水泥与混凝土外加剂相容性的试验研究

水泥与混凝土外加剂相容性的试验研究 水泥与外加剂相容性是生产优质混凝土的重要影响因素，本文通过检测水泥净浆流动度，对比不同矿物组成的熟料及不同条件下的水泥与外加剂相容性的差异，为高性能水泥生产提供参考。1 试验用材料1）水泥、熟料：选择江山南方水泥生产过程中有代表性的样品及小磨制备对比样品。2）混凝土外加剂：不同时间用户提供的多种外加剂。2 试验方法检测水泥、熟料掺入外加剂后的净浆流动度，外加剂掺量按用户提供的推荐掺量加入。3 试验结果及分析3.1 熟料矿物组成对净浆流动度的影响表1 熟料净浆流动度试验记录试样编号熟料矿物组成（%）水泥净浆流动度(mm)窑型外加剂C3SC2SC3AC4AFf-CaOA057.5718.766.779.730.942385000t/d江山南方温州用户提供聚羧酸1.0%A156.7719.877.279.460.89257A258.4418.657.759.500.88240A351.5422.458.179.831.06249A453.5720.738.439.901.07244A556.8817.838.869.961.10238B056.2919.317.059.281.272332500t/d江山南方B147.5226.687.969.651.54244B250.0825.967.989.440.98238B343.6131.188.439.751.18247B456.2516.889.1210.121.75255C051.2325.297.969.94/2495000t/d常山南方C155.6420.618.249.15/247从表1熟料净浆流动度试验结果看：江山南方5000t/d和2500t/d两条生产线熟料，其C3A 含量从6.77%逐步增加至9.12%，C3S含量在43.61%至58.44%之间变动，检测熟料净浆流动度结果比较接近，熟料矿物组成与净浆流动度之间没有形成一定的规律性，与常山南方5000t/d的熟料相比，其净浆流动度结果也未有明显差异。3.2 水泥混合材料对净浆流动度的影响3.2.1试验用材料1）熟料：江山南方5000t/d生产线生产的熟料；2）矿渣：本地钢铁厂矿渣；3）炉渣：本地电厂锅炉渣；4）石煤渣a：本地石灰窑煅烧石灰产生，燃烧较透，已在露天山上堆放几十年；5）石煤渣b：燃烧不完全，亦在露天山上堆放几十年，与石煤渣a不在同一片区；6）自燃渣：劣质石煤在山上的自燃物。7）煤矸石：取自本地。3.2.2水泥配方熟料70%，混合材料30%，二水石膏3.5%。配合料5kg化验室标准小磨分别粉磨27min。3.2.3不同混合材料的水泥净浆流动度见表2。表2 不同混合材料的水泥净浆流动度试验记录试样编号物料配比（%）SO3(%)45m筛余细度(%)水泥净浆流动度(mm)外加剂熟料混合材D010001.9118.6190宁波用户提供萘系1.5%D170矿渣301.7918.1217D270石煤渣a302.1515.6196D370煤矸石301.8416.2143D470石煤渣b301.9914.2137D570炉渣302.0114.6120D670自燃渣301.8715.6108从表2净浆流动度结果可以看出：混合材料对水泥净浆流动度影响显著。其中以掺入矿渣的水泥流动度结果最大，说明掺入矿渣可起到改善相容性的作用。石煤渣、炉渣及自燃渣都是属于火山灰质混合材料，其总体是明显降低水泥与外加剂相容性的。掺煤矸石的水泥流动度比火山灰质材料略好一点。不同火山灰质材料对相容性影响也各不相同，其中自燃渣的水泥净浆流动度最小，炉渣次之，而石煤渣a配制的水泥流动度却超过熟料。可见不同来源的材料对流动度的影响是不相同的。3.3 石膏对净浆流动度的影响试验样品：5kg熟料，掺入适量石膏，化验室标准小磨分别粉磨33min。