技术丨水泥生产中影响水泥与减水剂适应性的主要因素和对策

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水泥生产中影响水泥与减水剂适应性的主要因素和对策

1 水泥与减水剂适应性的概念

减水剂与水泥的适应性主要包括三个方面:初始工作性，即坍落度或扩展度；是否有明确的饱和掺量点，即减水剂饱和掺量；工作性损失情况，即流动性经时损失率。通俗来讲就是指减水剂在混凝土使用中表现出来的效果较好、效果不佳、或者根本没有效果，甚至使用后会出现工程事故。我们称之为适应性好、适应性一般或不适应。

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(或净浆扩展度小)，坍损快、离析、泌水，减水剂用量增加。

几乎所有品种的减水剂与水泥之间都存在一个适应性的问题。同一种减水剂在掺量、配合比相同情况下，往往由于所使用水泥性能的差异，而导致其应用性能差异较大。即，某种减水剂在某种水泥中应用效果很好，而在另一种水泥中却可能存在适应性问题，应用效果不好；反之，同一种水泥在减水剂掺量相同时，对某种减水剂适应，而对另一种减水剂不适应，如:会发生拌合性差、流动性差、坍损大，达不到设计要求、泌水严重、泵送时产生离析等。而经检查使用的减水剂、水泥和其他原材料均合格，配合比设计合理，使用方法无误，此时可以认为:所使用的减水剂与这种水泥“不相容”。

在JC/T1083-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》标准中是这样描述水泥与减水剂的相容性的：使用相同减水剂或水泥时，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。根据该标准中所规定的试验方法，我们采用净浆流动度法(代用法)来快速而直接地判定减水剂与水泥是否“适应”。下面的分析、论述是以此种方法测定的数据为依据的。

2 影响水泥与减水剂适应性的主要因素

影响水泥与减水剂适应性的因素极其错综复杂，涉及到水泥和其他矿物掺合料的物理化学性、减水剂的高分子材料学、表面物理化学和电化学、骨料的性能、混凝土拌合物性能等，我们通过近两个月的生产试验，从水泥生产本身找出了以下主要影响因素：

2.1 硅酸盐水泥熟料中C3A含量

崇左南方试生产初期，熟料中C3A含量一般在9.0%左右，生产的水泥水化较快，客户投诉需水量大、适应性差、混凝土坍落度损失大。说明C3A含量高的熟料与减水剂相容性较差，这与大多数学者对水泥熟料中各矿物对减水剂吸附性和吸附量的研究结果是吻合的，吸附量顺序为C3A>C4AF>C3S>C2S。在高效减水剂掺量相同的情况下，C3A含量较高的水泥浆体中，减水剂的分散效果较差。因此，从7月份开始，我们采取在保证正常熟料煅烧质量的情况下，将C3A从9.0%左右逐步调整为7.5%左右、甚至6.5%左右，改善了水泥与减水剂的适应性。

2.2 水泥细度和比表面积

水泥的细度越细，比表面积越大，虽能够最大限度地发挥熟料潜能，提高水泥强度；但，水泥越细需水量越大、与减水剂的相容性就越差甚至不相容，所拌制的混凝土也易产生泌水、开裂等现象，混凝土搅拌站为确保配合比强度的正常发挥，势必要加大减水剂用量，从而增加了混凝土生产成本。

崇左南方拥有两台4.2×13m带辊压机微选装置的开路磨，在试生产调试期间，PO42.5水泥80μm筛余细度在2.5%~3.0%左右、45um细度在14.0%左右时，其比表面积均在400m²/kg以上，对减水剂的适应性较差。通过对粉磨系统进行检查分析认为:磨机级配不合理、磨内工况差、过粉磨现象严重。3μm以下颗粒占15.8%，3~32μm颗粒占58.6%。细粉过多，造成需水量增加，这是导致水泥与减水剂适应性差的主要原因之一。我们对5~8月的出磨水泥进行减水剂适应性试验，试验用减水剂为NYHX搅拌站KS减水剂，统一掺量2.0%，从中找出具有代表性数据8组，见表1。

表1的数据显示:细度越小和比表面积越大的水泥，与减水剂的适应性越差。当80μm细度在2.5%左右、45μm细度在13.0%以内、比表面积在355~385m2/kg时，水泥与减水剂的适应性最佳，经损合适。

2.3 水泥的新鲜程度和温度

刚出磨的水泥或者存放时间较短的水泥，其正电性较强，颗粒间吸附、凝聚的能力较强，对减水剂的吸附能力较大，导致减水剂对其塑化作用相应变差，引起适应性变差；而水泥温度过高，会造成石膏脱水，即使石膏未脱水，也会由于温度过高而导致水泥水化速度加快，净浆扩展度变小，减水剂对其塑化效果变差、混凝土坍落度损失也随之加快。这也是为什么用刚出磨还未来得及散失掉热量的水泥配制的混凝土，往往出现坍损快，甚至出现在搅拌机内就异常凝结的缘故。

