0 引言
隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，外加劑已成為混凝土不可缺少的重要組成部分，也有人稱之為混凝土的第五組分。然而，在實際應(yīng)用過程中，并不是所有的水泥與外加劑都具有良好的適應(yīng)性，主要問題表現(xiàn)在：外加劑按規(guī)定的劑量摻人混凝土中，不能產(chǎn)生應(yīng)有的作用或效果，使混凝土流動度降低或流動度經(jīng)時損失加大；外加劑摻量過多時，雖然混凝土流動性變好，但又出現(xiàn)離析、泌水、板結(jié)等不正常現(xiàn)象，不僅使混凝土勻質(zhì)性得不到保證，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致硬化混凝土出現(xiàn)塑性收縮裂紋等工程質(zhì)量問題。本文著重研究水泥熟料、混合材、粉磨方式、石膏摻量及水泥儲存時間等對水泥與外加劑適應(yīng)性的影響。
1 小磨試驗
1．1 試驗原材料
熟料：為了對比，分別用本廠1號窯、2號窯生產(chǎn)的熟料及海螺熟料，化學(xué)成分見表1?；旌喜模菏涸?、鉬鐵礦尾礦、煤矸石、?；郀t礦渣、石灰石，化學(xué)成分見表1。由于摻不同品種粉煤灰的水泥與外加劑的適應(yīng)性差異較大，所以沒做試驗.
外加劑：由杭州3個預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廠家提供的萘系外加劑。
樣品制備：將各種原材料分別裝人化驗室統(tǒng)一試驗小磨粉磨，其中熟料粉磨至比表面積為(350±10)㎡／kg，混合材及石膏磨至801um篩篩余≤2．0％。
1．2 試驗方法的選擇
盡管有資料[1,2]表明：Marsh筒法靈敏度高、簡單易操作、重復(fù)性好、較常用的凈漿流動度法效果好與外加劑在混凝土中的表現(xiàn)具有較好的相關(guān)性。但該方法目前在混凝土生產(chǎn)廠家?guī)缀鯖]有應(yīng)用，國家標(biāo)準(zhǔn)中尚沒有查到相關(guān)的規(guī)定，故試驗采用預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廠家廣泛采用的GB 8077-2003的方法測定水泥凈漿流動度。為與預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廠家的試驗方法保持一致，具體步驟為：稱取水泥試樣300g，倒入水泥凈漿攪拌鍋內(nèi)，將5．4g外加劑加入87g水中攪拌均勻，開動攪拌機后，加入水與外加劑的混合液，攪拌4min，測其凈漿初始流動度，通過比較流動度的大小判斷水泥與外加劑的適應(yīng)性。流動度大，表明該水泥與外加劑的適應(yīng)性好，反之則差。
1．3 試驗方案
對于不同熟料及不同混合材，分別采用L9(34)正交試驗，試驗方案如表2所示。
其中熟料只用我廠老線(1號窯)及新線(2號窯)生產(chǎn)的熟料，一方面減少試驗次數(shù)，另一方面主要是探索我廠水泥與外加劑的適應(yīng)性問題，以指導(dǎo)生產(chǎn)。熟料種類列為空列。用于分析試驗誤差。
由于篇幅所限，本文略去各次正交試驗的具體數(shù)據(jù)，只將各次試驗的數(shù)據(jù)分析匯總于表3。
1．4 試驗結(jié)果分析
1．4．1 1號窯熟料
從表3可以看出，在1號窯熟料中摻入石煤渣后對于3種外加劑水泥的凈漿流動性都不佳。試驗誤差對應(yīng)的極值R最大，說明試驗誤差在該組試驗中占主導(dǎo)地位，其他因素對水泥凈漿流動度無明顯影響。