表3 不同石膏的水泥净浆流动度试验记录编号物料配比（%）SO3(%)比表面积（m2/kg）水泥净浆流动度(mm)外加剂熟料石膏（外掺）E0100.0荆门天然二水石膏4.52.35353250温州用户提供聚羧酸1.0%E1100.0台州脱硫石膏粉4.52.27350267E2100.0乐清脱硫石膏粉4.52.31344247E3100.0兰溪脱硫石膏粉4.52.06344259E4100.0景德镇脱硫石膏粉4.52.35350263E5100.0贵溪脱硫石膏粉4.52.13353252E6100.0江西氟石膏粉3.32.23355278从表3净浆流动度结果看：脱硫石膏配制的水泥与外加剂相容性总体略好于天然二水石膏配制的水泥，但不同来源的脱硫石膏对流动度影响还是有区别的，氟石膏配制的水泥在本次三种石膏对比中与外加剂相容性最好。3.4 水泥助磨剂对净浆流动度的影响在检测水泥助磨剂大磨试验效果时，同时检测掺与不掺助磨剂的水泥净浆流动度，试验结果见表4。其中：编号F0和G0为掺有助磨剂的生产样品，编号F1和G1为停掺助磨剂的空白样，停掺助磨剂时，增加熟料耗5%（保持强度结果基本一致），按比例减少磨内混合材，其它不变。表4 助磨剂对比样品净浆流动度试验记录编号水泥助磨剂水泥净浆流动度(mm)外加剂F0掺1.5248温州用户提供聚羧酸1.0%F1停掺202G0掺1.5273G1停掺233对比表4两组试验结果看出：掺助磨剂的水泥比未掺助磨剂水泥的净浆流动度分别提高了46mm和40mm，说明掺上述助磨剂是能明显改善水泥与外加剂相容性的。分析其中的原因，主要是磨内掺助磨剂后，降低了粉磨过程中形成的静电吸附包球现象及超细颗粒的再次聚结趋势，水泥流动性增强。3.5 水泥中矿粉外掺对净浆流动度的影响试验样品：水泥磨正常生产样，矿粉由磨尾掺入。试验结果见表5。其中：编号F0和F1未掺矿粉，编号G0和G1磨尾掺入10%矿粉。表5 矿粉外掺水泥净浆流动度试验记录编号水泥助磨剂磨尾矿粉掺量水泥净浆流动度(mm)外加剂F0掺1.5/248温州用户提供聚羧酸1.0%G0掺1.510%273F1/202G1/10%233对比表5两组试验结果看出：磨尾掺10%矿粉（矿粉比表面积460m2/kg）的水泥比未掺矿粉水泥的净浆流动度分别提高了25mm和31mm，说明外掺上述矿粉是能改善水泥与外加剂相容性的。3.6 水泥SO3含量对净浆流动度的影响试验样品： PO42.5水泥配方，石膏掺入量2%4.5%，配合料5kg化验室标准小磨分别粉磨28.5min。表6 不同SO3含量的水泥净浆流动度试验记录编号脱硫石膏掺量(%)SO3(%)初凝(min)终凝(min)水泥净浆流动度(mm)外加剂H021.70160220222宁波用户提供脂肪族1.5%H131.93155215239H242.36173240235H34.52.50168225233从表6净浆流动度结果看出：SO3含量1.70%时的水泥流动度最小，随着SO3含量增加，水泥流动度结果有提高，在SO3含量为1.93%时，流动度达到本次试验结果的最大值，随后SO3含量增加，其净浆流动度又有所减小，但变动的幅度很小。3.7 水泥粗细程度对净浆流动度的影响试验样品：编号I0、J0为江山南方2#、4#水泥磨生产的PO42.5水泥，称为原样，与之进行的对比样编号I1、J1，系原样品2kg分别在化验室标准小磨粉磨3min后制得。表7 不同粗细程度的水泥净浆流动度试验记录编号生产磨机比表面积(m2/kg)45m筛余细度(%)水泥净浆流动度(mm)外加剂I02#磨（原样）3638.0259衢州用户提供萘系1.8%I12#磨（对比样）3816.7208J04#磨（原样）4169.9189J14#磨（对比样）4457.1155对比表7两组试验结果看出： 在对比样I1比原样I0比表面积增大18 m2/kg，45m筛余细度下降1.3%的情况下，水泥净浆流动度下降51mm，下降幅度大；在对比样J1比原样J0比表面积增大29 m2/kg，45m筛余细度下降2.8%的情况下，水泥净浆流动度下降34mm，下降幅度亦非常明显。