水泥与混凝土外加剂的适应性

水泥与混凝土减水剂适应性影响因素及其改善措施,主讲人:蒋正武博士电话13501961039单位：同济大学材料科学与工程学院E-mail：jzhw日期:2009年5月22日郑州,主要内容,概述水泥基本知识减水剂作用机理及其发展概况水泥-外加剂适应性的影响因素分析评价水泥-减水剂适应性的检测方法减水剂应用中常见问题分析,概述,水泥与减水剂的适应性问题已经成为困扰混凝土工作者的一个难题，影响外加剂应用效果和推广应用出现的问题、现象众多。影响因素极其错综复杂，涉及到：水泥和其他矿物掺合料：物理和化学性能减水剂：高分子材料学、表面物理化学和电化学骨料性能混凝土拌合物性能。适应性概念是什么？,外加剂与水泥产生不相适应性的后果,影响混凝土拌合物及硬化后的质量影响施工造成退货造成返工影响工期影响效率引起纠纷,水泥厂,外加剂厂,施工单位,混凝土供应商,按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到用按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土中，一般产生两种情况1）能够产生应有的效果，就认为该水泥与这种外加剂是适应的2）如果不能产生应有的效果，则该水泥与这种外加剂之间存在不适应性,混凝土外加剂与水泥适应性的概念,适应性的概念,水泥与高效减水剂适应性包括三个方面：初始工作性（坍落度、扩展度)是否有明确的饱和点工作性损失情况,适应性的概念,水泥与减水剂适应时：减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；没有离析和泌水现象；坍落度随时间变化损失相应较小；对混凝土的强度等性能无负面影响。不适应时：初始坍落度小，坍落度损失快，离析，泌水，外加剂用量增加。,容易出现适应性问题的外加剂1)减水剂(普通减水剂、高效减水剂)2)缓凝剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂3)速凝剂4)引气剂5)泵送剂(普通泵送剂、高效泵送剂)6)控制混凝土坍落度损失的外加剂7)膨胀剂,常出现的不适应性现象,混凝土拌合料在搅拌机中就变得干硬无法卸料泵送时堵泵减水率低或坍落度损失过快等,究竟谁的产品出了问题？,搅拌站水泥厂外加剂厂,通常的应急措施,不增加水泥，而单纯增大用水量,W/C增大,强度下降、耐久性降低,同时增加水泥和用水量,浆量增加,成本增加、开裂增加、耐久性降低,施工现场加水,局部W/C增大,承载力、耐久性下降,减水剂作用效果,减水剂,水泥,掺量掺加方法,影响水泥与外加剂适应性的因素,水泥外加剂外加剂掺量与掺加方法其它,水泥基本知识概述,水泥生产工艺水泥熟料矿物组成及特征水泥的水化硬化水泥物理化学性能的影响,一、水泥基本知识概述,水泥的性能主要取决于水泥熟料的质量，优质的水泥熟料应该具有合适的矿物组成和良好的岩相结构。水泥的矿物组成及其比例对减水剂适应性关系非常密切。掺和料对减水剂适应性有较大影响。影响适应性的主要因素分析。,硅酸盐类水泥,硅酸盐类水泥是硅酸盐类水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，即国外统称的波特兰水泥。硅酸盐类水泥分两种型号：不掺混合材料的称型硅酸盐水泥，在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥重量5%石灰石或矿渣混合材料的称为型硅酸盐水泥。,硅酸盐类水泥的生产硅酸盐类水泥的生产过程是“两磨一烧”，即（1）将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料：（2）将生料煅烧使之部分熔融形成熟料；（3）将熟料与适量的石膏共同磨细成为硅酸盐类水泥。