环境管理_水泥与外加剂的相容性

水泥与外加剂的相容性 主讲 杨小峰 库车天山水泥有限责任公司2014 3 28 课件纲要 相容性的概念外加剂与水泥的作用水泥对相容性的影响相容性的监控与调整改善水泥与外加剂相容性的措施原因分析与查找办法 序言 随着预拌混凝土的飞速发展 混凝土配合比的设计除了考虑混凝土的强度 耐久性之外 还要更加注意其工作性能 水泥与减水剂的相容性是影响混凝土工作性能的重要因素 水泥与减水剂的相容性不好 可能是外加剂的原因 也可能是水泥品质的原因 也可能是使用方法造成的 或是几种因素共同起作用引起的 具体问题具体对待 查准原因 实现水泥与外加剂的 双向适应 性 相容性的概念 所谓相容性 就是使用相同减水剂或水泥时 由于水泥或外加剂质量变化而引起水泥净浆流动性 经时损失的变化程度以及为获得相同流动性而导致减水剂的掺量的变化程度 存在的相容性问题主要有 流动性变差 减水率低或根本无减税效果 坍落度损失快 甚至降低混凝土强度 凝结速度太快 缓凝 混凝土泌水 分层离析现象 或拌合物板结 发热等现象 详见 JC T1073 2008 水泥与减水剂相容性试验方法 相容性的概念 减水剂掺量不大 就达到饱和点 且1小时的流动度变化小 就认为减水剂与水泥的相容性好 反之 则称其相容性差 Aiticin 加拿大 一般情况下 饱和点掺量可有效表征减水剂在水泥表面的吸附量 可以通过饱和点的变化来判定水泥与减水剂的相容性 减水剂的饱和掺量随着拌合时间增大而增大 说明减水剂在不断消耗 主要包括三个方面 一是水泥方面 主要包括 水泥矿物成分 石膏种类及掺量 碱含量 游离氧化钙含量 混合材种类及掺量 细度及颗粒组成 制成时间 新鲜程度 和温度等 二是外加剂方面 比如 高效减水剂的化学成分 分子量 交联度 磺化程度 平衡离子度以及缓凝剂的种类和用量等 三是环境条件 如湿度 温度 风速和季节等 影响水泥与外加剂相容性的因素 水泥方面的影响因素 1 1水泥熟料矿物成分 水泥熟料中四大矿物成分C3S C2S C3A C4FA对外加剂的吸附能力大不一样 C3A对减水剂的吸附量远远高于其它矿物成分 依次是 C3A C4FA C3S C2S 原因主要取决于 水泥水化速度及水化产物的比表面积 1 2石膏种类和掺量 水泥温度过高 易造成二水石膏部分脱水转变成半水石膏 导致水泥净浆发生快凝而影响水泥与减水剂的适应性 石膏掺量过少 水泥中SO3含量较低 使用减水剂时会产生坍落度损失很大 甚至急凝现象 水泥方面的影响因素 1 3混合材料的种类 不同种类混合材料对减水剂的吸附产生不同影响 矿渣对萘系减水剂的吸附量小于煤矸石 掺矿渣的水泥对萘系减水剂适应性较掺煤矸石的水泥要好 掺火山灰的水泥与减水剂适应性较差 主要表现在 水泥流动性差 经时损失大 掺不同品种的粉煤灰时 水泥与减水剂的适应性差异较大 优质粉煤灰 含碳量 5 塑化效果好 粗粉煤灰 含碳量 5 塑化效果差 水泥方面的影响因素 1 4碱含量 随着水泥碱含量的增大 高效减水剂对水泥减水剂的塑化效果差 还会造成砼凝结时间缩短和坍落度经时损失变大 并存在有碱 骨料反应的潜在危机 应尽量减少碱含量 0 6 的水泥 1 5F CaO含量 熟料中F CaO含量高 煅烧质量差 与外加剂相容性差 水泥方面的影响因素 1 6水泥细度及颗粒组成 水泥中粗细颗粒级配恰当 则可得到良好的流变性能 水泥中3 30 m的颗粒主要起到强度增长作用 而大于60 m的颗粒 则对强度不起作用 3 30 m以下的颗粒只起枣强作用 但颗粒小于10 m的颗粒 需水量大 因此流变性能好的水泥10 m以下的颗粒应小于10 一般情况下 随着水泥细度的提高 比表面积增大 对减水剂的吸附量越大 减水塑化效应降低 经时损失相应加剧 水泥方面的影响因素 1 7水泥制成及温度 制成时间短的水泥有时温度较高对减水剂塑化效果影响较大 所以使用刚出磨或出磨温度较高 60 的水泥 就会出现减水率低 坍落度经时损失快的现象 建议 