水泥与高效减水剂相容性

来自１ 减 水 剂 的概 述
１ １减 水 剂 的 定义 ．
据 Ｊ ／ ｌ ８ — ０ ８ 《 Ｃ Ｔ ０ ３２０ 混凝 土 外 加剂 定 义 、分
这是 我 国在水 泥混 凝土 里掺 加外 加剂 的最 早记载 ，
我 国正式 使用 减水剂 是在 ２ 世 纪５ 年代 ，使用 以亚 ０ ０ 硫 酸 盐法 造纸 的纸浆 废 液 、制 糖 工业废 蜜 为原料 的
场 份额 ；２ 世纪 ８ 年代末 ， 日本开 发 了 以芳香 族氨 ０ ０
物） ，也在 国 内得到开发 或 由外商 引进 。２ 世 纪９ 年 ０ ０ 代， 随着 大 型 、超 大 型基础 设施 建设 的开展 ， 以及混 凝 土强度 等 级进一 步提 高， 筋配 置更 加密集 ， 于 钢 对
混凝 土 降低 水胶 比、提 高 拌合 物 流动 性 的要 求 愈
研 究 所 成 立 后 不 久 ，研 制 成 功 了松 香 热 聚 物 引气 剂 ，这 是我 国最早 的混凝 土外 加剂 。２ 世纪 ５ 年代 ０ ０ 初， 在建 设塘 沽新 港工 程 中加入松 香热 聚物 引气 剂，
建筑材料及减水剂使用 的例证 。
２ 减 水 剂 的作 用 机 理
２ １减水剂在水泥颗粒上 的吸 附 ．
基 磺酸 盐和 苯酚类 化合 物 的 甲醛 缩聚 物 为主要 成分 的氨 基磺 酸 系高效 减水 剂 ，发现 它不 但有 较强 的分 散 能力 ， 同时混凝 土坍 落度 比传 统 的水泥 分散 剂强 几倍 。从 此对 氨基 磺酸 系高 效减 水剂 的研 究就迅 速 发展起来 ，最早， 由日本专利Ｐ ）－ ４９ Ｊ １１３ １介绍用氨 １ 基芳基磺酸和苯酚 与甲醛缩合而成的水泥分散剂 。 １ ４ 年 我 国最早 的建材 工业 管理 机构—— 华 北 ９９ 窑业公 司成 立， 邀请后 来成为我 国混凝土 科学技术先

Marsh Cone
外加剂—水泥的相容性 外加剂 水泥的相容性
在高效减水剂用于配制低水灰比或低水 胶比， 胶比，即水胶比远低于神圣的标准规定值的 高性能混凝土时， 高性能混凝土时，不相容问题出现的频率大 大增加了。 大增加了。发生这种情况时就不可能再采用 舍弃高效减水剂的解决办法， 舍弃高效减水剂的解决办法，而必须详细研 究问题所在了使用水化生成物 为钙矾石的膨胀剂， 为钙矾石的膨胀剂，用于地下或地上结构 工程施工， 工程施工，起减少混凝土开裂和连续浇注 不设后浇带等作用， 不设后浇带等作用，但在用于低水灰比混 凝土、气温与拌合物温度较高， 凝土、气温与拌合物温度较高，以及养护 不良时使用效果不佳， 不良时使用效果不佳，甚至出现加剧开裂 等现象。 等现象。
膨胀剂—水泥相容性 膨胀剂 水泥相容性
由于现今水泥中含C 高 粉磨细度大、 由于现今水泥中含 3S高、粉磨细度大、 含碱多等，使混凝土早期水化迅速， 含碱多等，使混凝土早期水化迅速，在水 灰比不很大的情况下，膨胀剂难以充分水 灰比不很大的情况下， 发挥补偿收缩作用，建议掺粉煤灰、 化，发挥补偿收缩作用，建议掺粉煤灰、 磨细矿渣等改善效果。 磨细矿渣等改善效果。但同时需要改进目 前实验室评价方法。 前实验室评价方法。