其主要过程如下图：硅酸盐水泥生产过程,水泥生產流程圖（二磨一燒）,水泥生產過程,石灰岩採石（壓碎）,其它原料,粘土/頁岩採石（壓碎）,儲料,儲料,研磨及混料,研磨及混料,儲存和最後混料,預熱,燒結（窯）,石膏,完成研磨,儲料,銷售至市場,原料處理研磨,燒,結,熱料研磨,(1)濕式法,濕式、乾式、半濕式製程,(2)乾式法,濕式、乾式、半濕式製程,氣體流線,水泥製造原料的高溫反應及煆燒生成物,粘土分解：,石灰岩分解：（排放CO2）,水泥原料在旋窯中燒結成水泥熟料礦物,（一）水泥熟料矿物组成及特征,1矿物组成,2水泥矿物的主要特征,1）C3S：水泥熟料的主要矿物，其含量一般为50%左右。水化较快，强度发展比较快，凝结时间正常，水化热较高。单矿物胶粒动电性质呈“阴性”。2）C2S：水泥熟料中以型存在，其含量一般为20%左右。-C2S水化较慢（28d仅水化20%左右），凝结硬化缓慢，早期强度较低，水化热较低。单矿物胶粒动电性质呈“阴性”。,3）C3A：含量在7%-15%之间。水化迅速，放热量大，凝结时间很快（若不加石膏，易使水泥急凝），硬化也很快，其强度在3d几乎大部分已发挥出来，早期强度高但绝对值不高，干缩大，抗硫酸盐性能差。单矿物胶粒动电性质呈“阳性”（即带正电荷）。4）C4AF：含量为10%-18%。水化强度介于C3A与C3S之间，早期强度发挥较快，但后期还能不断增长，抗冲击和抗硫酸盐性能较好。单矿物胶粒动电性质呈“阳性”。,水泥矿物的主要特征,5）CSH2（CS）：熟料粉磨成细粉时掺入5%左右的石膏，不仅可调节凝结时间，同时还能提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等一系列性能。单矿物石膏（尤其是CS）胶粒动电性质呈很强的“阳性”。,水泥矿物的主要特征,硅酸盐类水泥的凝结硬化水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。然后逐渐产生强度不断提高，最后变成坚硬的石状物水泥石，这一过程称为硬化。水泥的凝结和硬化是人为划分的，实际上是一个连续、复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥石的某些性质，对水泥石的应用有着重要意义。,（二）水泥的水化硬化,C3S：2(3CaO.SiO2)+6H2O3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2(C-S-H)(CH)C2S：2(2CaO.SiO2)+4H2O3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2,C3A（在石膏存在的条件下）:3CaO.Al2O3+3(CaSO4.2H2O)+26H2O3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O钙矾石（AFt）C4AF：与C3A水化硬化状况基本相似。,CalciumSilicateHydrate(C3S2H8),2C3S+11H=C3S2H8+3CH2C2S+9H=C3S2H8+CH,CalciumHydroxide(CH),钙矾石,总之，水泥的水化产物主要为:（C-S-H）约占70%左右;（CH）约占20%左右;（AFt）约占7%左右。,水泥水化放热曲线,C3AandC4AF,C3S,C2S,水泥标号和水灰比是影响混凝土抗压强度的主要因素:fcc28=AK0fcb（C/W-B）（而减水剂能起到显著降低混凝土水灰比的作用）,混凝土强度与水灰比之间的关系,不完全密实的混凝土,振动,人工捣实,完全密实的混凝土,抗压强度,水灰比,（三）水泥物理化学性能的影响,水泥物理化学性能的影响,水泥的矿物组成吸附顺序C3AC4AFC3SC2S，在高效减水剂掺量相同的情况，C3A和C4AF含量较高的水泥浆体中，减水剂的分散效果较差。C3A活性（取决于其形态和熟料硫化程度）混合材品种高效减水剂对矿渣水泥和粉煤灰水泥的适应性较好；而对火山灰、焙烧煤矸石及窑皮为混合材的水泥的适应性较差，这时要达到预期的效果，就需要适当增加高效减水剂的掺量。