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    2. 水泥工藝外加劑與混凝土外加劑雙摻對(duì)混凝土性能的影響

      網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載 · 2012-06-25 00:00

        張偉1.2 鐘海濤1 劉加平1  嚴(yán)生2 馬廣亮3

       ?。?江蘇蘇博特新材料股份有限公司 210008;2南京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院,210009;3江蘇宏嘉建設(shè)監(jiān)理有限公司,210009)

        摘 要:目前我國(guó)越來越多的水泥廠使用水泥工藝外加劑,商品混凝土的興起與發(fā)展,使現(xiàn)代混凝土技術(shù)越來越依靠混凝土外加劑技術(shù)的應(yīng)用。水泥半成品最終要被用在混凝土之中。水泥工藝外加劑與混凝土外加劑的雙摻,無疑會(huì)對(duì)新攔混凝土的性能產(chǎn)生影響。本文通過大量試驗(yàn),取得了一定的技術(shù)成果,對(duì)于指導(dǎo)混凝土外加劑的正確應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        關(guān)鍵詞:水泥工藝外加劑 混凝土外加劑 混凝土

        1 前言

        水泥工藝外加劑按摻入的生產(chǎn)順序不同,可分為生料外加劑和水泥外加劑,按用途可分為速燒劑,助磨劑,激發(fā)劑等。國(guó)外使用水泥外加劑主要體現(xiàn)在助磨劑及混合材激發(fā)劑上。水泥助磨劑是一種在水泥粉磨過程中加入磨機(jī)內(nèi)起助磨作用而又不損害水泥性能的添加劑,一般摻量為1%以下。它可改變磨機(jī)內(nèi)部物料之間的分散性及水泥的流速,提高水泥的輸送效率,并有效消除水泥微細(xì)顆粒的靜電吸附和包球糊磨現(xiàn)象,可提高磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)20%左右,同時(shí)有效地減少了過粉磨現(xiàn)象,優(yōu)化水泥顆粒級(jí)配,降低水泥篩余。復(fù)合型助磨劑往往還含有對(duì)粉煤灰、礦粉起激發(fā)其潛在活性作用的激發(fā)劑。

        2 原材料與實(shí)驗(yàn)方法

        2.1 助磨劑

       ?。?)北京綠佳偉業(yè)產(chǎn)KPY-99(液體無氣味),參量1.6-5/萬;

       ?。?)美國(guó)希普公司產(chǎn)CGA(液體有碳氨化肥的氣味)摻量2-5/萬;

       ?。?)多功能助磨激發(fā)劑SQ,粉劑,摻量變%   SQ助磨激發(fā)劑為沈陽星光建材集團(tuán)研究生產(chǎn),摻量為膠結(jié)材的1%-2%,其主要組分為SO42-鹽及醇胺類助磨劑。

       ?。?)JH型粉煤灰、礦渣激發(fā)劑,粉劑。吉林天一建材有限公司生產(chǎn),推薦摻量0.6%-1.0%。該外加劑以硅酸鹽類、煅燒石膏等為主要組分,通過物理化學(xué)雙重作用,以及特殊的工藝加工生產(chǎn)而成的一種復(fù)合粉末材料。

        選擇有代表性的三家不同地區(qū)的水泥廠加入助磨劑KPY-99及CGA制得P.O42.5。SQ及JH激發(fā)劑在拌制混凝土?xí)r摻加,拌制混凝土?xí)r再加入混凝土泵送劑。了解水泥工藝外加劑對(duì)新拌混凝土泌水,坍損,強(qiáng)度增長(zhǎng)情況等影響具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義?;炷镣饧觿╇m然種類很多,但我國(guó)商品混凝土使用的多是多功能的復(fù)合泵送劑。