缓凝剂—水泥相容性 缓凝剂 水泥相容性
糖类（包括糖钙） 糖类（包括糖钙）缓凝剂在气温较高时 不稳定，易于断链，致使掺量明显增大； 不稳定，易于断链，致使掺量明显增大；气 温很高时甚至失效；而气温明显降低时， 温很高时甚至失效；而气温明显降低时，又 可能出现长时间不凝固，或外硬里软现象。 可能出现长时间不凝固，或外硬里软现象。 羟基羧酸缓凝剂效果较好且随温度变化 但随掺量、掺加时间变化、 小，但随掺量、掺加时间变化、水泥含碱量 等许多因素敏感。水泥中掺有磨细矿渣时， 等许多因素敏感。水泥中掺有磨细矿渣时， 易出现泌水、离析等， 易出现泌水、离析等，建议考虑复合增粘组 分或多糖类缓凝剂。 分或多糖类缓凝剂。

・技
浅谈 水泥与减 水剂 的相 容性
席 鹏 飞
（ 中铁 十八局 集团第一工程有限公司 ， 河北 涿 州 ０ ７ ２ ７ ５ ０ ） 摘 要： 随着现代混凝土技术的持 续提 高， 高效减水剂成 为增强混凝土功效的重要 成分之 一。 减水剂使 用不 当， 会 严重影响施 工质量 ， 延 长施 工时问， 甚至会造成重大施工事故。不同的水 泥和 高效减水剂之 间相 容性 差别很 大， 这是现代混凝土生产和施 ５ － 中常遇到的 问题 。 主要探讨 了影响水泥与高效减 水剂相容性的 因素与相 应的提 高措施 。 关键词 ： 减水 剂； 相容性； 因素 研究表明，同种高效减水剂与不同厂家的硅酸盐水泥之间的相容 活性掺合料和外加剂是两个必要的条件。偏岭高土， 硅灰 ， 矿渣等是经 性差异较大 ；相同厂家的水泥产品与不 同高效减水剂之间的相容性差 常使用的掺合材料 。 各种掺合材料的化学 眭质不同， 对混凝土产生的作 异也较大。 在生产实践中发现， 有些水泥与高效减水剂之间相容 陛较差， 用也不同，同时也深刻影响着外加剂作用的发挥。在当今的水泥生产 有些水泥掺人高效减水剂后， 流动度严重减弱需 要掺入非常多 的附加 中， 煤矿粉和矿渣是最受欢迎的掺合材料 。煤矿粉外形是球状 ， 表层是 材料才能使流动度有所改善洧 的水泥掺人某些高效减水剂流动度不存 经过熔融过程而形成的琉体， 内部是多孔的球状材料。 煤矿粉对减水剂 而且可 以改变水泥的流变性能 ， 从而改善水泥与减水 在， 而且掺入其它高效减水剂流动度增加也很少。因此 ， 解决水泥与减 的吸附比水泥弱， 水剂的相容性问题迫在眉睫。要解决这一问题既要从水泥的生产过程 剂的相容陛。普通的煤矿粉又叫煤灰粉 ， 一般含碳量偏大。当减水剂存 掺杂煤矿粉在水泥浆体初始流动初时作用十分明显 ， 后期作用减 人手 ， 也应该从实际施工过程中寻找途径 ， 从减水剂方面人手 ， 寻找合 在时 ， 适 的减 水剂 弱。粒化高炉矿渣具有胶凝陛， 火山灰性和微填充效应。粉磨成颗粒以 １影响水泥与减水剂相容性的因素 后形状不佳 ， 一般属 于多角型。高炉矿渣与水泥颗粒的接触点小 ， 当掺 １ ． １ 水泥熟料中的矿物含量 。 水泥熟料中四大矿物质对外加剂的吸 入水泥中取代部分水泥后置换出其中的水分 ，由于矿渣的需水量较水 附能力 由小 到大 的排序是 ： Ｃ ２ Ｓ ＜ Ｃ ３ Ｓ ＜ Ｃ ． Ａ Ｆ ＜ Ｃ ￣ Ａ 。