,水泥物理化学性能的影响,水泥的细度水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多。水泥的陈化时间使用刚出磨的水泥和出磨温度还较高的水泥，就会出现减水率低、坍落度损失快的现象。使用陈放时间稍长的水泥，就可以避免出现上述现象。水泥的碱含量AAR碱含量过大会导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度经时损失变大。,水泥物化学性能的影响,可溶性碱类的重要性（控制流动性和流动性损失的主要参数之一）：碱性硫酸盐少的水泥，由于减水剂强烈的吸附，导致混凝土坍落度损失特别快；可溶性碱含量增加时，吸附减水剂量线性下降。可溶性碱的最佳值为0.40.5%Na2O当量，低于最佳值时加入Na2SO4，水泥流动性会显著增加。,水泥物理化学性能的影响,石膏的形态：水泥中SO42-离子的溶解速度必须和C3A的活性平衡不同形态石膏的溶解度(25，以无水CaSO4计)石膏形态溶解度(g/L)二水石膏2.08半水石膏6.20半水石膏8.15可溶性无水石膏6.30天然无水石膏2.70,（四）实施ISO标准对高效减水剂和水泥适应性的影响,2001年4月开始实施新的水泥强度检验标准与原标准的差别：水胶比0.5；原0.44；胶砂比1：3；原1：2.5；砂的级配0.082.0mm，三级配；原0.250.65mm，单级配。造成的影响：水泥胶砂强度大幅度下降，平均约下降10MPa,提高C3A含量：外加剂被吸附，塑化效果变差提高水泥比面积：不利于高效减水剂的塑化效果，掺量需要增加2030。水泥磨细使减水剂的饱和掺量增大，并加剧了水泥浆体的流动性损失。助磨剂：提高粉磨效率，助磨剂和高效减水剂之间也可能存在适应性的问题，对此应加以深入研究。,水泥厂应对措施,控制水泥合理的颗粒级配,初始流动度：X2大于X1；1hr后的流动度：X2小于X1。,提高水泥颗粒球形度水泥颗粒级配和颗粒球形度的变化对减水剂的饱和掺量影响不大，但影响了水泥浆体的初始及1hr后的流动度。水泥T1的初始及1hr后的流动度均大于T2；,优化混合材的种类、细度和掺量矿渣和粉煤灰的掺入可使水泥浆体的流动度增大、流动度损失减小。混合材的辅助减水作用主要靠三个作用：颗粒吸附作用；颗粒堆积作用；颗粒球形作用。提高混合材比面积可提高水泥强度，改善水泥与减水剂的适应性，是生产优质水泥的可行技术措施之一。,重视控制水泥中硫酸钙的含量和溶解速度加强磨机内物料温度的控制单独粉磨混合材，提高混合材比面积选择适宜的水泥品种改变减水剂的品种、掺量、掺加方法,改善水泥和减水剂适应性的措施,二、减水剂的作用机理,（一）减水剂分子结构模型减水剂属于表面活性剂并大多属阴离子表面活性剂。,表面活性剂分子结构,Majorclassesofsuperplasticizerpolymer,Partiallyesterifiedpolycarboxylicacidwithpolyoxyethylenesidechains(PCE),Naphthalenesulfonateformaldehydecondensate(PNS),-,-,阴离子表面活性剂离子型表面活性剂阳离子表面活性剂两性表面活性剂表面活性剂非离子型表面活性剂,减水剂分子结构模型,（二）水泥产生絮凝状结构体的原因,1水泥胶粒水化过程中产生异性电荷作用。2水泥胶粒的热运动，边棱角处相互碰撞结合。3水化反应生成新的水化产物。絮凝状结构体内部包裹着很多自由水。,（三）减水剂作用机理,1、吸附分散作用机理1）同性电荷的相斥作用2）浆体间的润滑作用氢键缔合（半刚性水膜）极性微气泡（泡沫珠）,水泥絮凝状结构示意,减水剂作用示意图,减水剂极性亲水基团以氢键的形式与水分子缔合的作用,极性微气泡所起润滑作用示意图,聚羧酸盐减水剂有良好的分散性主要得益于以下两种机理：1空间位阻效应2由于本身所带电荷所引起的静电排斥作用,2、空间位阻效应主链、支链、侧链形成梳型状吸附网络。