        本文所指混凝土外加劑就是指高效緩凝泵送劑,它集高效減水、緩凝、適當(dāng)引氣、保水增笛等作用于一體,萘系、氨基磺酸系、聚羧酸系列減水劑是它的主要成分。

        由于能源緊張,水泥向綠色和高性能方向發(fā)展,ISO標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,越來越多的水泥工廠選擇添加水泥助磨劑、多功能助磨激發(fā)劑來提高粉磨效率,降低能耗,增加臺(tái)時(shí)產(chǎn)量,提高質(zhì)量。在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐洲地區(qū),90%以上的水泥廠都加了助磨劑,而我國(guó)目前僅有15%-20%的工廠使用。我國(guó)使用的助磨劑主要有    乙二醇、丙三醇、三乙醇胺、二乙醇胺、木質(zhì)素磺酸鈣鹽。美國(guó)使用的助磨劑主要有脫糖木質(zhì)素、三乙醇、炭黑、磷酸三鈣、二甲基2-4戊烷二醇,德國(guó)使用權(quán)用的助磨劑有醋酸胺、乙二醇、丙三醇等。液態(tài)摻量一般為0.6/萬-8萬,固態(tài)粉劑摻量一般為0.3%-1.0%。由于預(yù)拌混凝土要加入緩凝高效減水劑(泵送劑)。水泥所用助磨劑與混凝土處加劑的雙摻對(duì)新拌混凝土的性能會(huì)有影響,這正是本文所要討論的問題,這里的水泥工藝外加劑的特指水泥在粉磨過程中加入的助磨劑,混合材助磨激發(fā)復(fù)合劑。

        2.2 試驗(yàn)原材料

       ?。?)海螺P.O425及加助磨劑后的海螺P.O425

       ?。?)巨龍P.O425及加助磨劑后的巨龍P.O425

       ?。?)京陽P.O425及加助磨劑后的京陽P.O425

        (4)江砂、中砂、細(xì)度模數(shù)2.6;

       ?。?)玄武巖碎石,5-20mm連續(xù)級(jí)配;

        (6)JM-8萘系緩凝高效減水劑;

       ?。?)SBT-8,氨基系緩凝高效減水劑;

       ?。?)PCA聚羧系緩凝高效減水劑;

       ?。?)南京華能電廠I級(jí)粉煤灰;

       ?。?0)江南水泥廠s95級(jí)礦渣打粉;

        3 混凝土試驗(yàn)結(jié)果與討論

        采用商品混凝土公司常規(guī)混凝土配比:配比如下:W=165-185,C=320,F(xiàn)A=100,S=752,G小=200,G大=882(單位均為kg/m3)(以下沒有特殊說明時(shí)均以此配比為準(zhǔn))。

        3.1外加劑為JM-8萘系緩凝高效減水劑,其組成為FDN0.5%+緩凝劑0.06%。試驗(yàn)料計(jì)10L。結(jié)果見表1。

        表1 SQ與JM雙摻對(duì)混凝土性能的影響

      水泥品種

      W
      (ml)

      坍落度(mm) 擴(kuò)展度(mm) 泌水 抗壓強(qiáng)度(MPa) JM-8 SQ
      初始 lh 7d 28d 60d 90d (%)
      海螺 1650 220 130

      550×550

      - 34.8 52.1 58.0 63.6 -
      1760 218 65 410×430 - 38.8 55.4 64.5 67.8 2
      京陽 1780 235 190 510×480 - 35.0 52.9 57.8 60.8 -
      1840 215 154 450×480 - 36.0 56.9 61.8 65.8 2
      巨龍 1780 225 195 480×500 - 38.3 54.7 60.6 63.6 -
      1800 215 90 400×410 - 38.7 58.0 66.3 69.2 2

        以上可明顯看出:

        (1)萘系混凝土外加劑與助磨激發(fā)劑SQ雙摻時(shí),混凝土出料流動(dòng)性(擴(kuò)展度)降低,混凝土粘聚性更好了,沒有泌水現(xiàn)象,同時(shí)坍損增大。

       ?。?)相同的坍落度條件下加激發(fā)劑2%,單方用水量加略微增加(5-11kg/m3),混凝土同期強(qiáng)度仍然可增加3-5Mpa.