ｃ 和Ｃ ， Ａ Ｆ特别是 泥的少 ， 这就使用于浆体流动的水相对较 多， 因此可以提高流动性 ， 提 Ｃ Ａ与￣ ３ － Ｊ Ｋ 剂的相容『 生 最差。 由于不同地 区的土质不同， 土壤中的各种 高水泥与减水剂的相容性。此外 ， 矿渣粉颗粒排斥水 ， 对减水剂的吸附 矿物含量差别较大 ，由此就导致不同地区的厂家生产的高效减水剂与 作用小， 因此用矿渣代替部分水泥能够改善浆体的流动效果。 ２ 改善高 效减 水剂与 水泥 相容 性可 采取 的措施 水泥的相容性不同。不同 Ｃ Ａ含量的硅酸盐水泥对减水剂的吸附量也 证 明这一点华 北的水泥厂与华南水泥厂以及珠江流域水泥厂水泥中的 ２ １ 减小水泥比表面积。 一般来说 比表面积较小的水泥与减水剂的 水化速度会大大加快 ， 水化产物也会 Ｃ Ａ含量分别为 １ ０ Ａ ５ ％、 ５ ． Ｏ Ｏ ％和 ２ ． ８ ２ ％， 其Ａ Ｆ和 Ｎ Ｆ 减水剂 的表观 ： 吸 相容性较好 。水泥比表面积过大 ， 附量的顺序为华 北 ＞华南 ＞珠江 。 水泥中某种元素含量过高时 ， 则水泥 被包裹在没有水化的水泥颗粒与减水剂表面 ，同时也会增强水泥颗粒 吸附咸水剂 的能力会严重发生变化 ， 影响施工作业。 对减水剂的吸附能力， 减弱减水剂的分散效果。 减小水泥表面积的方法 不同的厂家由于选取的生产材料不 同， 对水 假如水泥中主要矿物硅酸盐含量不足，那么则会形成非常多的絮 在于选择颗粒较小的水泥。 凝结构 ， 从而降低水泥与减水剂的相容性。 泥颗粒大小的控制也不同， 在选择施工所用的水泥材料时 ， 应该尽量选 １ ＿ ２ 水泥含碱量的大小。 水泥 中的碱主要来 自烧制石灰时所用的页 择小颗粒水泥。 岩、 石灰石以及混凝土等材料。碱含量的高低主要是根据 Ｎ ａ ＝ Ｏ和 Ｋ ２ ０ ２ ． ２ 改变高效减水剂的掺加方法。减水剂的掺加方法一般包括先掺 含量的高低来判断。在水泥生产过程中碱的主要作用是通过一系列化 法 、 同掺法 、 后掺法与滞水法等几种经常使用的方法 。不同的掺加方法 学反应表现出来的。 碱能够改变水泥标准需水程度。 使水泥吸水量增大 对其与水泥 的相容 陛作用不 同。因此 ， 选择合适的掺加方法非常重要。 或者是减。 但是， 水泥成分不同， 矿物质与碱的化学反应速度也不同， 即 掺加方法的选择收到施工地点， 施工季节和施工方法的影响。不同的掺 碱的可涪陛不同。影响水泥与减水剂相容性 的直接因素是可洛 『 生 碱的 合方法也都有优势和局限陛。例如 ， 高效减水剂后掺法能够克服浆体在 含量。 每一种水泥都存在可溶性碱含量的最佳值。 把握好最佳值是合理 运输过程中的分层效果 ， 较小运输损耗， 塑化效果好 。同掺法能够使游 使得水泥的分散作用减弱。 滞水法能显著提 使用水泥的关键因素。另外， 碱在影响水泥的同时也会影响减水剂作用 离的高效减水剂数量减少 ， 的发挥。碱在使用中与减水剂发生化学反应 ， 改变减水剂性能 ， 从而降 高减水剂的塑化作用效果， 提高减水剂对水泥的适应性 。后掺法不仅可 低或者提高水泥与减水剂的可溶 ｆ 作 用。 