水泥與外加劑的相容性(ppt 43頁).ppt

1、水泥與外加劑的相容性,主講：楊小峰,庫車天山水泥有限責(zé)任公司 2014.3.28,課 件 綱 要：,相容性的概念 外加劑與水泥的作用 水泥對(duì)相容性的影響 相容性的監(jiān)控與調(diào)整 改善水泥與外加劑相容性的措施 原因分析與查找辦法,序 言,隨著預(yù)拌混凝土的飛速發(fā)展，混凝土配合比的設(shè)計(jì)除了考慮混凝土的強(qiáng)度、耐久性之外，還要更加注意其工作性能，水泥與減水劑的相容性是影響混凝土工作性能的重要因素。 水泥與減水劑的相容性不好，可能是外加劑的原因，也可能是水泥品質(zhì)的原因，也可能是使用方法造成的，或是幾種因素共同起作用引起的。具體問題具體對(duì)待，查準(zhǔn)原因，實(shí)現(xiàn)水泥與外加劑的“雙向適應(yīng)”性。,相容性的概念,所謂相容性

2、，就是使用相同減水劑或水泥時(shí)，由于水泥或外加劑質(zhì)量變化而引起水泥凈漿流動(dòng)性、經(jīng)時(shí)損失的變化程度以及為獲得相同流動(dòng)性而導(dǎo)致減水劑的摻量的變化程度。 存在的相容性問題主要有： 流動(dòng)性變差、減水率低或根本無減稅效果，坍落度損失快，甚至降低混凝土強(qiáng)度，凝結(jié)速度太快、緩凝，混凝土泌水、分層離析現(xiàn)象，或拌合物板結(jié)、發(fā)熱等現(xiàn)象。 詳見： JC/T 1073-2008水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法,相容性的概念,減水劑摻量不大，就達(dá)到飽和點(diǎn)，且1小時(shí)的流動(dòng)度變化小，就認(rèn)為減水劑與水泥的相容性好；反之，則稱其相容性差。 Aiticin(加拿大) 一般情況下：飽和點(diǎn)摻量可有效表征減水劑在水泥表面的吸附量?？梢酝ㄟ^飽和

3、點(diǎn)的變化來判定水泥與減水劑的相容性。減水劑的飽和摻量隨著拌合時(shí)間增大而增大，說明減水劑在不斷消耗。,主要包括三個(gè)方面： 一是水泥方面： 主要包括：水泥礦物成分、石膏種類及摻量、堿含量、游離氧化鈣含量、混合材種類及摻量、細(xì)度及顆粒組成、制成時(shí)間（新鮮程度）和溫度等。 二是外加劑方面： 比如：高效減水劑的化學(xué)成分、分子量、交聯(lián)度、磺化程度、平衡離子度以及緩凝劑的種類和用量等。 三是環(huán)境條件：如濕度、溫度、風(fēng)速和季節(jié)等。,影響水泥與外加劑相容性的因素,水泥方面的影響因素,1.1水泥熟料礦物成分：水泥熟料中四大礦物成分C3S、C2S、C3A、C4FA對(duì)外加劑的吸附能力大不一樣。C3A對(duì)減水劑的吸附量遠(yuǎn)

4、遠(yuǎn)高于其它礦物成分。依次是：C3AC4FAC3SC2S， 原因主要取決于：水泥水化速度及水化產(chǎn)物的比表面積。 1.2石膏種類和摻量：水泥溫度過高，易造成二水石膏部分脫水轉(zhuǎn)變成半水石膏，導(dǎo)致水泥凈漿發(fā)生快凝而影響水泥與減水劑的適應(yīng)性。石膏摻量過少，水泥中SO3含量較低，使用減水劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生坍落度損失很大，甚至急凝現(xiàn)象。,水泥方面的影響因素,1.3混合材料的種類： 不同種類混合材料對(duì)減水劑的吸附產(chǎn)生不同影響。礦渣對(duì)萘系減水劑的吸附量小于煤矸石。摻礦渣的水泥對(duì)萘系減水劑適應(yīng)性較摻煤矸石的水泥要好。摻火山灰的水泥與減水劑適應(yīng)性較差。主要表現(xiàn)在：水泥流動(dòng)性差，經(jīng)時(shí)損失大。摻不同品種的粉煤灰時(shí)，水泥與減水劑