        (3)摻加SQ后,混凝土外加劑的減水效果降低了。

        3.2 外加劑為sbT-8氨基磺酸鹽系高效減水劑,基組成為氨基磺酸鹽減水劑0.45%+緩凝劑0.04%助磨激發(fā)劑SQ摻量為2%,CGA、KPY-99摻均為5/萬。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        表2 SBT-8與不同水泥外加劑雙摻對(duì)混凝土性能的影響

      序號(hào)

      W
      (ml)

      坍落度(mm) 擴(kuò)展度(mm) 泌水 抗壓強(qiáng)度(MPa) JM-8 助磨激發(fā)劑
      初始 lh 7d 28d 60d 90d
      1 1800 220 215 530×530 50 36.7 46.1 56.7 60.2 -
      2 1850 215 210 500×480 - 40.4 53.7 65.6 68.9` CGA
      3 1850 225 225 550×570 200 42.2 54.5 64.8 66.7 CGA
      4 1820 220 220 530×550 200 36.2 46.0 57.4 60.5 KPY-99
      5 1810 220 220 550×570 120 37.1 47.0 58.9 62.5 -
      6 1860 220 210 500×530 - 37.1 49.8 59.7 65.4 SQ
      7 1830 220 220 550×570 100 34.5 49.0 61.7 63.2 CGA
      8 1820 215 215 500×500 120 33.6 44.9 54.7 58.5 KPY

        注:1-4海螺水泥,5-8巨龍水泥。

        由表2可知:

       ?。?)不同的水泥,對(duì)于像SQ類激發(fā)劑在摻量2%的條件下,保坍型氨基系減水劑仍然有很好的保坍能力。(2)助磨劑CGA.KPY不能改善混凝土的和易性性,對(duì)于泌水不能起減少作用?;旧蠈?duì)強(qiáng)度影響不大。

        3.3 JH激發(fā)劑在摻不同系別外加劑混凝土中的應(yīng)用,試驗(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 jH混凝土摻合料激發(fā)劑在不同系別外加劑的應(yīng)用

      序號(hào)

      W
      (ml)

      坍落度(mm) 擴(kuò)展度(mm) 泌水 抗壓強(qiáng)度(MPa) AD 激發(fā)劑(%)
      初始 lh 7d 28d 60d 90d
      1 1890 220 220 550×550 50 35.2 45.3 58.0 58.6 JM-8 -
      2 1890 210 210 520×510 - 39.9 50.0 59.9 64.7 JM-8 jH 0.8
      3 1800 210 215 480×500 - 36.8 48.8 58.5 58.6 SBT-8 jH 0.8
      4 1870 220 215 550×570 - 26.2 38.6 48.6 52.4 JM-8 -
      5 1890 215 205 550×550 - 29.4 40.9 51.6 52.2 JM-8 jH 0.8
      6 1790 210 210 500×530 - 35.3 49.6 57.1 57.8 SBT-8 jH 0.8
      7 1740 225 180 550×550 - 34.2 49.5 53.3 61.8 JM-8 -
      8 1740 220 185 550×570 - 39.2 54.9 57.0 61.9 JM-8 jH 1
      9 1740 230 230 600×580 - 32.0 45.5 51.4 58.1 SBT-8 -
      10 1740 215 205 500×500 - 34.6 52.9 70.4 77.3 SBT-8 SQ2
      11 1740 230 230 580×580 - 38.4 53.6 60.7 63.8 SBT-8 jH 1

        備注:1-3海螺水泥;4-6巨龍水泥;7-11京陽水泥;其混凝土配合比:W=174,C=200,S=836,G=1060。(單位:kg/m3

        由表3得出:

