提高水泥和外加劑相容性的對(duì)策

王元杰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司水泥廠，山西大同 037000）

0 引言

水泥和外加劑相容性較差的問題一直以來都困擾著水泥廠和施工單位，水泥和相容性之間的關(guān)系可以理解為，運(yùn)用同一種外加劑，由于水泥自身性能的差異，而導(dǎo)致具體應(yīng)用效果上的不同。如果水泥和外加劑之間的相容性較差，則會(huì)導(dǎo)致實(shí)際減水率不足、拌合物出事流動(dòng)性較差的問題?，F(xiàn)階段主要采用水泥凈漿流動(dòng)性的變化情況來體現(xiàn)其對(duì)混凝土拌合物流動(dòng)性的變化作用。本文結(jié)合水泥和外加劑相容性差的成因，提出一些可行的處理對(duì)策，提高水泥和外加劑的相容性，保證水泥質(zhì)量。

1 水泥和外加劑相容性差的成因

1.1 熟料礦物好工藝制度的影響

1.1.1 熟料礦物構(gòu)成

外加劑的類型多種多樣，其中減水劑的使用量會(huì)影響吸附量，正常情況下，吸附量從大到小排序如下：C3A、C4AF、C3S、C2S，其中C3A 所吸附的減水劑總量明顯較高，其原因在于減水劑大多是直接在水化產(chǎn)物上進(jìn)行吸附，所吸附的總量直接相關(guān)于水化產(chǎn)物總量以及表面性，所以在快速水化作用下，其產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物，因而對(duì)熟料礦物擁有了更強(qiáng)的吸附性，所以也就減少了溶液中的減水劑。對(duì)于水化速度的比較方面，C3A 第一，C2S 最后，而C4AF 和C3S 居于中間。其原因在于C3A 具有更大的水化物比面積，所以水化物當(dāng)中含有C3A 較多，那么該型號(hào)的水泥減水劑適應(yīng)性就較差。

1.1.2 熟料燒成溫度和燒成效率

不同的熟料燒制溫度也有所不同，所以在性能上的表現(xiàn)也有較大的區(qū)別。其中高溫?zé)傻氖炝嫌捎跓伤俣容^快，死了以硅酸鹽礦物當(dāng)中，含有較多的其他組分，硅酸鹽礦物的含量得到提高的同時(shí)，性能也有所好轉(zhuǎn)，最終提高水泥活化性，這樣一來C3A和C4AF 也得到控制。在溫度升高的情況下固熔量也得到提升，燒成效率提高，因而相比之下高溫?zé)埵炝系腁 礦質(zhì)量更好，給水泥帶來更高的強(qiáng)度，同時(shí)在與外加劑的相容性上也存在優(yōu)勢(shì)。而低溫?zé)傻膭t情況相反，跟外加劑之間的相容性較差。

1.1.3 冷卻速率

在較高的溫度下，熟料可以實(shí)現(xiàn)快速冷卻，這對(duì)A 礦的晶型保持而言是非常有利的。C2S 粉化，因而讓硅酸鹽礦物的活性也得到相應(yīng)的增加，同時(shí)溶劑礦物的存在形式大多數(shù)為玻璃體，這就在極大程度上降低了其他礦物的析晶，因而該工藝下的水泥和外加劑之間具有較好的相容性，凝結(jié)時(shí)間維持在正常水平，水泥強(qiáng)度較高；而如果采用慢速冷卻，從而提高了C3A 和C4AF 析晶出現(xiàn)總量，降低相容性。

1.2 混合材料類別

混合材料會(huì)吸附減水劑，一般來說，煤矸石的吸附量最高，粉煤灰次之，礦渣吸附量最小。而摻入礦渣的水泥擁有比摻煤矸石的水泥適應(yīng)性更強(qiáng)，火山灰混合材結(jié)構(gòu)疏松多孔，所以有更好的吸附性，粉煤灰品質(zhì)的不同，同樣會(huì)給相容性造成影響。例如優(yōu)質(zhì)粉煤灰往往具有更高的適應(yīng)性，反之亦然。

1.3 水泥含堿量

水泥當(dāng)中的堿性成分主要為Na2O 和K2O，這兩種物質(zhì)的含量也會(huì)在很大程度上影響水泥和減水劑的適應(yīng)性。堿性物質(zhì)會(huì)在極大程度上提高水泥用水量，這也會(huì)加速水泥水化，不利于減水劑塑化作用的出現(xiàn)。如果含堿量較高，則會(huì)影響水泥和減水劑之間的適應(yīng)性，進(jìn)而提升水泥坍落度，容易在使用中造成危險(xiǎn)。

1.4 水泥調(diào)凝劑石膏類別和摻加量

不同類型的石膏在溶解性方面存在較大的不同，所以對(duì)水泥也會(huì)產(chǎn)生不同的緩凝作用。一般來說，天然二水石膏可以和高效減水劑之間有著更強(qiáng)的適應(yīng)性，硬石膏和工業(yè)副產(chǎn)品石膏則會(huì)由于其中部分微量元素的不同而導(dǎo)致相容性受到影響。水泥中所加入的石膏形態(tài)以及SO3添加量的不同，也會(huì)影響相容性，所以一般情況下，可以在保持凝結(jié)時(shí)間的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高SO3添加量，這樣可以提高水泥和減水劑之間的相容性，但是該參數(shù)的確定應(yīng)當(dāng)取決于比表面積、堿含量等參數(shù)。