5、的適應(yīng)性差異較大：優(yōu)質(zhì)粉煤灰（含碳量5%）塑化效果好，粗粉煤灰（含碳量5%）塑化效果差。,水泥方面的影響因素,1.4 堿含量： 隨著水泥堿含量的增大，高效減水劑對(duì)水泥減水劑的塑化效果差，還會(huì)造成砼凝結(jié)時(shí)間縮短和坍落度經(jīng)時(shí)損失變大。并存在有堿骨料反應(yīng)的潛在危機(jī)。應(yīng)盡量減少堿含量0.6%的水泥。 1.5 F-CaO含量： 熟料中F-CaO含量高，煅燒質(zhì)量差，與外加劑相容性差。,水泥方面的影響因素,1.6 水泥細(xì)度及顆粒組成： 水泥中粗細(xì)顆粒級(jí)配恰當(dāng)，則可得到良好的流變性能。水泥中330m的顆粒主要起到強(qiáng)度增長(zhǎng)作用。而大于60m的顆粒，則對(duì)強(qiáng)度不起作用。330m以下的顆粒只起棗強(qiáng)作用。但顆粒小于10

6、m的顆粒，需水量大，因此流變性能好的水泥10m以下的顆粒應(yīng)小于10%。 一般情況下，隨著水泥細(xì)度的提高，比表面積增大，對(duì)減水劑的吸附量越大，減水塑化效應(yīng)降低，經(jīng)時(shí)損失相應(yīng)加劇。,水泥方面的影響因素,1.7 水泥制成及溫度： 制成時(shí)間短的水泥有時(shí)溫度較高對(duì)減水劑塑化效果影響較大。所以使用剛出磨或出磨溫度較高（60）的水泥，就會(huì)出現(xiàn)減水率低，坍落度經(jīng)時(shí)損失快的現(xiàn)象。 建議： 盡量使用陳放時(shí)間稍長(zhǎng)的水泥。就可避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象。,外加劑方面的影響因素,1.1 高效減水劑的種類 目前商用高效減水劑主要有：萘系減水劑、三聚氰胺減水劑和新型的聚羧酸鹽系和氨基磺酸鹽系高效減水劑。其中以萘系減水劑使用量最大。

7、1.2 外加劑對(duì)適應(yīng)性的影響 首先是高效減水劑的性能與品質(zhì)、化學(xué)成分、分子量、交聯(lián)度、磺化程度、和平衡離子等。 1.3 萘系減水劑 萘系減水劑中硫酸鈉（Na2SO4）含量是影響其性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。硫酸鈉含量高，減水效果差。坍落度經(jīng)時(shí)損失相應(yīng)增大。,外加劑方面的影響因素,1.3 萘系減水劑 有些廠家為節(jié)約成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力，采用不正當(dāng)手段： 使用低品位粗苯，部分或全部取代高品位工業(yè)苯。 是萘系減水劑中摻入成本較低的木鈣致使減水劑質(zhì)量下降。 1.4 新型的聚羧酸鹽系和氨基磺酸鹽系高效減水劑 新型的聚羧酸鹽系和氨基磺酸鹽系高效減水劑，與水泥具有較好的適應(yīng)性，但對(duì)流態(tài)高強(qiáng)泵送混凝土常常必須同時(shí)考慮外加