       ?。?)jH激發(fā)劑在不同的水泥,不同的外加劑情況下,它對(duì)混凝土坍損的影響都很小。

        (2)同W/(C+FA)條件下,加jH1%可使混凝土同齡期增加5~6MPa。

       ?。?)氨基系外加劑在有硫酸鹽類激發(fā)劑條件下,仍然有很好的保坍能力。

        3.4 聚羧酸高效能外加劑PCA與SQ或jH雙摻對(duì)混凝土性能的影響(見表4)

        混凝土配合比(kg/m3):W=170,C=200,S=836,G=1060,F(xiàn)a=175。

        表4  聚羧酸高效能外加劑POA與SQ或jH雙摻對(duì)混凝土性能的影響

      序號(hào)

      W
      (ml)

      坍落度
      (mm)
      擴(kuò)展度
      (mm)
      泌水
      抗壓強(qiáng)度(MPa)
      PCA
      (%)

      激發(fā)劑
      (%)

      初始
      lh
      7d
      28d
      60d
      90d
      1
      1700
      210
      110
      470×480
      -
      29.6
      43.4
      54.1
      59.3
      1
      SQ2
      2
      1700
      210
      205
      480×500
      -
      24.9
      38.0
      49.2
      56.6
      1
      jHI
      3
      1700
      220
      215
      500×500
      100
      18.3
      35.0
      43.4
      52.1
      1
      -
      4
      1700
      210
      185
      460×470
      -
      25.1
      42.8
      47.1
      59.2
      1
      SQ2
      5
      1700
      215
      210
      500×500
      -
      21.4
      38.9
      50.6
      54.8
      1
      jHI
      6
      1650
      220
      220
      550×570
      100
      20.3
      36.6
      47.8
      51.0
      1
      -
      7
      1650
      220
      220
      550×550
      100
      21.3
      35.7
      47.8
      52.4
      1
      KPY
      8
      1650
      220
      210
      500×500
      -
      22.8
      36.9
      47.7
      54.8
      1
      jHI

        備注:1-2海螺水泥,3-5巨龍水泥,6-8京陽水泥

        表4的試驗(yàn)結(jié)果表明:

        (1)PCA與SQ雙摻時(shí),不同的水泥,混凝土坍損不一。

        (2)當(dāng)PCA與jH雙摻時(shí),不同的水泥,混凝土坍損都小。

       ?。?)兩種激發(fā)劑都能增加混凝土和易性,并減少了混凝土的泌水。

        (4)單純助磨劑的摻加并不明顯影響混凝土的強(qiáng)度;jH、SQ有助于混凝土強(qiáng)度的提高。

        3.5 激發(fā)濟(jì)在高性能混凝土中的應(yīng)用研究

        高性能混凝土(HPC)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是大量摻合料的利用。大量利用工業(yè)廢渣,對(duì)減少環(huán)境污染,節(jié)約礦產(chǎn)資料及能源都有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。但大量應(yīng)用摻合料,會(huì)造成混凝土早期強(qiáng)度偏低。為了解決這個(gè)問題,人們研制開發(fā)了粉煤灰礦渣激發(fā)劑。有的用在水泥中,有的在商品混凝土中應(yīng)用。對(duì)激發(fā)劑與聚羧酸系減水劑PCA雙摻在高性能混凝土中的應(yīng)用,得出的試驗(yàn)結(jié)果列于表5。