尽量使用陈放时间稍长的水泥 就可避免出现上述现象 外加剂方面的影响因素 1 1高效减水剂的种类目前商用高效减水剂主要有 萘系减水剂 三聚氰胺减水剂和新型的聚羧酸盐系和氨基磺酸盐系高效减水剂 其中以萘系减水剂使用量最大 1 2外加剂对适应性的影响首先是高效减水剂的性能与品质 化学成分 分子量 交联度 磺化程度 和平衡离子等 1 3萘系减水剂萘系减水剂中硫酸钠 Na2SO4 含量是影响其性能的一项重要指标 硫酸钠含量高 减水效果差 坍落度经时损失相应增大 外加剂方面的影响因素 1 3萘系减水剂有些厂家为节约成本 提高竞争力 采用不正当手段 使用低品位粗苯 部分或全部取代高品位工业苯 是萘系减水剂中掺入成本较低的木钙致使减水剂质量下降 1 4新型的聚羧酸盐系和氨基磺酸盐系高效减水剂新型的聚羧酸盐系和氨基磺酸盐系高效减水剂 与水泥具有较好的适应性 但对流态高强泵送混凝土常常必须同时考虑外加剂与矿物掺合料 如磨细石灰石粉 矿渣粉 粉煤灰 硅灰 膨胀剂等 的适应性 环境条件的影响因素 环境条件的影响在考虑水泥与外加剂适应性能时 离不开一定的环境条件 最主要的有 温度 时间 湿度等 如泵送砼坍落度值会随时间的延长而损失 会随温度的增加而加大损失速率 早强剂会随湿度的降低而损失强度等 混凝土减水剂的发展历程 第一代 普通减水剂 减水率 8 木质素磺酸盐糖蜜类第二代 高效减水剂 减水率 12 萘磺酸盐甲醛缩合物多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物三聚氰胺 蜜胺 系减水剂氨基磺酸盐减水剂脂肪族羟基磺酸盐减水剂第三代 高性能减水剂第一类聚羧酸 甲基丙烯酸 甲基丙烯酸甲酯型聚羧酸盐 日本 第二类聚羧酸 烯丙醚型聚羧酸盐 日本 第三类聚羧酸 酰胺 酰亚胺型聚羧酸盐 美国 第四类聚羧酸 聚酰胺 聚乙烯乙二醇支链 水泥与外加剂相容性 水泥熟料矿物主要特征 水泥矿物组成对外加剂相容性的影响 四种矿物对外加剂的吸附速度及吸附量 C3A C4AF C3S C2S足量的SO42 可使FDN在C3A上吸附量由150mg g降低至12 4mg g 四种矿物对外加剂吸附活性顺序 C3A C4AF C3S C2SC3A含量高时 减水作用减小 水泥矿物组成对外加剂相容性的影响 C3A矿物对外加剂相容性的影响 C3A含量过高会造成混凝土流动性低 坍落度损失大 外加剂掺量高等相容性不良现象 水泥中的C3A含量控制在7 对适应性有利 C3A活性取决于其形态 晶态或玻璃态 熟料采取快速冷却的方式可提高C3A玻璃态含量 减少活性高的晶态含量 有利于适应性的提高 及时获得合适数量可溶解的硫酸盐 二水或半水石膏 可抑制C3A快速水化 减少对外加剂的吸附 进而提高相容性 石膏掺量不足将导致闪凝 掺量过多或因磨温过高则半水石膏析出导致假凝 相同煅烧制度下 熟料中溶剂矿物越多 溶剂矿物中C3A含量越多 硅酸盐矿物中C3S含量越多 其水泥对应的外加剂饱和点掺量将增大 浆体流动性经时损失加剧 与外加剂相容性越差 水泥矿物组成对外加剂相容性的影响 C4AF矿物对外加剂相容性的影响 若水泥中C3A C4AF含量较高 大量减水剂被其吸附 占水泥成分相对较多的C3S C2S就显得外加剂吸附量不足 动电电位明显下降 导致混凝土坍落度损失 水泥中C3A C4AF含量较高时 减水剂分散效果较差 混凝土坍落度损失较大 需要采用较大的减水剂掺量和适宜的缓凝剂用量 水泥矿物组成对外加剂相容性的影响 C3S矿物对外相容性的影响 C3S含量的提高 改善了水泥熟料的易磨性 从而使水泥细颗粒含量相对增加 水泥因细颗粒比例过高 导致早期水化消耗了较多的水分 需水量较大 初始流动度属正常范围 但经时损失高于一般水泥 水泥矿物组成对外加剂相容性的影响 煅烧温度对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响 熟料煅烧温度越高 硅酸盐矿物固溶Al2O3 