8、劑與礦物摻合料（如磨細(xì)石灰石粉、礦渣粉、粉煤灰、硅灰、膨脹劑等）的適應(yīng)性。,環(huán)境條件的影響因素,環(huán)境條件的影響 在考慮水泥與外加劑適應(yīng)性能時(shí)，離不開一定的環(huán)境條件，最主要的有：溫度、時(shí)間、濕度等。 如泵送砼坍落度值會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而損失，會(huì)隨溫度的增加而加大損失速率，早強(qiáng)劑會(huì)隨濕度的降低而損失強(qiáng)度等。,混凝土減水劑的發(fā)展歷程,第一代：普通減水劑（減水率8%） 木質(zhì)素磺酸鹽 糖蜜類 第二代：高效減水劑（減水率12%） -萘磺酸鹽甲醛縮合物 多環(huán)芳烴磺酸鹽甲醛縮合物 三聚氰胺（蜜胺）系減水劑 氨基磺酸鹽減水劑 脂肪族羥基磺酸鹽減水劑 第三代：高性能減水劑 第一類聚羧酸：甲基丙烯酸甲基丙烯酸甲酯型聚羧

9、酸鹽（日本） 第二類聚羧酸：烯丙醚型聚羧酸鹽（日本） 第三類聚羧酸：酰胺酰亞胺型聚羧酸鹽（美國(guó)） 第四類聚羧酸：聚酰胺聚乙烯乙二醇支鏈,水泥與外加劑相容性水泥熟料礦物主要特征,水泥礦物組成對(duì)外加劑相容性的影響,四種礦物對(duì)外加劑的吸附速度及吸附量： C3AC4AFC3SC2S 足量的SO42-可使FDN在C3A上吸附量由150mg/g降低至12.4mg/g。 四種礦物對(duì)外加劑吸附活性順序： C3AC4AFC3SC2S C3A含量高時(shí)，減水作用減??！,水泥礦物組成對(duì)外加劑相容性的影響,C3A礦物對(duì)外加劑相容性的影響： C3A含量過高會(huì)造成混凝土流動(dòng)性低，坍落度損失大，外加劑摻量高等相容性不良現(xiàn)象。

10、水泥中的C3A含量控制在7%，對(duì)適應(yīng)性有利。 C3A活性取決于其形態(tài)（晶態(tài)或玻璃態(tài)）：熟料采取快速冷卻的方式可提高C3A玻璃態(tài)含量，減少活性高的晶態(tài)含量，有利于適應(yīng)性的提高。 及時(shí)獲得合適數(shù)量可溶解的硫酸鹽（二水或半水石膏）可抑制C3A快速水化。減少對(duì)外加劑的吸附，進(jìn)而提高相容性。石膏摻量不足將導(dǎo)致閃凝，摻量過多或因磨溫過高則半水石膏析出導(dǎo)致假凝。 相同煅燒制度下：熟料中溶劑礦物越多、溶劑礦物中C3A含量越多、硅酸鹽礦物中C3S含量越多，其水泥對(duì)應(yīng)的外加劑飽和點(diǎn)摻量將增大，漿體流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失加劇，與外加劑相容性越差。,水泥礦物組成對(duì)外加劑相容性的影響,C4AF礦物對(duì)外加劑相容性的影響： 若水泥

11、中C3A、C4AF含量較高，大量減水劑被其吸附，占水泥成分相對(duì)較多的C3S、C2S就顯得外加劑吸附量不足，動(dòng)電電位明顯下降，導(dǎo)致混凝土坍落度損失。 水泥中C3A、C4AF含量較高時(shí)，減水劑分散效果較差?；炷撂涠葥p失較大，需要采用較大的減水劑摻量和適宜的緩凝劑用量。,水泥礦物組成對(duì)外加劑相容性的影響,C3S礦物對(duì)外相容性的影響： C3S含量的提高，改善了水泥熟料的易磨性，從而使水泥細(xì)顆粒含量相對(duì)增加。 水泥因細(xì)顆粒比例過高，導(dǎo)致早期水化消耗了較多的水分，需水量較大。初始流動(dòng)度屬正常范圍，但經(jīng)時(shí)損失高于一般水泥。,水泥礦物組成對(duì)外加劑相容性的影響,煅燒溫度對(duì)熟料礦物及水泥外加劑相容性的影響：