在1號窯熟料中摻入鉬鐵礦尾礦，水泥凈漿流動度明顯增加，而且水泥對外加劑有選擇性。a外加劑最好，b外加劑次之，c外加劑最差。隨鉬鐵礦尾礦摻量的增加，流動度逐漸增加?？梢钥闯鲈囼炚`差仍居次要影響的位置。較佳的生產(chǎn)方案是石膏6．0％，鉬鐵礦尾礦15．0％。
在1號窯熟料中摻入礦渣后，水泥凈漿流動度又有所增加，但水泥對外加劑的選擇性更明顯。隨礦渣摻量的增加，流動度增加。但隨石膏摻量的增加，流動度減小。較佳生產(chǎn)方案是石膏4．O％ ，礦渣15．0％。但實際生產(chǎn)中，摻入礦渣后，石膏含量不能太低，以免水泥早期強度發(fā)揮不出來。
在1號窯熟料中摻入煤矸石后，水泥凈漿流動度繼續(xù)增加。影響流動度的主要因素依然是外加劑，較佳生產(chǎn)方案是石膏4．0％，煤矸石12．0％。
綜上所述，在使用1號窯熟料時，石煤渣是最差的混合材；在摻入礦渣和煤矸石后，水泥凈漿流動度逐漸增加，且增幅較大，水泥對外加劑具有明顯的選擇性，同時要限制石膏摻量；摻入鉬鐵礦尾礦后，隨其摻量的增加，流動度增大，而且它對外加劑的選擇性沒有礦渣和煤矸石明顯。
1．4．2 2號窯熟料
與1號窯熟料相比，在2號窯熟料中摻入石煤渣后，水泥凈漿流動度略有提高。影響流動度的主要因素是石煤渣摻量，其次是外加劑種類。隨石煤渣摻量的增加，流動性變差。本組試驗誤差較小，較佳生產(chǎn)方案是石膏4．0％，石煤渣9．0％。
在2號窯熟料中摻入鉬鐵礦尾礦后，水泥凈漿流動性好于摻石煤渣的水泥，影響流動性的主要因素是鉬鐵礦尾礦摻量，其次是石膏摻量。再次是試驗誤差，而對外加劑沒有選擇性，也就是對外加劑的適應(yīng)范圍較寬；而且隨著鉬鐵礦尾礦摻量的增加，流動性變差，正好與1號窯熟料的情況相反。較佳的生產(chǎn)方案是石膏5．0％，鉬鐵礦尾礦9．0％。
在2號窯熟料中摻入礦渣后，水泥凈漿流動性較摻鉬鐵礦尾礦又有所增加，但對外加劑具有明顯的選擇性。影響流動度的主要因素是外加劑的種類，其次是石膏和礦渣摻量，而且隨礦渣摻量的增加，流動性好轉(zhuǎn)。較佳生產(chǎn)方案都是石膏5．0％ ，礦渣15．0％
在2號窯熟料中摻人煤矸石后，水泥凈漿流動性略低于摻鉬鐵礦尾礦的水泥：影響流動度的主要因素依然是外加劑種類，其次是石膏摻量，然后是煤矸石摻量，而且隨石膏摻量的增加流動性在增加，但隨煤矸石摻量的增加流動性在變差，較佳生產(chǎn)方案是石膏6．0％，煤矸石9．0％
綜上所述，對于2號窯熟料，除摻人鉬鐵礦尾礦后，對外加劑沒有選擇性外，摻人其它品種混合材后，對外加劑明顯有選擇性，除礦渣外，水泥流動性均隨混合材摻量的增加而變差。
1．4.3 純熟料及石灰石的影響
為比較純熟料及石灰石對水泥與外加劑的適應(yīng)性的影響，安排5組試驗，見表4：通過流動度對比可以看出，海螺熟料對外加劑適應(yīng)性最好，1號、2號窯熟料大體相當(dāng)，但均好于摻混合材的水泥，說明目前我廠的熟料礦物組成與海螺熟料有較大的差別，而且與混合材的“匹配”也不是很理想
2 實際生產(chǎn)
2．1 大小磨機水泥凈漿流動度間的差異
盡管小磨試驗確定了較好的混合材及較佳生產(chǎn)條件，但因我廠目前使用的混合材主要是石煤渣．所以，仍以石煤渣為混合材將正常出磨水泥與小磨試驗結(jié)果對比，確定其流動度差值大小，以指導(dǎo)生產(chǎn)。結(jié)果列于表5。
從表5可見，對于1號窯熟料，在其他條件不變的情況下，1號磨生產(chǎn)的水泥較小磨水泥凈漿流動度高43mm，2號磨生產(chǎn)的水泥較小磨水泥凈漿流動度高78mm；對于2號窯熟料，3號磨生產(chǎn)的水泥較小磨水泥凈漿流動度高121mm。其差值主要是由于水泥顆粒級配不同引起的。其中1號水泥磨為帶旋風(fēng)式選粉機的閉路粉磨系統(tǒng)，2號水泥磨為開路粉磨系統(tǒng)，3號水泥磨為帶輥壓機的開路粉磨系統(tǒng)。