,聚羧酸盐（PCE）超塑剂和其空间位阻示意图,（四）减水剂在混凝土中所起的作用混凝土外加剂品种较多，功能各异。可以说混凝土外加剂已成为改善混凝土性能方面几乎无所不能的重要措施。其作用为：1改善混凝土或砂浆拌和物施工时的和易性和可泵性；2改善混凝土或砂浆的强度及其它物理力学性能；,3节约水泥用量或代替特种水泥；4加速混凝土或砂浆的早期强度发展；5调节混凝土或砂浆的凝结硬化速度；6调节混凝土或砂浆的含气量；7降低水泥水化热或延缓水化放热速度；8改善拌合物的泌水性能；,减水剂所起的作用,9提高混凝土或砂浆耐各种侵蚀盐类的腐蚀性；10减弱碱-集料反应；11改善毛细孔结构；12减少混凝土的收缩；13提高钢筋的抗锈蚀能力；14提高钢筋与混凝土的握裹力；15提高新老混凝土界面的粘结力；,减水剂所起的作用,简单归纳为：增大混凝土的流动性，改善施工性（在保持水泥用量和水灰比相同的情况下）；由于水灰比的降低，从而提高了混凝土的强度和耐久性等一系列性能（在保持流动性相同的情况下）；可以减少水泥用量，降低成本（在水灰比、流动性不便情况下）更多情况是几种功能兼而得之。,减水剂所起的作用,（五）减水剂发展概况,1木质素系减水剂第一代减水剂木质素系减水剂按其带阳离子的不同，有木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）和木质素磺酸镁（木镁）等区别。它是生产纸浆或纤维浆的废液，经生物发酵提取酒精后的残渣（酒槽），采用石灰乳中和、过滤、喷雾干燥而制得木钙。若采用氢氧化钠中和制得的木钠，一般掺量为水泥重量的(0.200.25)%。其改性措施有分子量分级改性、降糖改性等。,减水剂的发展,2高效减水剂第二代减水剂,1）萘磺酸盐系（1962年问世）萘系减水剂为芳香族磺酸盐醛类缩合物，属阴离子表面活性剂，全称为-萘磺酸甲醛缩合物钠盐。其主要工艺为磺化、水解、缩聚、中和。萘系减水剂有低浓和高浓之别，低浓产品硫酸钠含量约在18%左右，而高浓产品硫酸钠含量小于5%。一般掺量为水泥重量的(0.500.75)%。,减水剂的发展,2）密胺树脂系减水剂（1964年问世）是一种水溶性的聚合物树脂，全称为磺化三聚氰胺甲醛缩合物，也属阴离子表面活性剂。生产密胺树脂减水剂的主要原料为三聚氰胺、甲醛、氢氧化钠、焦亚硫酸钠和硫酸等。其主要生产工艺为羟甲基化、单体磺化、缩聚和中和反应。一般掺量与萘系减水剂大致相同。,减水剂的发展,3）脂肪族系减水剂（90年代开发）生产脂肪族减水剂的主要原料为丙酮、焦亚硫酸钠、氢氧化钠等。由于丙酮可广泛用作油脂、树脂、赛璐璐等的溶剂，化学性质活泼，能发生卤化、加成、缩合等反应。因此，将此类产品称为脂肪族系减水剂，全称应该为：羰（tang）基焦醛高效减水剂。羰基又称碳氧基。,减水剂的发展,其掺量较低，对水泥的适应性比萘系和密胺系好，但由于产品呈红色，往往受到质疑。,减水剂的发展,CH3,C,SO3Na,CH3,O,CH2CH2,O,C,CH2CH2O,n,C,CH3,SO3Na,CH3,4）氨基磺酸盐系（90年代开发）生产的主要原料为苯酚、氨基苯磺酸、碱和甲醛等。生产工艺较简单，不用高温、高压反应。其掺量要比萘系减水剂低，对水泥的适应性较好，控制混凝土坍落度损失情况较好。由于苯酚原料价格昂贵，生产成本较高。第二代减水剂还有改性三聚氰胺和氨基羧酸盐系等高效减水剂。,减水剂的发展,3聚羧酸盐系高效减水剂第三代减水剂,聚羧酸盐系高效减水剂是高分子合成产品，生产合成原料有甲基丙烯酸、环氧乙烷、甲基丙烯酸甲脂、马来酸酐、聚乙二醇、甲基烯丙基磺酸盐等。在引发剂过硫酸铵、过硫酸钠等作用下聚合而成。其中有60%以上是以环氧乙烷（Eo）为基材的聚合物。因此，Eo价格对该类减水剂成本至关重大，也是影响该类高性能减水剂的最大障碍。