12、熟料煅燒溫度越高，硅酸鹽礦物固溶Al2O3、Fe2O3等成分的量增多，鐵相固溶體固溶Al2O3的量增大，固溶C3A、C4FA的含量越高，使熟料中C3A的含量減少，C3A/C4FA的比例下降，對(duì)改善其相容性有利。 高溫快燒的熟料，A礦發(fā)育良好，尺寸適中，邊界清晰，水泥強(qiáng)度較高，與外加劑相容性好。低溫?zé)傻氖炝希杷猁}礦物活性較差，水泥強(qiáng)度較低，熟料礦物中析出的C3A、C4FA的含量較高，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大，與外加劑相容性差。,水泥礦物組成對(duì)外加劑相容性的影響,三率值對(duì)熟料礦物及水泥外加劑相容性的影響： 在煅燒溫度較低，高溫段熟料冷卻速度較慢的燒成制度下，三率值中鋁氧率對(duì)相容性的影響較大。鋁氧率

13、升高，相容性顯著變差。 在煅燒溫度較高，高溫帶熟料冷卻速度較快的燒成制度下，三率值中飽和比對(duì)相容性的影響更加顯著。飽和比升高，相容性顯著變差,水泥礦物組成對(duì)外加劑相容性的影響,冷卻速度對(duì)熟料礦物及水泥外加劑相容性的影響： 熟料在高溫范圍（14501200）的快速冷卻，可有利于A礦保持良好的品型，防止C2S的粉化。硅酸鹽礦物活性較高，溶劑礦物多以玻璃體存在。大量減少中間相礦物CA3和C4FA的析晶。因而對(duì)于快冷熟料，即使CA3和C4FA計(jì)算含量較高，由于大部分以玻璃體存在，所磨制的水泥仍與外加劑相容性較好。凝結(jié)時(shí)間正常，水泥強(qiáng)度較高。 慢速冷卻時(shí)：熟料中的-C2S轉(zhuǎn)變?yōu)?C2S，熟料易粉化，礦物

14、活性降低，造成CA3和C4FA大量析晶。水泥與外加劑相容性差。 高溫段冷卻速度越快，結(jié)晶CA3和C4FA的量越少，可顯著改善相容性。 燃燒氣氛對(duì)熟料礦物及水泥外加劑相容性的影響：還原氣氛對(duì)相容性不利。,混合材種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,粉煤灰： 優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、超細(xì)粉煤灰：由于其球形玻璃體的滾珠效應(yīng)，對(duì)外加劑適應(yīng)性較好。 較粗粉煤灰、含碳量較大的粉煤灰：含有較多多孔結(jié)構(gòu)，未燃盡的碳對(duì)外加劑吸附量大，對(duì)外加劑的相容性差。 超細(xì)礦粉（礦渣粉、鋰渣粉）： 除具有較好膠凝性和火山灰性外，還具有微填充效應(yīng)，提高了混凝土的密實(shí)度，有助于提高水泥與外加劑的相容性。 大摻量的超細(xì)礦粉，起到了微集料效應(yīng)，有效

15、減少了水泥及水泥中C3A、C3S等活性礦物含量，改善了與外加劑的相容性。,混合材種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,火山灰、煤矸石、沸騰爐渣、窯灰： 具有較大內(nèi)表面積（爐渣微結(jié)構(gòu)疏松），需水量大，外加劑吸附量大，減水率低，影響相容性。 高摻量易導(dǎo)致嚴(yán)重的混凝土坍落度損失和施工性能差等問題。 干法/半干法脫硫灰： 煙氣脫硫產(chǎn)物、組成主要以硫酸鈣、亞硫酸鈣和殘余脫硫劑為主，具有較好的緩凝作用。 作為調(diào)凝劑摻入水泥時(shí)，常因其含有較高的游離氧化鈣和粘土礦物問題，易導(dǎo)致較嚴(yán)重的相容性問題。 應(yīng)嚴(yán)格控制其摻量（不超過5%）。,混合材種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,細(xì)磨石灰石粉： 石灰石粉達(dá)到一定細(xì)度和用量時(shí)，

