水泥中缓凝剂与砼外加剂相容性研究

卢春丽，蒋庆华，方瑾，赵影，张雅男

(安徽职业技术学院 建筑工程学院,安徽 合肥 230011)

随着工业的不断发展,天然资源日趋减少,工业副产逐步成为其他企业生产的主要材料,既节省了能源又能保护了环境,具有重要的社会意义.目前水泥生产单位缓凝剂主要使用工业副产石膏中的脱硫石膏和天然石膏,但是市场的绝大部分是脱硫石膏取代天然石膏.

脱硫石膏主要来自燃煤电厂的废料,它的主要成分是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),与天然石膏相类似,为进一步研究水泥生产过程中SO3对水泥性能和强度的影响,确保水泥性能的有效发挥,提高水泥的整体质量状况,本课题选取多数单位大众原材料进行小磨试验,根据同一物料,分别采用脱硫石膏和天然二水石膏,配比相同的情况下,根据SO3含量的变化对水泥物理、化学性能及混凝土外加剂的影响,进行了对比分析,找出利于指导水泥生产、砼施工和工程质量的水泥中缓凝剂与砼外加剂相容性的最佳方案.

水泥作为普通混凝土的一种胶凝材料,主要是用来胶结、包裹其他材料.水泥缓凝剂中的三氧化硫最佳掺量的控制不能单纯考虑对水泥胶砂理、化性能的影响,还要考虑与普通混凝土外加剂的相容性性即和易性的影响,砼的和易性既影响到施工,又影响到后期的强度,对整个工程质量好坏有重要的关系.由于熟料粉磨时所掺的石膏种类不同对水泥与外加剂的适应性也有较明显的差异,本试验中拟生产P.O42.5水泥,在水泥中加入定量的减水剂,通过测定水泥的理化性能及水泥净浆流动度的大小来预测砼的流动性的大小.虽然水泥净浆的流动度大小并不直接反应砼的流动度,但是水泥净浆流动度好表明缓凝剂与减水剂具有较好的相容性.砼的和易性不会差；如果水泥净浆的流动度不好,则混凝土和易性可能会出现更大问题,所以用净浆流动度的数值来预测砼的和易性也是有一定的重要意义的.

混凝土的外加剂种类繁多,但是最基本、最广泛应用的是减水剂,文中所指的外加剂也主要是减水剂,减水剂不仅可以改善砼的和易性、强度、耐久性,还可以节约能源.

混凝土外加剂与水泥产生不相容性的表现大致有以下几种情况：一是减水剂用量已经相当大,但新拌混凝土坍落度偏小,扩展度更小；二预拌混凝土在搅拌过程中出现不正常的凝结,影响混凝土的均匀性；三是虽然坍落度和扩展度都不小,但混凝土泌水,有时滞后1～3 h泌水并且严重；四是砂浆包裹不住石子,混凝土泌水、离析、分层现象比较严重,致使混凝土质量明显降低；五是新拌混凝土中未观察到明显不适应,施工时,混凝土硬化以后强度出现明显下降,达不到质量要求,造成经济损失.因此混凝土外加剂与水泥相容性至关重要.

普通混凝土外加剂与水泥发生不相容性的原因是：在混凝土配比不变、外加剂一定的条件下,主要是水泥特性引起的不相容性.

水泥作为混凝土中重要胶凝材料,在水泥配比其他材料相同情况下,水泥中缓凝剂对混凝土外加剂的相容性影响却又是最大的.

一般通过水泥净浆试验找出合适的缓凝剂品种及恰当的掺量和与砼外加剂相容性.在《混凝土外加剂应用技术规范》中既可用水泥胶砂试验也可用水泥净浆作为外加剂相容性的快速试验方法.水泥净浆试验可以用纯水泥做,也可把300 g胶凝材料总量按照混凝土配合比中的胶凝材料的比例分配.目前水泥生产单位普遍采用的水泥净浆流动度法检测水泥与外加剂相容性的情况.