          表5 聚羧酸系減水型PCA與jH激發(fā)劑的雙摻在高性能混凝土中的應(yīng)用研究

      編號(hào)
      W
      kg/m3
      C
      kg/m3
      S
      kg/m3
      Fa
      kg/m3
      S95
      kg/m3
      G小
      kg/m3
      G大
      kg/m3
      外加劑(%)
      坍落度(mm)
      強(qiáng)度(MPa)
      PCA
      jH/SQ
      初始
      1h
      7d
      28d
      60d
      90d
      1
      156
      400
      781
      -
      -
      200
      880
      1
      -
      200
      180
      44.8
      54.8
      65.2
      68.6
      2
      156
      200
      781
      100
      100
      200
      880
      1
      -
      210
      200
      37.9
      51.6
      59.3
      63.0
      3
      156
      200
      781
      100
      100
      200
      880
      1
      1
      210
      190
      42.8
      58.2
      70.1
      71.7
      4
      156
      150
      781
      100
      150
      200
      880
      1
      1
      210
      185
      41.1
      50.1
      63.8
      68.4
      5
      156
      250
      781
      70
      80
      200
      880
      1
      1
      210
      160
      44.4
      57.3
      68.9
      75.6
      6
      156
      200
      781
      200
      -
      200
      880
      1
      1
      210
      140
      35.9
      52.8
      62.4
      66.3
      7
      156
      250
      781
      150
      -
      200
      880
      1
      1
      200
      120
      41.3
      58.5
      71.8
      75.0
      8
      156
      200
      781
      -
      200
      200
      880
      1
      1
      190
      160
      49.4
      62.2
      69.5
      72.7
      9
      166
      200
      781
      100
      100
      200
      880
      1
      /2
      210
      135
      44.9
      58.0
      67.0
      70.7
      10
      176
      200
      781
      200
      -
      200
      880
      1
      /2
      210
      40
      29.9
      47.9
      55.8
      64.1
      11
      176
      150
      781
      100
      150
      200
      880
      1
      /2
      210
      175
      38.0
      46.6
      51.3
      59.1
      12
      156
      200
      781
      100
      100
      200
      880
      1
      KPY
      210
      200
      38.9
      50.1
      62.5
      70.9
      13
      156
      200
      781
      100
      100
      200
      880
      1
      CGA
      210
      200
      38.4
      54.1
      67.1
      71.1

        3.6 混凝土耐久性的比較

        3.6.1 收縮

        混凝土配合比(kg/m3):

       ?。╝)C=460,S=675,G=1104,W=150,F(xiàn)DN0.65%。坍落度160mm。

       ?。╞)C=230,F(xiàn)A=115,S95=115,S=675,G=1104,W=150,F(xiàn)DN0.65%,jH1%,坍落度160mm。

        與基準(zhǔn)混凝土比較,摻入大量的混合材后,混凝土的自收縮和干收縮都較小(見圖1-1,圖1-2)。這對(duì)減少混凝土的裂縫有利。

        3.6.2 碳化

        混凝土配合比為(kg/m3):

       ?。╝)W=154,C=300,F(xiàn)A=100,S=810,G=1060,PCA4.0。金寧羊PO42.5R,坍落度180mm。R22=58.6MPa

       ?。╞)W=154,C=200,F(xiàn)A=100,S95=100,S=810,G=1060,PCA=4.0,JH4.0。金寧羊PO42.5。坍落度180mm,R28=60.3MPa?;炷脸尚秃?,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)60天,然后移入標(biāo)準(zhǔn)碳化箱進(jìn)行碳化,其結(jié)果見表6。

        表6 混凝土在標(biāo)準(zhǔn)碳化條件下的碳化值

      配比
      水膠比
      初始
      7d
      14d
      28d
      60d
      (a)
      0.385
      1.9
      4.6
      6.0
      8.6
      10.6
      (b)
      0.385
      1.8
      6.2
      7.8
      10.6
      15.9

        以上結(jié)果,可以看出混凝土配比(a)與(b)比較,從FA摻量25%到(FA+S95)占50%,混凝土碳化深度稍有增加,標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下28d的碳化值相當(dāng)于自然條件下碳化50年。可以說明在自然條件下,兩種混凝土配比保持鋼筋混凝土堿性的能力至少在50年內(nèi)相差不大。