16、通?？蛇_(dá)到較滿意的相容性。 石灰石通常會(huì)伴生有粘土（尤其是蒙脫石、蛭石類）雜質(zhì)礦物，其含量較高時(shí)，因其具有很強(qiáng)的吸附性而導(dǎo)致相容性變差。 石灰石伴生的粘土，尤其是蒙脫石、蛭石類雜質(zhì)礦物，對(duì)聚羧酸類減水劑相容性產(chǎn)生不良影響，生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)加重視。 應(yīng)嚴(yán)格控制其摻量（不超過5%）。,石膏種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,石膏種類摻量對(duì)相容性的影響機(jī)理 在加入高效減水劑的低水膠比混凝土中，因水量減少，石膏中溶出的SO42-量減少，其濃度不足以抑制C3A的水化，坍落度損失很快甚至易造成假凝。同時(shí)，高效減水劑的存在干擾了水泥水化活性，更降低了石膏的溶解度，因缺少SO42-，高效減水劑分子上的磺酸根基團(tuán)就會(huì)跟C

17、3A結(jié)合，使溶液中高效減水劑量降低。失去了減水劑對(duì)水泥的分散作用，從而加快了坍落度損失。石膏的溶解性能對(duì)水泥混凝土的凝結(jié)和流動(dòng)性能影響很大。 通常情況下，石膏的調(diào)凝性能適用于水灰比大于0.4的普通混凝土。對(duì)水灰比小于0.4甚至小于0.3的高性能混凝土，對(duì)石膏的溶解度更為敏感。,石膏種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,用作調(diào)凝劑的石膏按結(jié)晶水含量分：主要有天然二水、半水、無水石膏；按來源分：有天然石膏和各類工業(yè)副石膏。 石膏因結(jié)晶形態(tài)不同，對(duì)木鈣、糖鈣減水劑的吸附能力也不同。吸附順序： CaSO4（硬石膏）CaSO4.1/2H2O（半水石膏）CaSO4.2H2O（二水石膏） 以無水石膏做調(diào)凝劑生產(chǎn)的

18、水泥：加入木鈣、糖鈣減水劑時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的不相適應(yīng)狀況，不僅得不到預(yù)期的減水效果，往往會(huì)引起混凝土流動(dòng)性損失過快，或發(fā)生異常凝結(jié)等情況。 含半水石膏、二水石膏的水泥與高效減水劑的相容性比硬石膏好。,石膏種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,石膏種類摻量對(duì)相容性的影響機(jī)理 半水石膏在水泥與水混合的最初幾分鐘內(nèi)，溶解速度顯著高于二水石膏和無水石膏。水泥中存在一定數(shù)量的半水石膏可有效抑制C3A的早期水化，從而改善水泥流變性能。 無水石膏的溶解速度最慢，水泥粉磨時(shí)若全部使用無水石膏或因磨溫過高形成過多的無水石膏，盡管水泥中有足夠的SO3含量，但仍不能有效抑制C3A的早期水化，導(dǎo)致水泥流變性能劣化。 石膏