该公司从水泥磨尾采取瞬时样品一份，混合均匀后分成5份，在不同温度下加同一种同掺量减水剂分别测定净浆流动度见表2。由表2可见，水泥温度是影响水泥与减水剂适应性至关重要的因素之一。

2.4水泥的碱含量

有实验研究表明：碱含量过高(>0.8%)的水泥或碱含量过低(<0.5%)的水泥，也易与减水剂产生不适应。这是因为水泥中碱含量过高或过低，在某些减水剂加入时，会引起水泥中石膏溶解度发生变化，使C3A水化速率加快、需水量增大、经时损失也增大。实践证明：水泥中可溶性碱在0.4%~0.6%范围内可获得较好的适应性。

2.5石膏的种类与掺量

石膏对减水剂影响因素大小依次为硬石膏>半水石膏>二水石膏。这是因为石膏的形态不同，其水泥中SO4?-的溶解速度也不同，对减水剂的吸附能力就不同。其吸附能力顺序为:CaSO4>CaSO4·12H2O>CaSO4·2H2O。当在以无水石膏为调凝剂的水泥中，掺入木钙或糖钙减水剂，再与水一起拌合时，无水石膏表面立即吸附大量的木钙和糖钙分子，形成减水剂吸附膜层，该膜层将无水石膏严密包围起来，使之无法溶出为水泥浆体系所需的SO4²¯，也就无法快速地在C3A表面上形成大量的Aft，造成C3A大量水化，出现相当数量的相互连接的水化铝酸钙晶体。这一结果轻者导致混凝土坍落度损失过快，重者导致混凝土异常凝结。

从7月份开始，考虑到环境温度对水泥使用性能的影响，我们把调凝石膏改为磷石膏与脱硫石膏按照3:2的比例混合使用，在满足用户初凝时间要求的前提下，适当提高SO3含量能较好的与减水剂相匹配。因为随着水泥中石膏含量的增加，减水剂的饱和点不断降低，石膏与C3A作用生成钙矾石覆盖于C3A颗粒表面，阻止C3A进一步水化，故硫酸盐能够改善减水剂与水泥的相容性就是这个道理。

2.6水泥中的混合材种类及掺量

研究表明，加入混合材后能改善水泥与减水剂的适应性，而掺用不同种类、不同比例的混合材所对应的水泥对减水剂的适应性会产生不同的效果。通过生产实践证明:需水量越大的混合材掺量要尽量少掺或者不掺，我们根据现有混合材资源，在实验室小磨活性试验的基础上，对减水剂进行了各种混合材不同比例的匹配，最终确定了最佳的混合材种类和使用比例，并将其固化下来，在生产中尽量减少因混合材料所引起适应性的波动。

2.7减水剂自身特性

同一种减水剂可能对某一品种水泥或某个企业的水泥适应性很好，而对别的品种或别的企业的水泥适应性不好；或者也有可能一种水泥可以适应多种减水剂，总之，现在市场上的减水剂品种众多，不能单纯地说哪种减水剂好，哪个品牌水泥不好，也不能说哪个品种水泥好，哪个减水剂不行。水泥生产企业必须与混凝土搅拌站和减水剂生产厂家积极配合，才能较好地解决水泥与减水剂的适应性问题。

3 解决水泥与减水剂适应性的对策

1)尽可能保证熟料中C3A含量在6%~8%之间；

2)提高辊压机做功效率和V形选粉机的打散作用，控制入磨物料粒度在80μm筛余25%~26%、比面积240~260m²/kg；改善磨内通风、避免过粉磨现象，比面积控制在350~380m2/kg之间。

3)避免新鲜水泥出厂，最好存放1~2天或进行多库搭配，努力降低出磨水泥温度。我们将磨尾斜槽改为溜管，并在溜管四周增加循环冷却水起降温作用，取得了一定的成效；

4)严格控制进厂黏土中碱含量，确保熟料中碱含量在1.3%以内；控制合适的硫碱比；

5)固化石膏种类，严格控制进厂石膏结晶水含量大于15%，SO3含量大于38%以上；水泥中SO3含量2.0%左右；

6)尽量固化混合材种类和掺量，稳定生产，避免较大波动，若确实需要改变时，需及时与客户及减水剂厂家进行沟通；

7)加强对各类减水剂净浆流动度的跟踪监测，发现波动，立即查明原因进行改进。

4 结束语

水泥与减水剂的适应性问题，所涉及的学科领域比较广泛，机理也较为复杂多变，但是，作为水泥生产企业和混凝土施工单位，是必须要了解和基本掌握的。一旦生产或使用过程中遇到水泥与减水剂不相适应的问题时，只要生产和使用单位双方共同努力合作，经过认真研究、分析和试验后，适应性的问题一定能够得到较好的解决。

作者：徐应先

机构：崇左南方水泥有限公司