       ?。?)抗?jié)B性

        混凝土配比(a)同上,為混凝土公司常規(guī)使用的配比。

        混凝土配比(b)同上,為摻加激發(fā)劑之后的配比。這兩組混凝土的抗?jié)B性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表7。

        表7 兩組混凝土的抗?jié)B性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果(標(biāo)養(yǎng)28d)

      混凝土配比
      水膠比
      膠結(jié)材組成
      滲透水壓
      (MPa)
      平均滲透高度
      (cm)(保壓8h)
      (a)
      0.385
      C=300,FA=100
      1.6
      0.66
      (b)
      0.385
      C=200,FA=100,
      S95=100
      1.6
      0.54

        試驗(yàn)結(jié)果表明:混凝土(b)的抗?jié)B性能不比混凝土(a)差,說明在激發(fā)劑的作用下,單摻FA,以及雙摻FA和礦渣混凝土的抗?jié)B性能不至于因?yàn)閱畏交炷林兴嘤昧繙p少而降低。

       ?。?)抗凍性

        混凝土配比(kg/m3):

        (a)W=163,C=300,F(xiàn)A=100,S=810,G=1060,F(xiàn)DN0.6%+引氣劑1.2/萬。坍落度190mm,引氣量=3.5%,R28=52.5MPa

       ?。╞)W=163,C=200,F(xiàn)A=100,S95=100,S=810,G=1060,F(xiàn)DN0.6%+引氣劑1.2/萬+JH1%。坍落度190mm,Air=5.1%,R28=49.1MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。

        表8 混凝土抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果(28d)

      相對(duì)動(dòng)彈性模量(%)
      次數(shù)
      50
      100
      150
      200
      250
      300
      350
      400
      450
      500
      (a)
      99.83
      98.45
      94.40
      89.35
      85.68
      79.47
      74.31
      68.37
      -
      -
      (b)
      99.94
      99.21
      98.67
      93.58
      89.44
      85.49
      80.66
      75.43
      -
      -

        試驗(yàn)結(jié)果表明:(b)與(a)比較,混凝土在減水劑、引氣劑和激發(fā)劑作用下,抗凍性能并沒有降低。

        4 總結(jié)

       ?。?)摻加了水劑型助磨劑(摻量1~5/萬)的水泥,與不同類型的混凝土外加劑雙摻時(shí),對(duì)混凝土坍落度損失的影響都比較小。它不對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生明顯的影響。

        (2)復(fù)合型的水泥助磨劑,主要為粉劑。摻加量為1%~2%。如果含有硫酸鈉類摻合料激發(fā)劑,當(dāng)它與萘系或聚羧酸系混凝土外加劑雙摻時(shí),對(duì)混凝土坍落度損失影響較大,當(dāng)然,不同的水泥影響程度不一;當(dāng)它與保坍型氨基系雙摻時(shí),對(duì)混凝土坍損影響較小。如果含有煅燒石膏類摻合料激發(fā)劑,與不同類型的混凝土外加劑雙摻時(shí),對(duì)混凝土坍損的影響都比較小。

        (3)含有激發(fā)劑的水泥助磨劑,能改善混凝土的和易性,混凝土保水性較好。加入這種激發(fā)劑能顯著改善混凝土的和易性,減少泌水。

       ?。?)激發(fā)劑對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)效果明顯。對(duì)于摻合料用量大的高性能混凝土,粉煤灰、礦渣和激發(fā)劑共摻,效果更加明顯,并能取得明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

       ?。?)助磨激發(fā)劑的加入,不對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生明顯的不利影響。

        參考文獻(xiàn)

        [1]蔡安蘭等.助磨劑對(duì)普通硅酸鹽水泥性能的影響及作用機(jī)理,南京化工大學(xué)學(xué)報(bào),Vo1.23,No.1,2001.1

        [2]江朝華,嚴(yán)生.多功能水泥復(fù)合助磨劑研究,河海大學(xué)報(bào),Vol.31 No.4,2003.7


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