以克服拌合物在运输过程中的分层离析和塌落度损失， 减水剂的塑化作 １ ． ３ 石膏的含量。 在水泥的生产中， 必须加入石膏作为调节剂 。 作为 用效果及对水泥的适应陛也较好 。 原料 ， 石膏是石膏矿渣水泥 、 石膏铝矾土膨胀水泥等的必备原料 ， 在水 ２ ． ３掺加两种以上高效减水剂。 多种表面活性剂掺合后 ， 会产生许多 泥生产 中 占有举 足轻 重 的地位 。 种不 同的作用 ， 包括协和作用 、 负面协和作用以及不协和作用。掺加多 作为矿化剂 ， 在生产水泥过程中， 石膏能够降低煅烧的温度 ， 从而 种不 同的减水剂后 ， 会产生许多种不 同的作用 ， 比单独掺加任何一种减 保证生产的质量 ， 并且节省煤的使用量。此外， 石膏还起到急凝剂的作 水剂的效果要好 。前提是要控制量的作用，将负面协调作用减小到最 适 当的参数控制 ， 能够使减水剂的正 用， 使水泥凝结时间符合国标和用户要求 ； 在水泥生产 中加入一定成分 少。选取适当的高效减水剂品种 ， 的石膏能够从强度 、 腐蚀ｆ 生 等几个方面改善水泥的陛能。 石膏在水泥加 面协调作用发挥到最大 ， 从而实现工程建筑质量更加标准 ， 减少施工危 入水后 ， 也就是水泥用到实际施工时 ， 会 与水发生化学反应 ， 生成碳酸 险 系数 。 结 束语 钙， 在这个过程 中伴随着放热的过程 ， 并且在冷却以后 固化水泥浆体 ， 也就是所谓的急凝。 急凝剂使新拌混凝土失去可塑性 ， 严重降低混凝土 高性能混凝土中， 高效减水剂 已成 了极其重要 的—个组成部允 它可 的质量， 因此应该加入适量的石膏。 石膏具有调节水泥凝结时间 ， 提高早 以改善新拌混凝土的工作性能， 提高硬化混凝土的物理力学和耐久性性 期强度的作用 。 当水泥中未掺石膏时， 水泥中铝酸三钙（ ｃ ） 会与水迅速 能。但是在生产实践中发现 些水泥与高效减水剂之间相容性存在较 反应， 硅酸三钙（ Ｃ ３ Ｓ ） 也会有显著的水化作用。 当水泥中石膏含量过多时， 大的差别。由于现代建筑技术的发展 ， 对施工的要求提高 ， 因此对水泥 则会导致冷凝作用过于强烈 ， 类似于在混凝土中掺人过多石灰粉 ， 严重 与Ｎｅ ｇ ￣ ！ 的系数 日益严格。水泥与减水剂相容性这一环节的质量在将 如何改善水泥与减水剂的相容性 ， 也将成 导致混凝土不能与石灰相融合 ， 此时， 水泥与减水剂的融合性不存在 ， 来的建筑施工中将更加重要。 施工无法进行。 当水泥中石膏含量太少的时候 ， 则石灰 中的矿物质原料 为未来研究施工质量的一 — 个十分重要的课题。 参 考文 献 不足 ， 无法与减水剂发生化学作用， 石灰质量下降 ， 减水剂作用不明显 ， 仍然会严重影响水泥与减水剂的相容性。因此石膏在水泥的生产过程 ［ １ 传煊． 表面物理化学 ． 北赢 科学技术文献 出版社， ２ ０ １ ３ ． 中占有非常

2水泥、混凝土与外加剂之间的相容性问题主要的主要因素有:
2.1 外加剂自身的因素 外加剂的自身的原因主要有以下几个方面: ( 1) 品种不同; ( 2) 结构官能团的不同; ( 3) 聚合度不同; ( 4) 复配组分不同。 这些影响回通过不同的方式会影响与水泥的适应性。而不同厂家生产出来的外加剂 也会有很多差异,主要原因有: ( 1) 生产制作工艺; ( 2) 厂家制作过程的技术水平; ( 3)质量管理水平。 因此, 不同的厂家生产出来的产品必然有差异。
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除二水石膏外，天然硬石膏和化工副产品石膏也可作缓凝剂。尽管硬石膏溶解度比二水 石膏大，不过它的溶解速度很慢，为满足缓凝要求，其加入量以SO3计，一般要比二水 石膏适当增加。有些厂两种石膏混合使用效果也很好。化工副产品石膏中含有少量游离 酸，会使凝结时间过长，应纯化处理（洗涤或用碱性物质中和）才能很好利用。 2.4 水泥细度和颗粒级配的影响 水泥厂家常常为了达到水泥新标准要求, 提高市场竞争力, 加强研磨, 提高水泥的细度 从而提高强度。水泥过细, 需水量大, 同样会吸附外加剂量更大, 外加剂损失量大; 同时 过细的水泥在研磨时温度更高, 也会使更多的水合石膏分解成无水石膏, 无水石膏含量 提高, 与外加剂的适应性也会变差。水泥的颗粒级配不好, 水泥净浆泌水率大的水泥与外加剂适应性较差。 2.4.1 水泥细度和粒度分布 1、90%的水泥颗粒在3~30μm，总量中<10μm颗粒<10%，因为<3μm颗粒 只有早强作用，而<10μm偏小，需水量大，吸附减水剂多，这是由于颗粒细易絮凝， 分散它们就要多量水或减水剂。太粗颗粒无增强作用>60μm。 2、 颗粒球形好——流动度高，流动度损失小，对减水剂吸附小。
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水泥与减水剂相容性试验方法
JC/T 1083-2008
❖ 水泥与减水剂相容性
❖ 使用相同水泥或减水剂时，由于水泥或减水剂的质量而引起水泥浆体流动性、经时损失的变化程度以及 获得相同的流动性减水剂用量的变化程度。
❖ 初始流动度 ❖ 固定量的新拌水泥浆体的最大扩展直径。 ❖ 减水剂饱和参量点 ❖ 当Marsh时间不再随减水剂掺量的增加而明显减少时或浆体流动度不再随减水剂掺量的增加而明显增加
a：可以购买附录A所规定的基准减水剂，也可以由试验者自行选择。 b：根据水泥和减水剂的实际情况，可以增加或减少基准减水剂的掺量点。
c：减水剂掺量按固态粉剂计算。当使用液态减水剂时，应按减水剂含固量折算为固态粉剂含量，同时在 加水量中减去液态减水剂的含水量。
❖ 实验步骤 ❖ 净浆流动度法(带用法) ❖ 1.每锅浆体用搅拌机搅拌。实验前搅拌机处于工作状态。 ❖ 2.将玻璃板置于工作台上，并保持其表面水平。 ❖ 3.用湿布把玻璃板、圆模内壁、搅拌锅、搅拌叶全部润湿。将圆模置于玻璃
时所对应的减水剂掺量。
❖ 流动性经时损失率 ❖ 经60min后，水泥浆体流动性的损失比率。
表一 每锅浆体的配合比
方法
水泥/g
水/mL
Marsh筒法 500±2 175±1
水灰比 0.35
流动度法
500±2 145±1
0.29
基准减水率a、b、c（按水泥质量百分比）/%