两组试验表明，水泥的粗细程度对净浆流动度影响明显，特别是水泥的比表面积，与流动度的相关性非常好。3.8 水泥磨对净浆流动度的影响江山南方水泥磨主要包括2台闭流磨，规格为4.213m，配辊压机；3台开流磨，规格为3.813m，配辊压机。检测两种磨机水泥的比表面积、颗粒级配及净浆流动度，可见开流磨和闭流磨生产的水泥有明显的差异，试验结果见表8。表8 不同水泥磨水泥净浆流动度试验记录编号磨机号比表面积(m2/kg)颗粒级配（%）3 m332m3265m45m65m80m水泥净浆流动度(mm)外加剂K02#（闭流磨）35015.9358.3024.4810.421.280.09245宁波用户提供萘系1.5%K15# （开流磨）38818.0456.9923.0610.871.920.20180K23#（开流磨）40919.0355.4222.7212.482.830.57158从表8试验结果可以看出： 闭流磨生产的水泥，其365m的中间颗粒多于开流磨，3m和45m的两头颗粒都小于开流磨，说明闭流磨生产的水泥粗粉少，超细粉也少，颗粒相对集中，同时闭流磨水泥比表面积明显比开流磨小，其净浆流动度明显比开流磨好。可见，选择不同的磨机能影响到水泥的颗粒级配，进而影响水泥与外加剂的相容性。3.9 水泥新鲜度对净浆流动度的影响表9 不同新鲜度的水泥净浆流动度试验记录编号生产日期试验日期水泥净浆流动度(mm)外加剂L07月31日7月31日174宁波用户提供脂肪族1.5%8月23日187从表9净浆流动度结果可以看出：水泥存放23天后，净浆流动度扩大13mm，说明水泥进行陈化一段时间后，与外加剂相容性会得到一些改善。根据观察，水泥在存放量大，贮存条件好（密封干燥）的情况下，存放时间对流动度的影响相对小些，相反，在阴雨天气，水泥贮存条件差的情况下，存放时间对流动度的影响会更加明显。3.10 水泥生产季节对净浆流动度的影响 统计不同季节4#、5#磨生产的水泥净浆流动度，其流动度平均值见表10。表10 不同季节的水泥净浆流动度试验统计水泥强度等级生产时间水泥平均净浆流动度(mm)外加剂4#磨生产5#磨生产42.52012年1月-4月（冬季）248251衢州用户提供聚羧酸1.0%2012年7月-9月（夏季）2222022013年4月-5月（春季）239241温州用户提供聚羟酸1.0%2013年7月-9月（夏季）214230从表10净浆流动度结果可以看出：4#、5#水泥磨的水泥，2012年冬天的净浆流动度分别比当年夏天的流动度高出26mm和49mm；2013年春天的流动度分别比夏天的流动度高出25mm和11mm。说明水泥与外加剂相容性是受到高温季节影响的。4 结论1）在本次熟料与外加剂相容性试验中，熟料矿物组成的变化对净浆流动度的影响不明显，也无规律；不同窑型，不同来源的熟料，其净浆流动度亦无明显的差异性。2）水泥中的混合材料、石膏、助磨剂及外掺矿粉对水泥与外加剂相容性都是有影响的。其中混合材料为矿渣和外掺矿粉的水泥，其净浆流动度提高，与外加剂相容性得到改善，而掺火山灰质混合材料及煤矸石的水泥，其净浆流动度减少，不利于相容性。试验中掺不同石膏的水泥与外加剂相容性有不同，其净浆流动度按大小顺序分别为掺氟石膏的水泥大于掺脱硫石膏的水泥，掺脱硫石膏的水泥大于掺天然二水石膏的水泥。另外试验表明掺助磨剂对改善水泥与外加剂相容性是非常明显的。3）在一定的范围内，水泥中SO3含量过高过低都不利于相容性，其含量控制有最佳值。水泥的粗细程度对外加剂相容性影响明显，其表现为水泥比表面积增大，水泥的净浆流动度同步减小，两者之间的相关性非常好