Fe2O3等成分的量增多 铁相固溶体固溶Al2O3的量增大 固溶C3A C4FA的含量越高 使熟料中C3A的含量减少 C3A C4FA的比例下降 对改善其相容性有利 高温快烧的熟料 A矿发育良好 尺寸适中 边界清晰 水泥强度较高 与外加剂相容性好 低温烧成的熟料 硅酸盐矿物活性较差 水泥强度较低 熟料矿物中析出的C3A C4FA的含量较高 水泥标准稠度用水量大 与外加剂相容性差 水泥矿物组成对外加剂相容性的影响 三率值对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响 在煅烧温度较低 高温段熟料冷却速度较慢的烧成制度下 三率值中铝氧率对相容性的影响较大 铝氧率升高 相容性显著变差 在煅烧温度较高 高温带熟料冷却速度较快的烧成制度下 三率值中饱和比对相容性的影响更加显著 饱和比升高 相容性显著变差 水泥矿物组成对外加剂相容性的影响 冷却速度对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响 熟料在高温范围 1450 1200 的快速冷却 可有利于A矿保持良好的品型 防止C2S的粉化 硅酸盐矿物活性较高 溶剂矿物多以玻璃体存在 大量减少中间相矿物CA3和C4FA的析晶 因而对于快冷熟料 即使CA3和C4FA计算含量较高 由于大部分以玻璃体存在 所磨制的水泥仍与外加剂相容性较好 凝结时间正常 水泥强度较高 慢速冷却时 熟料中的 C2S转变为 C2S 熟料易粉化 矿物活性降低 造成CA3和C4FA大量析晶 水泥与外加剂相容性差 高温段冷却速度越快 结晶CA3和C4FA的量越少 可显著改善相容性 燃烧气氛对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响 还原气氛对相容性不利 混合材种类和品质对外加剂相容性的影响 粉煤灰 优质的粉煤灰 超细粉煤灰 由于其球形玻璃体的滚珠效应 对外加剂适应性较好 较粗粉煤灰 含碳量较大的粉煤灰 含有较多多孔结构 未燃尽的碳对外加剂吸附量大 对外加剂的相容性差 超细矿粉 矿渣粉 锂渣粉 除具有较好胶凝性和火山灰性外 还具有微填充效应 提高了混凝土的密实度 有助于提高水泥与外加剂的相容性 大掺量的超细矿粉 起到了微集料效应 有效减少了水泥及水泥中C3A C3S等活性矿物含量 改善了与外加剂的相容性 混合材种类和品质对外加剂相容性的影响 火山灰 煤矸石 沸腾炉渣 窑灰 具有较大内表面积 炉渣微结构疏松 需水量大 外加剂吸附量大 减水率低 影响相容性 高掺量易导致严重的混凝土坍落度损失和施工性能差等问题 干法 半干法脱硫灰 烟气脱硫产物 组成主要以硫酸钙 亚硫酸钙和残余脱硫剂为主 具有较好的缓凝作用 作为调凝剂掺入水泥时 常因其含有较高的游离氧化钙和粘土矿物问题 易导致较严重的相容性问题 应严格控制其掺量 不超过5 混合材种类和品质对外加剂相容性的影响 细磨石灰石粉 石灰石粉达到一定细度和用量时 通常可达到较满意的相容性 石灰石通常会伴生有粘土 尤其是蒙脱石 蛭石类 杂质矿物 其含量较高时 因其具有很强的吸附性而导致相容性变差 石灰石伴生的粘土 尤其是蒙脱石 蛭石类杂质矿物 对聚羧酸类减水剂相容性产生不良影响 生产中应严加重视 应严格控制其掺量 不超过5 石膏种类和品质对外加剂相容性的影响 石膏种类掺量对相容性的影响机理在加入高效减水剂的低水胶比混凝土中 因水量减少 石膏中溶出的SO42 量减少 其浓度不足以抑制C3A的水化 坍落度损失很快甚至易造成假凝 同时 高效减水剂的存在干扰了水泥水化活性 更降低了石膏的溶解度 因缺少SO42 高效减水剂分子上的磺酸根基团就会跟C3A结合 使溶液中高效减水剂量降低 失去了减水剂对水泥的分散作用 从而加快了坍落度损失 石膏的溶解性能对水泥混凝土的凝结和流动性能影响很大 通常情况下 石膏的调凝性能适用于水灰比大于0 4的普通混凝土 对水灰比小于0 