1 试验方法

对水泥性能的检测,GB/T 1345—2005《水泥细度检验方法(筛析法)》、GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》、GB /T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T 176—2008《水泥化学分析方法》、GB/T 12960—2007《水泥组分的定量测定》考察助磨剂对水泥性能的影响,按GB/T 26748-2011《水泥助磨剂》执行.砼的和易性按GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》.

首先进行天然石膏试验,再进行脱硫石膏对比试验,根据水泥物理、化学试验数据和净浆流动度数据,找出水泥生产、砼施工和工程质量的水泥中缓凝剂与砼外加剂相容性的最佳方案.

2 试验用原材料及化学成份

2.1 原材料及化学成份(见表1)

表1 原材料的化学成份/(%)

3 相容性试验试验数据与讨论

(1)P.O42.5水泥使用二水石膏相容性小磨试验相关数据(见表2).

表2 P.O42.5水泥使用二水石膏相容性小磨试验相关数据

从表2我们发现：

①如果单纯从水泥角度来看,生产P.O42.5水泥,使用二水石膏作为缓凝剂表中 P4-7的配比,既能满足生产,也是最节约成本、降低能耗的方案.

②在考虑与减水剂相容性的情况下,生产P.O42.5水泥P4-5的配比是最佳方案,这时净浆的流动度最大——234,也预示着砼的和易性较好.

(2)P.O42.5水泥使用二水石膏水容性小磨试验时SO3含量与初凝时间、强度及外加剂适应性的关系见图1：

图1 使用二水石膏作缓凝剂时SO3含量与初凝时间、强度和外加剂适应性的关系

从小磨试验结果来看,综合凝结时间及3 d、28 d抗压强度发挥情况和外加剂适应性情况考虑,P.O42.5级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%左右时最佳(石膏配比根据石膏中SO3品位变化作相应调整).

(3)P.O42.5水泥使用自产脱硫石膏小磨试验相关数据(见表3)

表3 P.O42.5水泥使用自产脱硫石膏相容性小磨试验相关数据

从表3我们发现：

①如果单纯考虑生产P.O42.5水泥,使用自产脱硫石膏作为缓凝剂表3中P4-7的配比,既能满足生产,也是最节约成本、降低能耗的方案.

②在考虑砼的流动性情况下,生产P.O42.5水泥P4-4的配比是最佳方案,这时净浆的流动度最大——254,也意味着砼的和易性较好.

(4)P.O42.5水泥使用自产脱硫石膏小磨试验时SO3含量与初凝时间、强度及外加剂适应性的关系见图2

从小磨试验结果来看,综合凝结时间及3 d、28 d强度发挥情况和外加剂适应性情况考虑,P.O42.5级水泥中使用自产脱硫石膏配比控制在4.4%即SO3含量控制在2.2%左右时最佳(石膏配比根据石膏中SO3品位变化作相应调整)

4 实验结论

随着混凝土的广泛应用和发展,外加剂和水泥相容性问题表现得越来越突出.应以试验为基础,分析查找原因,在众多影响因素中分别找出解决办法,尽量避免实际生产中出现混凝土外加剂与水泥不适应的问题,以免影响施工过程及后期工程质量、寿命.水泥中使用不同品种的缓凝剂对砼外加剂的影响也不同,对水泥与外加剂的适应性都有较明显的差异.

图2 使用自产脱硫石膏作缓凝剂时SO3含量与初凝时间、强度和外加剂适应性的关系

通过试验,本文找出利于指导水泥生产、砼施工和工程质量的水泥中缓凝剂与砼外加剂相容性的最佳方案是：

(1)作为缓凝剂脱硫石膏比天然石膏与砼的外加剂具有更好的相容性,如果是生产P.O42.5水泥,使用脱硫石膏作为水泥中缓凝剂,石膏配比控制在4.4%即SO3含量控制在2.2%左右时最佳,水泥净浆流动能够达到254 mm左右,混凝土塌落度损失会明显减少.

(2)在无法使用脱硫石膏时或无脱硫石膏可使用时,可以使用天然石膏作为缓凝剂,如果是生产P.O42.5水泥,石膏配比控制在5.0%即SO3含量控制在2.3%左右时最佳,水泥净浆流动度能够达到234 mm左右,混凝土和易性也会较好.