,减水剂的发展,掺聚羧酸盐系高效减水剂混凝土的性能特点为：,1）掺量低、减水率高、混凝土增强效果大；2）混凝土拌和物流动保持性好，坍落度损失低；3）对水泥的适应性较好；4）硬化混凝土收缩低；5）总碱含量低；6）环境友好。适合配制高强高性能混凝土，大掺量矿物掺合料的混凝土。,减水剂的发展,三代减水剂对混凝土性能的不同影响（1）,三代减水剂对混凝土性能的不同影响（2）,三代减水剂对混凝土性能的不同影响（3）,减水剂与水泥的适应性,外加剂方面原料纯度；磺化程度；聚合度等。粉状减水剂的减水率低于原液状（等当量）。,水泥与高效减水剂FDN的适应性的试验结果,高效减水剂影响因素,分子链的长度磺酸盐基团在链中的位置有无硫酸盐存留,萘系高效减水剂性能的影响,萘的磺化程度和磺化产物多萘磺酸和萘磺酸会影响到适应性。萘系减水剂分子量的大小分子的最佳核体数为713。平衡离子Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等对分散效果和适应性影响有所差异。减水剂的状态液体外加剂减水效果稍好。,检测方法：水泥净浆试验：包括净浆流动度或损失试验、水泥稠度试验（检验油井水泥在掺有各种外加剂条件下稠化速度的试验）；砂浆试验：采用跳桌流动度，观测扩展度或损失；混凝土试验：包括坍落度或损失、扩展度或损失。,检测结果评价对于第一和第二代减水剂：这些试验方法所得到的饱和点掺量、流动度损失速度与程度的规律基本上是一致的。对于第三代减水剂：净浆流动度和混凝土坍落度结果很多情况下不一致。,高效减水剂性能及与水泥的适应性是混凝土工作性设计中的核心问题，传统上通过水泥浆或混凝土坍落流动度来评价，但水泥浆试验不能表征混凝土的稳定性，且由于理论上的缺陷，其结果经常与混凝土试验结果缺乏对应性，而混凝土坍落度试验费时、费料、复演性差，对用水量极为敏感，这些情况在应用聚羧酸高效减水剂时表现得更为明显。对于PCE，砂浆扩展度试验可以简便可靠地比较不同减水剂的饱和掺量、极限扩展度、泌水性和扩展度的经时变化情况，从而为混凝土工作性设计提供依据。最准确的是采用混凝土试验评定。,(一)、水泥的适应性,水泥适应性,水泥中C3A、C3S的含量吸附活性顺序：C3AC4AFC3SC2S。C3A含量高时，减水作用减小。,C3A,C4AF,C3S、C2S,水泥适应性,水泥中石膏的影响铝酸盐和水直接反应会产生闪凝。水泥中掺加二水石膏调节水泥的凝结时间。水泥浆溶液中的硫酸钙必须充分溶解并有足够硫酸盐离子和钙离子供给生成硫铝酸钙。熟料太热时与石膏共同磨细会使石膏脱水产生半水石膏和无水石膏，半水和无水石膏水化会使水泥产生假凝。假凝可以通过进一步拌和，破坏生成物结构而恢复流动性。闪凝则不同，如果不加水，它不可能通过进一步拌和消除它的刚构。部分水泥厂采用硬石膏作调凝剂，这种水泥会产生与外加剂不适应的问题。木钙对某些用硬石膏的水泥有速凝作用。不掺时，用石膏和用硬石膏的水泥的初、终凝时间相同，掺加0.2%的木钙后，用石膏的水泥的初凝时间延长4h左右，用硬石膏的水泥则快速凝结。水泥中石膏与硬石膏的比例小于2时，掺加外加剂将产生速凝，硬石膏溶解速度比石膏小，当掺加木钙后，硬石膏在饱和石灰溶液中的溶解性进一步减小。,水泥适应性,外加剂对使用不同石膏的水泥的凝结时间的影响,水泥适应性,水泥碱含量的影响水泥中碱含量高，减水剂的作用降低。水泥中碱含量高，凝结时间缩短早期强度提高。,水泥适应性,水泥可溶碱（事实上，可溶SO42-来自碱）、细度、C3A含量和石膏类型、掺和料种类，是控制掺萘系减水剂水泥浆与混凝土流变性的关键因素。最佳可溶碱含量在0.40.6%当量Na2O。萘系减水剂在水泥颗粒上的吸附率和水泥水化速率受这些参数影响，它们控制混凝土流动度损失率。使用可溶碱含量低的水泥时，不仅当减水剂掺量不足时会较快损失坍落度，而当剂量稍高于饱和点时，又会出现严重的离析与泌水。使用含木质素类外加剂，为保险起见，使用任何外加剂前，都应该进行试验，验证外加剂的性能是否满足要求，是否与水泥等原材料之间存在适应性问题。并通过试验确定合适的外加剂品种以及相应的掺量。