19、中含有過多的硬石膏，會(huì)損害水泥與減水劑的相容性。木鈣、糖鈣類減水劑會(huì)使硬石膏溶解速度和溶解度大幅降低，導(dǎo)致混凝土異常凝結(jié)。過多的硬石膏會(huì)減少水泥中二水石膏的含量，使溶出的石膏量降低而難以匹配C3A的水化，影響相容性。,石膏種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,石膏種類摻量對(duì)相容性的影響機(jī)理 二水石膏在80140時(shí)逐步向半水石膏轉(zhuǎn)化。半水石膏130200時(shí)逐步向無水石膏轉(zhuǎn)化。 如某廠出磨水泥溫度按照120125控制，以獲得適量的半水石膏，進(jìn)而改善水泥與外加劑的相容性。 石膏中的酸不溶物大致反映了石膏中粘土礦物的含量，蒙蛭類粘土礦物會(huì)明顯損害水泥與減水劑的相容性。 如：某廠規(guī)定石膏中的酸不溶物含量應(yīng)8%

20、，選用蒙蛭類粘土礦物含量高的石膏，更應(yīng)強(qiáng)化該指標(biāo)的控制。,石膏種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,石膏種類摻量對(duì)相容性的影響機(jī)理 磷石膏、脫硫石膏及其它工業(yè)副石膏均為反映合成二水石膏，因成分復(fù)雜，易引起水泥產(chǎn)品質(zhì)量及物化性能的波動(dòng)，影響相容性和凝結(jié)時(shí)間。 天然石膏大多伴生粘土，易受粘土中含有的蒙脫石、蛭石類強(qiáng)吸附性礦物的吸附行為影響，與外加劑相容性差。 溶解速度快，溶解度大的半水石膏含量偏高是假凝的罪魁禍?zhǔn)?。提供適當(dāng)?shù)陌胨嗔浚笴aSO4、C3A的數(shù)量和溶解速率相匹配，對(duì)提高水泥與外加劑相容性比較有利。,石膏種類和品質(zhì)對(duì)外加劑相容性的影響,石膏種類摻量對(duì)相容性的影響機(jī)理 水泥中石膏結(jié)晶形態(tài)可用

21、石膏半水化率來表征。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：石膏半水化率與出磨水泥溫度具有較好的線性相關(guān)性。即隨著出磨水泥溫度升高，二水石膏的半水化率也相應(yīng)升高。 隨著二水石膏的半水化率升高，水泥砂漿流動(dòng)度升高，其相關(guān)程度與減水劑摻量有關(guān)。 啟示：可通過控制水泥粉磨過程中熟料溫度、磨內(nèi)溫度及入磨物料中二水石膏含量來實(shí)現(xiàn)石膏的半水化率。 （入磨熟料溫度100，出磨水泥溫度135，防止石膏脫水）,水泥與外加劑相容性影響因素的總結(jié),影響相容性的因素 影響相容性的因素包括：減水劑自身特性對(duì)塑化作用的影響和水泥特性對(duì)減水劑塑化效果的影響兩方面。水泥中C3A、C3S含量、f-CaO含量、堿含量及形態(tài)、摻入比面積大的火山灰質(zhì)混合材、水泥細(xì)度及顆粒形狀、石膏種類及其摻量、水膠比大小、水泥的存放時(shí)間、水泥溫度等。,改善水泥對(duì)外加劑相容性的建議,建議 將入磨石膏中硬石膏含量25%宜在10%以下。 盡可能選用天然石膏，應(yīng)考慮其粘土環(huán)境，或進(jìn)行必要處理。 控制適宜的出磨水泥溫度（多數(shù)廠在110125）。 應(yīng)進(jìn)行必要的監(jiān)控，防止半水化率過高，導(dǎo)致嚴(yán)重的假凝產(chǎn)生，影響工程應(yīng)用 控制入庫水泥溫度60. 新鮮水泥干燥度強(qiáng)高，正電性強(qiáng)，對(duì)減水劑吸附性強(qiáng)，降低了減水劑的塑化效果。 水泥儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，儲(chǔ)存環(huán)境溫度低，濕度高，水泥與外加劑相容性好。,改善水泥對(duì)外加劑相容性的建議,建議 使用溫度較