0.4 0.6 ❖ 4.将基准减水剂和1/2的水同时加入锅中，然后用剩余的水反复冲洗盛装基准
减水剂的容器直至干净并全部加入锅中，加入水泥，把锅固定在搅拌机上， 按JC/T 729的搅拌程序搅拌。 ❖ 5.将锅取下，用搅拌勺边搅拌边将浆体立即倒入置于玻璃板中间位置的圆模 内。对于流动性差的浆体要用刮刀进行插捣，以使浆体充满圆模。用刮刀将 高出圆模的浆体刮出并抹平，立即稳定提起圆模。圆模提起后，应用刮刀将 粘附于圆模内壁上的浆体尽量刮下，以保证每次试验的浆体量基本相同。提 起圆模1min后，用卡尺测量最长径及其垂直方向的直径，二者的平均值即为 初始流动度值。 ❖ 6.快速将玻璃板上的浆体用刮刀无遗留地回收到搅拌锅内，并采取适当的方 法密封静置以防水分蒸发。 ❖ 7.清洁玻璃板、圆模。 ❖ 8.调准基准减水剂掺量，重复上述步骤，依次测定基准减水剂各掺量下的初 始流动度值。 ❖ 9.自加水泥起到60min时，将静置的水泥浆体按JC/T 729的搅拌程序重新搅拌， 重复第5条依此测定基准减水剂各掺量下的60min流动度。

性 问题 。
水 泥熟料 粉碎 过程 ，助 磨剂 与颗粒 间的吸 附作用 是 固相 与 分 子 问 的 作 用 ，不 同于 固一 液 、 液一 液 、
固一 气 中表面 活性 剂 的作用 ，较难 对 其进行 具体 分 析 ，故 目前对 于助 磨剂 在粉 碎过程 中吸 附进 程 并没
２水泥助磨剂作用机理分析
有清晰 的模型描述 。
３ 混 凝 土减 水 剂 作 用 机 理
水泥 的 比表 面积 一般 为３ ７ ７ ｍ／ ｇ ０ 以 Ｉ ￣３ ０ ｋ ，９ ％
上 的水 泥颗 粒粒径 在 ７ ０ 范 围 内，属于微 细粒 ～８ ｍ ｕ
粉体 颗粒 范畴 。对 于水泥一 水 体系 ，水泥 活性 物质 ，其 能显 著提 高粉 碎 作业效 率或 降低 单位 产 品能耗 ，分 为 固 体 （ 粉体 ）助 磨剂 和液 体助 磨剂 。粉 体助磨 剂 由于 含大量 ｃ ｌ、掺量较 大等 原因 ，导致对 熟料适应 性不
好 以及混 凝土 耐久 性不 利 的 问题 ， 因此粉 体助 磨剂 基本 上处 于被 淘汰 的边 缘 。液体助 磨 剂 因为便 于计 量 、掺量 较小 、助 磨效 果好 等 因素 ， 已被广 大厂 家
研 究 与 应 用 ＲＥ ＡＲ ＡＮ ＳＥ ＣＨ Ｄ ＡＰＰＬＣ Ｉ Ｉ ＡＴ ＯＮ
蚪 Ｖ ＿ １两 醐 ｗ Ｍ ｗ ｒｌ ｃ ０
２ ｌ年Ｎ ． ０ １ Ｏ２
由于 水泥 颗粒 的絮凝 结构会 使 ｉ ％ ０ 的 自由 ０ ￣３ ％ 水包 裹其 中，从而 严重 降低 了混 凝 土拌合 物 的流 动 性 。减水 剂掺 入 的主 要作 用就 是破 坏水 泥颗 粒 的絮 凝 结构 ，使 其保 持分 散状 态 ，释放 出包 裹于 絮 团 中 的 自由水 ，从 而提高 新拌混凝 土 的流 动性 川。减 水 剂 掺入 新拌 混凝 土 中 ，能够破 坏水 泥颗 粒 的絮凝 结 构 ，起 到 分散水 泥颗 粒及 水 泥水 化颗 粒 的作用 ，从 而 释放 絮 凝结 构 中的 自由水 ，增 大混 凝土 拌合 物 的