4甚至小于0 3的高性能混凝土 对石膏的溶解度更为敏感 石膏种类和品质对外加剂相容性的影响 用作调凝剂的石膏按结晶水含量分 主要有天然二水 半水 无水石膏 按来源分 有天然石膏和各类工业副石膏 石膏因结晶形态不同 对木钙 糖钙减水剂的吸附能力也不同 吸附顺序 CaSO4 硬石膏 CaSO4 1 2H2O 半水石膏 CaSO4 2H2O 二水石膏 以无水石膏做调凝剂生产的水泥 加入木钙 糖钙减水剂时 可能会出现严重的不相适应状况 不仅得不到预期的减水效果 往往会引起混凝土流动性损失过快 或发生异常凝结等情况 含半水石膏 二水石膏的水泥与高效减水剂的相容性比硬石膏好 石膏种类和品质对外加剂相容性的影响 石膏种类掺量对相容性的影响机理半水石膏在水泥与水混合的最初几分钟内 溶解速度显著高于二水石膏和无水石膏 水泥中存在一定数量的半水石膏可有效抑制C3A的早期水化 从而改善水泥流变性能 无水石膏的溶解速度最慢 水泥粉磨时若全部使用无水石膏或因磨温过高形成过多的无水石膏 尽管水泥中有足够的SO3含量 但仍不能有效抑制C3A的早期水化 导致水泥流变性能劣化 石膏中含有过多的硬石膏 会损害水泥与减水剂的相容性 木钙 糖钙类减水剂会使硬石膏溶解速度和溶解度大幅降低 导致混凝土异常凝结 过多的硬石膏会减少水泥中二水石膏的含量 使溶出的石膏量降低而难以匹配C3A的水化 影响相容性 石膏种类和品质对外加剂相容性的影响 石膏种类掺量对相容性的影响机理二水石膏在80 140 时逐步向半水石膏转化 半水石膏130 200 时逐步向无水石膏转化 如某厂出磨水泥温度按照120 125 控制 以获得适量的半水石膏 进而改善水泥与外加剂的相容性 石膏中的酸不溶物大致反映了石膏中粘土矿物的含量 蒙蛭类粘土矿物会明显损害水泥与减水剂的相容性 如 某厂规定石膏中的酸不溶物含量应 8 选用蒙蛭类粘土矿物含量高的石膏 更应强化该指标的控制 石膏种类和品质对外加剂相容性的影响 石膏种类掺量对相容性的影响机理磷石膏 脱硫石膏及其它工业副石膏均为反映合成二水石膏 因成分复杂 易引起水泥产品质量及物化性能的波动 影响相容性和凝结时间 天然石膏大多伴生粘土 易受粘土中含有的蒙脱石 蛭石类强吸附性矿物的吸附行为影响 与外加剂相容性差 溶解速度快 溶解度大的半水石膏含量偏高是假凝的罪魁祸首 提供适当的半水石膏量 使CaSO4 C3A的数量和溶解速率相匹配 对提高水泥与外加剂相容性比较有利 石膏种类和品质对外加剂相容性的影响 石膏种类掺量对相容性的影响机理水泥中石膏结晶形态可用石膏半水化率来表征 实验数据表明 石膏半水化率与出磨水泥温度具有较好的线性相关性 即随着出磨水泥温度升高 二水石膏的半水化率也相应升高 随着二水石膏的半水化率升高 水泥砂浆流动度升高 其相关程度与减水剂掺量有关 启示 可通过控制水泥粉磨过程中熟料温度 磨内温度及入磨物料中二水石膏含量来实现石膏的半水化率 入磨熟料温度 100 出磨水泥温度 135 防止石膏脱水 水泥与外加剂相容性影响因素的总结 影响相容性的因素影响相容性的因素包括 减水剂自身特性对塑化作用的影响和水泥特性对减水剂塑化效果的影响两方面 水泥中C3A C3S含量 f CaO含量 碱含量及形态 掺入比面积大的火山灰质混合材 水泥细度及颗粒形状 石膏种类及其掺量 水胶比大小 水泥的存放时间 水泥温度等 改善水泥对外加剂相容性的建议 建议将入磨石膏中硬石膏含量 25 宜在10 以下 尽可能选用天然石膏 应考虑其粘土环境 或进行必要处理 控制适宜的出磨水泥温度 多数厂在110 125 应进行必要的监控 防止半水化率过高 导致严重的假凝产生 影响工程应用 控制入库水泥温度 60 新鲜水泥干燥度强高 正电性强 对减水剂吸附性强 降低了减水剂的塑化效果 水泥储存时间长 储存环境温度低 湿度高 水泥与外加剂相容性好 改善水泥对外加剂相容性的建议 建议使用温度较高的水泥 会出现减水率低 坍落度损失快的现象 使用陈芳时间长的水泥