水泥与外加剂的相容性

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水泥与外加剂的相容性
    混凝土外加剂以很少的掺量加入混凝土中,可以有效地改善混凝土的物理力学性能,提高混凝土的强度、耐久性,节约水泥,缩小构筑物尺寸,从而达到节约能耗、改善环境的目的。混凝土外加剂的主要品种有普通减水剂、高效减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂、速凝剂、泵送剂、膨胀剂、防水剂、阻锈剂、脱模剂等。同一外加剂掺到不同的水泥中或同一种水泥掺入不同的外加剂时,会得到不同的效果。使用不当则得不到预期的减水、早强、缓凝等效果,甚至产生有害的作用,导致工程质量事故。很显然,外加剂与混凝土之间存在着一个适应性的问题,其中最为关键的是外加剂与水泥的相容性。
一、矿物组成对相容性的影响
    材料试验结果表明,硅酸盐水泥中矿物的收缩率大小依次为C3A、C3S、C2S、C4AF。近些年来,我国对硅酸盐水泥的标准经过多次修改,主要是水泥中的C3S含量、SO3含量(与C3A相匹配)、含碱量、水泥细度的提高,这促进我国水泥生产工艺的改进和水泥质量的提高,同时由于水泥熟料中C3A和C3S含量的提高,使混凝土自收缩和干燥收缩增加。硅酸盐水泥熟料中4种主要矿物的水化热如表1-4所列。在不同的龄期,C3A的发热量始终最高,3d的水化热是C3S的3.6倍、C4AF的3倍、C2S的18倍。高水化热导致混凝土的坝落度损失加快。研究结果还表明,铝酸盐更易吸附水泥中的SO2-,这使石膏与C3A比例偏小的水泥易产生减水剂的不适应性。
表1-4硅酸盐水泥熟料中4种主要矿物的水化热
二、水泥细度对相容性的影响
    水泥的细度是指水泥颗粒的粗细程度,它对水泥的性质影响很大。水泥颗粒越细,与水接触的表面积越大,水化反应越快,早期强度越高。但颗粒如果过细,硬化时收缩较大,易产生裂缝,贮存期间易吸收水分和二氧化碳而失去活性。另外,水泥颗粒越细,则在粉磨的过程中的能耗越大,水泥成本相应提高,因此水泥的细度应适宜。
    水泥细度的试验结果表明,水泥的颗粒越细,其早期水化放热越高,不仅对混凝土的后期强度没有提高的功能,而且混凝土的抗冻性也越差,抗拉强度也越低。从外加剂的角度讲,更重要的是水泥细度提高使水泥与减水剂,特别是高效减水剂的相容性变差。表1-5为高效减水剂与不同细度水泥的相容性试验结果。
注:饱和点即超过此量再多掺高效减水剂,水泥浆体流动性和混凝土坝落度不再增大表1-5中的试验数据表明,在同种水泥和同种外加剂前提下进行的测试,随着水泥细度的提高,高效减水剂用量饱和点大大提高,为减小净浆流动度1h损失所需减水剂的掺量也大为增加。
三、石膏形态对相容性的影响
    石膏形态不同,在混凝土中的溶解速度不同,按照水泥标准进行产品检验时区别很小,但在掺入减水剂后却会出现截然相反的情况。这是由于还原糖和多元醇[存在于木质素磺酸盐减水剂(简称“木钙”减水剂)和糖蜜减水剂中】对二水石膏和硬石膏(无水石膏)及氟石膏的溶解度不同。图1-5为“木钙”减水剂对不同石膏溶解度的影响,图1-6为糖蜜减水剂对不同石膏溶解度的影响。
    上述两图表明:还原糖和多元醇类将会大大降低硬石膏在水中的溶解度,使溶液中可溶性SO3量不足,不能生成足够的钙砚石来抑制C3A的水化,而C3A的快速早期水化会使混凝土产生“假凝”现象。如果水泥熟料中的C3A含量很低,这种“假凝”现象不会发生。
    用硬石膏或氟石膏作为水泥的调节凝结材料,或者磨制水泥时局部温度高,使部分天然石膏脱水成半水石膏或无水石膏,均会使在掺入还原糖和多元醇后发生“假凝”现象。在水泥净浆中,“假凝”会在10min内产生,并使水泥在15min后变硬,使用氟石膏时变硬的速度更快。
    材料试验结果表明,羟基羧酸盐、继类和二甘醇等缓凝剂,不会引起硬石膏的溶解度降低,相反会使其增高。在实际混凝土工程中,对于常产生“假凝”现象的水泥,可以试用以上缓凝剂。

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