,(二)、混凝土坍落度损失,保持分散机理,引入缓凝基团，延迟水泥水化反应。立体排斥力。溶于碱而不溶于水的高分子化合物。,坍落度损失保持机理,坍落度损失的机理,水泥中所含石膏的溶解度取决其存在形态、水灰比、温度等因素。水泥含碱量过高或过低，对高效减水剂水泥相容性都带来不利影响。这可能是因为它改变石膏的溶解度，从而影响C3A的水化所造成。含磺酸基团高效减水剂可以迅速和水泥中C3A反应，因此被消耗，使液相里游离的减水剂浓度降低，混凝土由于减水剂存在使坍落度增大的效果减小，甚至消失，因此表现为坍落度损失。,混凝土坍落度损失及控制,坍落度损失,非常规的坍落度损失解决办法：外加剂中复合适当的硫酸钠；外加剂中复合适当的碳酸钾；适当调整配合比。,坍落度损失,使用Na2SO4控制坍损的原理：SO3加量随水泥中C3A和碱含量的增加而增加。即SO3加量与水泥中C3A和碱含量成正比。石膏含量充足时，能不断提供硫酸根离子，液相中钙离子浓度保持较高。此时，通过调整缓凝成分及含量就能控制坍损。当石膏加量不足时，C3A和石膏反应生成的钙矾石较少，不能有效控制C3A的水化，使凝结加快，流动性很快损失。此时，仅用缓凝组分很难控制坍损。必须另外掺加一部分能提供硫酸根离子的外加剂成分。,坍落度损失,造成“欠硫化”现象的原因:石膏加量不足，或熟料粉磨过程中温度变化改变了石膏的形态，二水石膏部分改变成半水石膏、无水石膏，比例发生了较大改变。混凝土配合比变化，如水灰比（水胶比）、用水量变小，使可溶性SO3总量减少。掺加外加剂后，使碱含量提高，因此石膏溶解度减小。环境温度变化，影响石膏的溶解度。以上因素的综合作用。,坍落度损失,适当调整配合比，保持坍落度有时在配合比与外加剂匹配方面存在问题，因为外加剂不仅受配合比中各种原材料的影响还受材料用量的影响。用水量的影响最大，在保证混凝土性能的前提下，适当提高用水量可保证坍落度损失较小。细砂同样会增大坍落度损失，尤其是砂子吸水率高时更为明显。适当降低砂率，有助于解决坍落度问题。外加剂掺量过小，坍落度损失快。使用外加剂时，有一个合适的掺量，如低于某一掺量，外加剂的作用不能持续发挥，必然导致坍落度损失过快。掺和料用量调整。在强度等有保证的前提下，适当增加掺和料比例，不但可降低混凝土成本，对混凝土的工作性也有很大好处。,坍落度静态和动态损失,在静态和动态的情况下，坍落度的损失是不一样的。正常情况下，静态损失比动态损失要大1020mm。因初始坍落度不同，其差别也不同。有时，在试验室进行坍落度损失试验，发现坍落度损失很快，而工程应用中损失很小，这种现象不是经常发生。发生这种现象的原因很可能与水泥有关。水泥中石膏的形态在磨细过程中发生了轻度改变，部分石膏由二水状态变为半水或无水状态。与水接触后半水或无水石膏又转变为二水石膏，即发生轻度假凝，在静态时，坍落度表现为损失快，而在动态时，石膏无法形成固态结构，因此混凝土的坍落度和流动性并无太大变化。,(三)、混凝土离析和泌水,骨料,水,可见泌水,内泌水,混凝土的离析和泌水,配制流态混凝土时，流动性和粘聚性失去平衡，当粘聚性低时混凝土在自身重力或其它外力作用下产生相分离，破坏了材料组成的均匀性和稳定性，导致分离。通常，泌水是离析的前奏，离析必然导致分层，增加堵泵的可能。少量泌水在工程中是允许的，而且对防止产生混凝土表面裂缝有利。,混凝土的离析和泌水,产生混凝土离析和泌水的主要原因：砂率偏低或砂子中细颗粒含量少使混凝土保水性低，砂子含泥量大易产生浆体沉降，即“抓底”；胶凝材料总量少，浆体体积小于300L/m3；石子级配差，或单一粒径的石子；用水量大，使混凝土拌合物粘性低；外加剂掺量过大，且外加剂中含有易泌水的成分；水泥中熟料部分已水化，使得水泥保水变差；使用矿渣或矿渣水泥，本身保水性不好，易泌水、离析；,混凝土的离析和泌水,浆体体积(Ve)、砂浆体积(Ves)和抗离析性的关系：Ve330L,Ves430L时，混凝土具有良好的工作性；Ve430L时，混凝土泌水的可能性不大，但混凝土粘聚性、和易性差；Ve330L,Ves430L时，混凝土保水性差，易泌水、离析、分层等。