1.5 水泥比面積和顆粒分布的影響

水泥流動(dòng)性會(huì)直接影響實(shí)際使用效果，進(jìn)而影響施工完畢后硬化的混凝土質(zhì)量。如果水泥的粗細(xì)顆粒雞胚恰當(dāng)，就會(huì)擁有更好的流動(dòng)性能，一般來說，水泥中顆粒大小為3～30μm 區(qū)間時(shí)，水泥的強(qiáng)度會(huì)呈上升趨勢(shì)；如果顆粒度到達(dá)60μm，那么就不會(huì)繼續(xù)增強(qiáng)強(qiáng)度，但是可以穩(wěn)定提及；如果顆粒小于10μm，則會(huì)讓早期強(qiáng)度增強(qiáng)，但也會(huì)增加需水量；如果顆粒小于3μm，則只能起到早強(qiáng)作用。所以具有最好流動(dòng)性的水泥，應(yīng)當(dāng)90%以上的顆粒度都應(yīng)當(dāng)為3～30μm 之間，小于10μm 的顆?？刂圃?0%以內(nèi)。水泥顆粒越細(xì)，則表面積越大，所以和水之間有更大的接觸面積，因而就需要更多的水量才能將水膜凝結(jié)在水泥的表面上。所以在相同水灰比例下，顆粒之間自由水含量降低，進(jìn)而影響水泥流動(dòng)性，隨著流動(dòng)性的降低，其與減水劑的適應(yīng)性也會(huì)降低。另外如果表面積增加，則水泥細(xì)顆粒也增加，水泥和水會(huì)在更短的時(shí)間內(nèi)起反應(yīng)，從而出現(xiàn)水化產(chǎn)物絮狀結(jié)構(gòu)。所以在水泥漿體流動(dòng)性較低的情況下，相容性也會(huì)受到影響。

1.6 水泥溫度的影響

如果水泥粉磨工藝期間溫度高，則二水石膏會(huì)脫水，變成半水石膏，如果進(jìn)一步脫水則會(huì)形成硬石膏，隨著脫水反應(yīng)的出現(xiàn)，其溶解度也會(huì)受到影響，無法組織水泥水溶而導(dǎo)致出現(xiàn)的絮凝結(jié)構(gòu)，所以減水劑無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的塑化效果。所以一般來說，粉磨溫度以115±5℃為宜，所以如果水泥出廠溫度較高，則水化反應(yīng)速度就較快，從而降低水泥和減水劑適應(yīng)性。

2 水泥和外加劑相容性提高對(duì)策

結(jié)合上述水泥和外加劑相容性原因的分析，首先需要改善熟料礦物的構(gòu)成，從而改善熟料本身的標(biāo)準(zhǔn)稠度和外加劑的相似性。具體措施如下：

首先，對(duì)原料石灰石的品位進(jìn)行穩(wěn)定。其次，需要及時(shí)調(diào)整熟料的成分，尤其是Al2O3和Fe2O3含量不宜過高，并提高熟料率值。控制熟料成分的目的在于控制鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽礦物含量，提高硅酸率，提高硅酸鹽含量，達(dá)到改善熟料和外加劑相容性的目的。但是這種調(diào)整方式會(huì)降低溶劑礦物，導(dǎo)致物料更加難以燒制。所以在對(duì)原料成分進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)，需要在熟料煅燒的過程中，強(qiáng)化操作控制。

再次，做好熟料燒成的質(zhì)量控制。在生產(chǎn)過程中，提高燒成溫度不但可以提高熟料燒成效率，同時(shí)研究證明，熟料的煅燒溫度過高的情況下，Al2O3和Fe2O3的固溶性也會(huì)加強(qiáng)，提高固溶量。與此同時(shí)，鐵相固溶Al2O3的含量也會(huì)增加，從而提高C3A 和C4AF 的含量，進(jìn)而控制C3A 容量，從而起到保證相容性的目的。

除此之外，運(yùn)用高溫快燒的熟料也能實(shí)現(xiàn)A 礦的良好發(fā)育，晶體尺寸適中，水泥強(qiáng)度較好，在外加劑相容性方面也較好。

經(jīng)過熟料調(diào)整后，水泥的性能得到了提升，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)稠度和流動(dòng)性都得到了改善，可以適應(yīng)工程施工的實(shí)際需要。圖1 和圖2 為流動(dòng)性較差和流動(dòng)性較好的水泥對(duì)比圖。

圖1 流動(dòng)性較差的水泥

圖2 流動(dòng)性較好的水泥

3 總結(jié)

總而言之，水泥外加劑相容性問題具有多邊形，較為復(fù)雜。在當(dāng)前的建筑材料領(lǐng)域當(dāng)中，預(yù)拌混凝土和高性能混凝土得到廣泛應(yīng)用，所以這一問題產(chǎn)生的作用就更為明顯。為了讓該問題得到解決，技術(shù)人員需要對(duì)水泥外加劑性能的作用有深刻的認(rèn)識(shí)，并基于水泥和外加劑相容性較差問題的成因來選擇可行的對(duì)策，這樣才能改善水泥和外加劑相容性，提高水泥成品質(zhì)量。