，泵送剂掺量过多时，坍落度可以满足要求，但出现泌水、离析现象。

（4）用多种缓凝剂复配成泵送剂，选用不同掺量试验结果均无法满足施工要求。

2 早强型泵送剂试验及应用

2.1 早强型泵送剂的试验

2.1.1 试验用原材料及配合比

试验用原材料及配合比仍沿用表1。

2.1.2 试验条件及方法

（1）试验方法：GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。

（2）泵送剂：前期 P·S·A32.5水泥正常使用的泵送剂。

（3）水泥：近期进场的 P·S·A32.5水泥。

2.1.3 试验方案

第一方案：泵送剂 (2±0.2)%＋碱金属硫酸盐0.5%＋三乙醇胺0.04%。

第二方案：泵送剂2%＋碱金属硫酸盐0.5%。

2.1.4 第一方案试验结果

（1）C30混凝土掺泵送剂不同掺量试验结果见表4。

（2）按上述配方，泵送剂掺量2%，做混凝土重现性试验，以验证配方的准确性，试验结果见表5。表5的数据与之前试验数据相差不大，说明重现性好，第一试验方案效果不错。

表4 掺不同掺量泵送剂 C30混凝土的性能

表5 重现性试验结果

2.1.5 第二方案试验结果

第二方案和仅掺2% 的泵送剂对比工作性能的试验结果见表6，抗压强度试验（测试6个试样）结果见表7。

表6 第二方案工作性能试验结果

表7 第二方案抗压强度试验结果

2.2 试验结果分析

根据试验结果明显看出第二方案优于第一方案。（1）明显改善水泥与泵送剂的相容性。

（2）提高混凝土早期强度，后期强度继续提高。（3）明显改善混凝土的工作性能。

2.3 应用方法及注意事项

（1）碱金属硫酸盐为粉剂，应设专人计量，同砂石一同加入搅拌机内。

（2）在本项工程中采用第二方案投产一直用到十一月末。

（3）随着气温的降低，如出现早期强度偏低可通过试验补加少量三乙醇胺。如出现混凝土流动性能降低，可适当调整泵送剂掺量或通过试验补加碱金属硫酸盐。

3 碱金属硫酸盐在混凝土中的作用机理

3.1 早强作用机理

碱金属硫酸盐在混凝土中常用的有硫酸钠（Na2SO4），硫酸钙（Ca2SO4），硫酸钾（K2SO4）和硫酸铝 [Al2(SO4)3] 等都有促凝早强作用，这里以硫酸钠为例说明早强机理，在水泥硬化时硫酸钠很快与水泥水化析出氢氧化钙作用生成石膏，新生成的二水石膏比在水泥粉磨时加入的石膏对水泥的反应快得多，其反应方程式为：

反应生成水化硫铝酸钙针状晶体形成早期骨架。由于上述反应的进行，溶液中氢氧化钙浓度降低，促进 C3S水化作用加速，从而大大加快了混凝土的硬化速度，促进早期强度的发展。

在矿渣硅酸盐水泥中掺入硫酸钠早强效果优于普通水泥，其原理是硫酸钠在水化反应中生成 NaOH 使碱度提高，激发水泥中掺合料中的潜在活性（硫酸盐激化），因此对矿渣水泥水化早强效果更为明显。

3.2 改善泵送剂与水泥相容性机理及原因分析

水泥中 C3A、SO3及碱三者平衡对水泥与外加剂的相容性十分重要。凡是影响三者平衡的因素都会影响到外加剂在混凝土中的相容性。

在本项试验中加入碱金属硫酸盐解决了泵送剂与水泥的相容性，可以认定这种水泥 C3A 含量≥8%，熟料中碱含量84% 以上固化在 C3A 结构里，因此又可以认定 pH≥12，在水泥中 C3A、SO3及碱保持平衡才能解决水泥与泵送剂的相容性，现在出现 C3A 及碱，均超出正常范围，水泥中 C3A 及碱调整难度较大。因此，只能调整 SO3即及时补加适量的碱金属硫酸盐才能解决水泥与泵送剂的相容性。

本项试验出现 SO3不足现象由以下几种原因引起：

（1）石膏掺量不足。在水泥浆体中，石膏与 C3A反应生成钙矾石（AFt）包裹在 C3A 表面，阻止 C3A 进一步水化，当石膏掺量不足时生成钙矾石（AFt）数量较少，不足以控制 C3A 继续水化，水泥浆体很快凝结失去流动性。

（2）石膏形态的改变。在水泥生产过程中，温度控制不严，二水石膏部分转变的半水石膏和硬石膏，降低了在水泥浆中的溶解速度，无法控制 C3A 继续水化，使浆体失去了流动性。

（3）水泥的碱含量较高。石膏溶解度减小，无法控制 C3A 水化，因此必须及时补加含 SO3组分的外加剂。

（4）北方九月分早晚气温较低，使石膏溶解速度降低，不能及时控制 C3A 水化，水泥浆体很快失去流动性，因此有必要适量补充含 SO3组分的外加剂。

3.3 碱金属硫酸盐在混凝土中用量的确定

在本项试验中，混凝土要求早强，又要解决水泥与泵送剂的相容性，这就存在一个“平衡点”问题。因此选择碱金属硫酸盐掺量，就显得特别重要。

近期进场的水泥由于 SO3含量偏少，水溶液碱性较高，促使 C3A 水化较快，混凝土很快凝结可达到早强效果。如适当补加 SO3组分，降低水溶液碱性则可取得延缓水泥浆凝结时间，增大混凝土流动性的效果。可解决水泥与泵送剂相容性问题。在这里明显看出 SO3的作用，偏少则早强，较多则延缓凝结时间，增大混凝土的流动性，这就存在一个“平衡点”（即最佳掺量）。因此，选择碱金属硫酸盐掺量问题，就显得特别重要。

碱金属硫酸盐掺量的选择，必须结合工程实际情况，通过做大量试验来确定。

4 结论

在本项工程试验中，掺入碱金属硫酸盐0.5% 可取得如下效果：

（1）提高混凝土的早期强度，3d 强度明显提高，7d 强度达到设计指标，28d 强度还可继续提高。

（2）解决泵送剂与水泥的相容性问题，初始坍落度达240mm，扩展度为600mm，1.5h 坍落度没有损失，扩展度为500mm，混凝土和易性满足施工要求。

（3）掺入碱金属硫酸盐0.5%，因时间关系急于投产，没有进一步做试验。

[1] GB/T50080—2016．普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S]．

[2] GB/T50081—2016．普通混凝土力学性能试验方法标准[S]．

[3] GB/T8077—2012．混凝土外加剂匀质性试验方法[S]．

[4] 田培等著．混凝土外加剂手册[M]．北京：化学工业出版社，2009．

[5] 陈建奎著．混凝土外加剂原理及应用（第二版）[M]．北京：中国计划出版社，2004．

[6] 冯浩著．混凝土外加剂工程应用手册（第二版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．

[7] 冯浩著．外加剂与混凝土的对话[M]．北京：中国建材工业出版社，2015．

［通讯地址］辽宁省辽阳市辽鞍路28号第十七号信箱（111200）

张景发（1937—），高级工程师，总工程师，工业与民用建筑专业，长期从事商品混凝土及混凝土外加剂方面的技术工作。现退休在家。