除了原材料的因素，在做混凝土配合比设计时，应重点考虑石子体积、浆体体积的比例。用正确的思路指导混凝土配合比的设计是最重要的。,混凝土的离析和泌水,泌水、离析的解决办法：,离析、泌水,提高砂率,Ve330L,Ves430L,减少外加剂,减少用水量,掺加CMC,增加水泥用量,增加粉煤灰量,增加含气量,增加砂浆含量。提高保水性,提高粘聚性,增加水泥浆体含量，改善和易性,混凝土的离析和泌水,防止离析、泌水的具体措施：石子级配合理，单一粒径的石子应提高砂率；引气可减小泌水，特别是用卵石配制低强度等级的大流动性混凝土时；产生泌水的主要原因是砂率偏低，合理的砂率能保证混凝土的工作性和强度；掺加粉煤灰，特别是配制低强度等级的大流动性混凝土，粉煤灰掺量应适当提高，从而提高其保水性；掺加增稠剂提高混凝土的粘聚性和保水性，防止泌水和离析；减少用水量或外加剂的掺量，使得游离水的比例减少，提高混凝土的粘聚性等。以上措施应有针对性的应用，采取一种或综合方法。,混凝土的滞后泌水,滞后泌水：是指混凝土初始时工作性符合要求，但经过一段时间后（比如1h）才产生大量泌水的现象。这种现象并不常见，因此研究较少。可能的原因为：砂率偏低、掺和料等的吸水和放水平衡、外加剂缓凝组分较多有关。如前所述，混凝土中的水是以结合水、吸附水和游离水三种形态存在，混凝土是固相、液相和气相的混合体。水的形态受到各种材料，尤其是外加剂的影响，这种影响在某种情况下会产生一些变化，使得水的吸附发生改变，当吸附平衡被打破，向着解吸附方向发展时，水就有可能析出，造成泌水。,混凝土的滞后泌水,产生滞后泌水的原因及对策：,(四)、混凝土异常凝结,水泥矿物组成，水泥细度，石膏的品位，环境温湿度，水泥的温度，混凝土中的水灰比以及外加剂等情况决定着混凝土凝结时间的长短。而产生异常凝结（急凝、快凝及长时间不凝）的主要原因有以下5条：,水泥中C3A含量偏高；球磨时掺加的不是二水石膏；选用木质素系普通减水剂；高效减水剂误当作普通减水剂使用；水泥中C2S含量偏多，选用超量的普通减水剂等。以上情况可能会产生混凝土的异常凝结，造成不少工程质量事故，经济损失惨重。,混凝土的异常凝结,急凝：混凝土搅拌后迅速凝结。日常工作中很少遇到。其原因不外乎：水泥过热、水泥中石膏严重不足、外加剂与水泥严重不适应，冬季时使用热水温度过高同时投料顺序不正确，热水与水泥直接接触等。凝结时间过长：经常遇到。分为两种情况，一、整体混凝土严重缓凝；二、混凝土局部严重缓凝。第一种情况，多半是由外加剂造成，由于掺加了不合适的缓凝组分，或外加剂掺量超出了正常掺量，造成混凝土的过度缓凝。前面已经提到有很多缓凝组分受温度等影响，缓凝效果有很大差异。另外还有一种情况，在使用某种掺和料时，不加外加剂，混凝土的凝结时间正常，只要掺加外加剂，混凝土的凝结时间就变的异常。,混凝土的异常凝结,第二种情况：局部不凝也时有发生。如楼板或墙体混凝土的绝大部分凝结正常，在局部面积不大的区域，混凝土不凝，很难理解。造成局部不凝的原因确实不好解释，但其原因不外乎以下几点：后加外加剂，搅拌不均匀，造成外加剂局部富集；现场加水，混凝土粘聚性降低，混凝土离析，浇筑时振捣使局部浆体集中，水灰比变大且外加剂相对过量；使用粉状外加剂时有结块，混凝土浇筑后外加剂逐渐溶解，使得混凝土局部外加剂严重过量；使用液体外加剂时，长时间不清理沉淀物，此沉淀物粘稠不易搅碎，其成分基本为不易溶解的缓凝组分，从而造成混凝土的局部过度缓凝。,（五）助磨剂与水泥外加剂相容问题,随着国家水泥新标准的实施和能源成本的提高，助磨剂用量迅速增加；我国目前助磨剂行业总体而言存在着产品混乱，性能差别大，使用效果不佳、粉磨水泥产品不稳定等问题；水泥助磨剂在物料粉磨过程中的作用机理复杂，助磨剂对磨系统工艺参数和产品性能的影响等研究还不够透彻；掺助磨剂的水泥与超塑化剂适应性问题引起了混凝土应用工作者的高度关注。