2．2 不同混合材對水泥凈漿流動度的影響
將不同混合材摻人1號水泥磨(閉路粉磨水泥比表面積容易調(diào)整)中進行對比試驗，采用熟料為1號窯熟料，石膏摻量5％，水泥比表面積340m ／kg，采用外加劑a。試驗結(jié)果如表6所示。
從表6的結(jié)果看，用l2％的?；郀t礦渣加3％的石灰石作混合材，水泥凈漿流動發(fā)也只和小磨試驗結(jié)果相當(dāng)；而用5％的鉬鐵礦尾礦代替石煤渣后，水泥凈漿流動度比單摻石煤渣時增加20mm；煤矸石和粉煤灰代替石煤渣后，水泥凈漿流動度會下降。后來將水泥比表面積下降20㎡／kg，其凈漿流動度也只上升10～l5mm，但各齡期強度下降幅度較大。
2．3 不同粉磨方式對水泥凈漿流動度的影響
將2004年l2月與2005年1月的出磨水泥凈漿流動度統(tǒng)計分析，分析結(jié)果列于表7，其中石煤渣摻量均為12％，石膏摻量均為5％ 。外加劑均為a
從表7的結(jié)果可知，帶輥壓機系統(tǒng)的開路粉磨系統(tǒng)(3號磨)，其水泥對外加劑的適應(yīng)性最好，其次是普通開路粉磨系統(tǒng)(2號磨)，而帶旋風(fēng)式選粉機的閉路粉磨系統(tǒng)(1號磨)，水泥對外加劑的適應(yīng)性最差。在生產(chǎn)過程中，將１號窯熟料從10％增加到30％配入3號磨中(與2號窯熟料混合使用)，其水泥凈漿流動度沒有明顯變化，說明表7中流動度的差異主要是粉磨方式而不是熟料種類造成的。
2．4 熟料的凈漿流動度的變化
將2004年12月與2005年1～2月熟料的凈漿流動度隨標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量變化的情況列于表8。
表8的結(jié)果表明，熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在22．5％時，熟料的凈漿流動度最差，熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在23．5％時，熟料的凈漿流動度最好；熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度在23％～25％時，熟料的凈漿流動度基本變化不大；低熱熟料C3A含量盡管很低，但其凈漿流動度也與普通熟料相差無幾。熟料的煅燒過程、冷卻效果、巖相結(jié)構(gòu)等，也可能是影響其凈漿流動度的因素。
2．5 SO3對水泥凈漿流動度的影響
將正常生產(chǎn)中熟料成分接近、水泥比表面積相等(均為343㎡／kg)的水泥凈漿流動度列于表9。
從對比結(jié)果看，水泥中SO3含量與凈漿流動度沒有明顯的線性相關(guān)性。而且生產(chǎn)過程中，將SO3含量提高到2．4％左右，水泥凈漿流動度也無大的改觀；SO3再提高后，水泥28d強度會下降。
2．6 儲存時間對水泥凈漿流動度的影響
出磨水泥存放3d與7d取樣進行凈漿流動度測量，其結(jié)果幾乎與出磨次日一樣，即使庫存1個月的水泥，其凈漿流動度的增加值也不超過101mm。
3 生產(chǎn)效果評價
1)從生產(chǎn)實際情況可以看出，帶輥壓機的開路磨生產(chǎn)的水泥與外加劑的適應(yīng)性最好，其次是普通開路磨，閉路磨生產(chǎn)的水泥與外加劑的適應(yīng)性最差。這主要是水泥顆粒分布不同所致，一般來說，水泥顆粒分布范圍越窄，其堆積空隙率越大，需要更多自由水來填充這些空隙，因此，水泥凈漿流動度較差。