,助磨剂一般都是表面活性物质，其组成基团的类型和分子量影响着其吸附、分散效能，从而影响着助磨效果。助磨剂按所含官能团不同可分为离子型和非离子型助磨剂。助磨剂按使用时的状态可分为固体、液体和气体助磨剂,以液体助磨剂的应用更为广泛。,助磨剂的分类,用于生产固体助磨剂的物质有：硬脂酸盐类、混凝土减水剂类（木质素磺酸盐、羧酸盐类等）；混凝土早强剂类物质（硫酸钠、氯化钠等）、胶体二氧化硅、胶体石墨、石膏等；液体助磨剂成分包括：有机硅、三乙醇胺、三异丙醇按乙二醇、丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸盐等。蒸气状的极性物质(丙酮、甲醇、水蒸气)，以及非极性物质(四氯化碳)等。,助磨剂的作用效果还取决于被粉磨物料的性质。如水泥熟料细磨时要求解聚，而矿渣则要求软化；同是水泥熟料，矿物C3S要求解聚，而矿物C2S要求进行裂纹应力腐蚀。,助磨剂本身的适应性,助磨剂对水泥与超塑化剂相容性的影响,水泥与超塑化剂适应性或称为相容性是预拌混凝土经常遇到的问题。影响水泥与超塑化剂适应性的因素很多，如水泥熟料的矿物组成、冷却制度、碱含量、水泥中石膏的种类与掺量、水泥中混合材的种类与掺量等。,试验1：水泥粉磨过程中加入不同的助磨剂对水泥与超塑化剂的适应性影响程度不同。在选择试验的三种超塑化剂中，聚羧酸系超塑化剂与掺助磨剂的水泥的适应性比萘磺酸盐系和氨基磺酸盐系超塑化剂要好，经时损失较小。,试验2：外掺助磨剂A、B、C、I的水泥与超塑化剂AS和PCA之间适应性良好，与试验1结果比较，说明掺助磨剂水泥与超塑化剂适应性不良是由于粉磨过程中助磨剂的加入，改变了水泥粉体的某些性能引起的。,石膏微粉粘附在熟料颗粒表面示意图,粉磨时加入的助磨剂吸附在熟料与石膏粉体的表面，阻碍了石膏微粉吸附在熟料颗粒的表面，这对实现C3A与石膏最佳匹配产生了不良影响。,通过对掺助磨剂水泥的标准稠度需水量、凝结时间、3d强度和28d强度、与超塑化剂的适应性的研究得出如下结论：（1）掺助磨剂水泥的标准稠度需水量增大，主要是由于助磨剂的加入使水泥颗粒分布变窄引起；（2）粉磨时加入的助磨剂吸附在熟料与石膏粉体表面，阻碍了石膏微粉吸附在熟料颗粒的表面，这对C3A与石膏最佳匹配产生了不良影响。,(4)粉磨过程中加入助磨剂对水泥与超塑化剂之间的适应性有一定的影响。主要原因是助磨剂的加入，阻碍了C3A和石膏的有效接触，同时增加了C3A的水化活性，使C3A和石膏没能实现最佳匹配造成的。(3)掺助磨剂水泥对超塑化剂UNF5的吸附量要比不掺助磨剂水泥超塑化剂UNF5的吸附量大；,（5）助磨剂对水泥与超塑化剂适应性的影响还与水泥粒径分布的变化、助磨剂本身的性质和超塑化剂的分子结构有关系。,(六)聚羧酸系高性能外加剂的缺点和适应性问题,1、与其他外加剂的相容性差。2、气温高时，聚羧酸外加剂影响混凝土缓凝，常会影响混凝土的早期强度和氯离子渗透系数，产生泌水、离析等现象。3、与其它掺和料的作用也不能忽视，聚羧酸外加剂的性能直接影响掺和料掺加数量和性能的发挥。4、混凝土粘聚性强，造成气泡不易排除。5、性能不稳定，不同批次减水剂性能相差较大。,6、聚羧酸盐高效减水剂在高掺量范围时，存在泌浆、沉底、和易性变差等问题。7、聚羧酸盐高效减水剂不是万能的，受水泥和掺合料质量稳定性或施工配料准确性的影响，施工现场的混凝土仍会出现严重泌水和坍落度损失大，甚至出现硬化混凝土结构开裂等问题。8、对用水量非常敏感。9、与水泥的相容性问题。,(七)应用实例,水泥与外加剂不适应性常见问题的解决措施,水泥与外加剂不适应性常见问题的解决措施,上海浦东某重点工程,混凝土强度等级、坍落度保持性要求、配合比及原材料混凝土强度等级为C40，要求初始坍落度为20+2cm，1小时后坍落度不得低于16cm。混凝土配合比下表，原材料如下：1)水泥为江西某厂52.5级普通硅酸盐水泥；2)II级粉煤灰；3)上海产S95矿渣粉；4)长江河砂，细度模数2.6；5)5-25mm连续