2)?；郀t礦渣與熟料共同粉磨時，由于其細(xì)度不能保證，比表面積低，較粗顆粒中水淬時形成的多孔狀結(jié)構(gòu)未被破壞，對外加劑有明顯的吸附作用，所以不能有效改善水泥與外加劑的適應(yīng)性。采用分別粉磨，將高細(xì)度礦渣摻入水泥中，可有效改善水泥與外加劑的適應(yīng)性，這是目前預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廠家最流行的做法。對同一粉磨方式，鉬鐵礦尾礦可以改善水泥與外加劑的適應(yīng)性，而石煤渣、煤矸石作混合材，水泥與外加劑的適應(yīng)性較差，主要是它們的多孔結(jié)構(gòu)對外加劑的吸附量較大的緣故。
3)熟料中C3A含量的高低與其所磨制的水泥與外加劑的適應(yīng)性尚有不確定因素。資料[3]認(rèn)為，C3A含量高的水泥與外加劑的適應(yīng)性差。實際上，盡管低熱水泥熟料C3A含量很低，但低熱水泥流動度并沒有大幅上升，而且熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量從25％下降到23％后，其凈漿流動度變化不大。
4)對同一粉磨方式，水泥細(xì)度越細(xì)，水泥與水接觸的面積越大，越容易吸附外加劑，液相中有效的外加劑含量降低，凈漿流動度越小。
5)水泥存放時間的影響：一般認(rèn)為，剛出磨的水泥由于粉磨產(chǎn)生的電荷，顆粒問相互吸附、凝聚能力以及對外加劑組分的吸附能力較強，因此，與外加劑的適應(yīng)性較差。但由于水泥庫的密封作用，出磨水泥3～7d出廠時，其凈漿流動度增加值不超過5mm，即使庫存超過1個月的水泥，其凈漿流動度增加值也不超過101mm。也就是說，水泥在密封較好的水泥庫中儲存，不會明顯改善其與外加劑的適應(yīng)性。
6)出磨水泥的凈漿流動度的調(diào)整：
?、賹?號水泥磨篩余由<1％調(diào)整至2．0％～2．5％，2號水泥磨篩余由<1．5％調(diào)整至2．5％～3％而保持比表面積不變；
?、?在1號或2號水泥磨中摻入5％鉬鐵礦尾礦代替石煤渣；
?、?將3號水泥磨篩余由<2．0％調(diào)整至3％～4％，而保持比表面積不變。
通過上述調(diào)整，水泥與外加劑的適應(yīng)性達到了用戶的要求。
4 結(jié)束語
通過正交試驗和生產(chǎn)實際情況的分析可知：
1)影響水泥與外加劑適應(yīng)性的因素很多，水泥與外加劑的適應(yīng)性是雙向的，不僅要求水泥適應(yīng)外加劑，而且也要求外加劑適應(yīng)水泥；水泥與外加劑的適應(yīng)性既取決于外加劑品種和質(zhì)量，也取決于水泥品種和質(zhì)量；
2)水泥熟料化學(xué)成分與礦物組成對水泥與外加劑適應(yīng)性的影響尚需進一步的探索；
3)開路粉磨可有效改善水泥顆粒級配，從而改善水泥與外加劑的適應(yīng)性，而且效果很明顯；
4)對于同一粉磨方式，礦渣的細(xì)度只有達到完全破壞其水淬時產(chǎn)生的孑L狀結(jié)構(gòu)，才能降低其對外加劑的吸附作用，從而改善水泥與外加劑的適應(yīng)性；鉬鐵礦尾礦可以改善水泥與外加劑的適應(yīng)性，但由于其活性所限，摻量不能超過10％，否則水泥各齡期強度都會有不同程度的下降；石煤渣、煤矸石等火山灰質(zhì)混合材及石灰石對水泥與外加劑的適應(yīng)性影響較大。
參考文獻：
[1] 徐海軍、文梓蕓．超塑化劑與水泥相容性測定方法應(yīng)用技術(shù)研究[J]．水泥，2004，(10)：12-14．
[2] 吳笑梅，樊粵明，簡運康．用Marsh筒法研究水泥與減水劑的適應(yīng)性問題[J]．水泥，2002，(12)：12-14．
[3] 姚 燕，王文義．我國水泥標(biāo)準(zhǔn)同國際接軌后改進產(chǎn)品質(zhì)量的分析[J]．水泥。2003，(6)：1-6．
