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水泥与减水剂相容性试验方法
标准名称：水泥与减水剂相容性试验方法
英文名称：Test method for compatibility of cement and water-reducing agent
中标分类：
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水泥、石膏、石灰、砂浆
发布部门：中华人民共和国国家发展和改革委员会　
发布日期：
实施日期：
首发日期：
作废日期：
提出单位：中国建筑材料联合会
归口单位：全国水泥标准化技术委员会
起草单位：中国建筑材料科学研究院
起草人：肖忠明、郭俊萍、张文和、苑立平
出版社：建材工业出版社
出版日期：
本标准规定了水泥与减水剂相容性试验方法的术语和定义、方法原理、实验室和设备、水泥浆体的组成、试验步骤、数据处理、结果表示、试验报告。本标准适用于评价水泥与减水剂相容性
所属分类： 建材
建筑材料和建筑物
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标准名称：果蔬类罐头食品卫生标准
英文名称：Hygienic standard for canned fruits and vegetables
中标分类：
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水果及其制品
替代情况：被GB 代替
发布日期：
实施日期：
首发日期：
作废日期：
出版日期：
所属分类： 医药
蔬菜及其制品
水果及其制品
【英文标准名称】:Carbonsteelpipesforpressureservice【原文标准名称】:压力设备用碳素钢钢管【标准号】:JISG【标准状态】:作废【国别】:日本【发布日期】:【实施或试行日期】:【发布单位】:日本工业标准调查会(JISC)【起草单位】:TechnicalCommitteeonIronandSteel【标准类型】:()【标准水平】:()【中文主题词】:管;钢;管道工程系统;压力装置;流体设备;非合金钢【英文主题词】:pipeworksystems【摘要】:【中国标准分类号】:H48【国际标准分类号】:77_140_20;77_140_75【页数】:17P;A4【正文语种】:日语维普资讯 http://www.cqvip.com
１４ ? ６ 　
第３ ４卷 第 ｌ ９期　 ２０ ０ ８年 ７月 　 　　 　
山 西　 建　 筑　 　 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ 　 ＴＥＣＴＵＲＥ　
Ｖ０ ． ４ Ｎｏ． ９ １３ 　 １　
Ｊ１ ２ ０ 　 ｕ． ０ ８
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ ｛０ ８ １ ―１４０ 　 １０ ―８ ５ ２ ０ ）９０ ６ ―２
水 泥 与 减 水 剂 相 容 性 的 改 善 措 施　 汤 拉 娜　 摘 要 ： 对 水 泥 与减 水 剂 相 容 性 问题 的 重要 性 ， 水 泥 与减 水 剂 方 面对 影 响 相 容 性 的 因 素进 行 了探 讨 ， 出 了改善 水　 针 从 提
泥与减水剂相容 性的可操作性措施 ， 以切实有效地改善减水剂与水 泥的相容 性情况。 　 关键词 ： 相容性， 改善措施 ， 水泥 ， 水剂 减 　 中图分类号 ： ５ ５ ＴＵ ２　 文献标识码 ： 　 Ａ
外加剂 目 已成为混 凝土 的第 五组分 ， 品种 日益增多 ， 前 其 性　 １４ 选择 ８ 含 量较 高的 水泥　 ． ０３ 能 不断提高 。然而在使 用过程 中 ， 还存 在着一个普 遍 的、 非常重　 水泥 中的可溶性碱 （ 际是碱 的硫 酸盐 ） 实 已被 证 明是水 泥与　 要 的问题 ， 就是外加剂（ 特别是减水 剂） 与水 泥的相容性 问题 。相　 减水剂相容性 的重要参数 ， 对于每一种水 泥和多磺酸盐 的高 效减　
容性好坏在很大程度上决定 了可采用水灰 比的大小 ， 或者在同一　 水剂 的复合系统 ， 可能存在 一个可 溶性碱 的最佳 含量 ， 在低 碱水　 水胶 比下显示 出差异性 大 的初 始工 作度与坍 落度损 失… １。也 就　 泥（ 出于对发生碱一骨料 反应 的担 忧 ， 一些地 方 出台 了对水 泥含　 是说 ， 在水胶比很低 时 ， 管所用 的水泥 与高效减 水剂 的质量都　 碱量 的限制 ， 尽 引起水泥 厂家选择 生产原 材料 的变化 ， 如用砂岩　 例 符 合 国 家标 准 ， 配 置 出 的拌 合 物 不 理 想 。拌 合 物 的 工 作 性 能 不　 代 替 黏 土 ， 但 以降 低 水 泥 的总 碱 量 ） ， 入 少 量 的硫 酸 钠 明 显 地 改　 中 加 佳， 极有可能影响混 凝土强 度从而导致严重 的工程质量事 故和重　 善了水泥浆体和由这种 水泥制 备混凝 土 的流变性 。碱 的硫 酸盐　
大经济损失 。为 了改善水泥与减水剂 的相容性 ， 以采取 以下几　 溶解非常快 ， 比硫 酸钙溶 解 的快 ， 可 并 在水 化初期 提供较 高水平 的　 项 措施 。 　
９ ４一 Ｄ　 浓度与 Ｃ 反应 ， 　 消耗　 Ａ， 减少　 Ａ对 减水剂分子 的吸附　 量。因此使用 ９ 含量较高的水泥 ， 　 拌合物有更好的工作性能。 　
１ 水泥方 面　 　
１ １ 在 强度许 可 的前提 下 ， 用比表 面积较 小的 水泥　 ． 采 新的水泥标 准 自 ２ ０ ０ １年实施后 ， 水泥厂 已采取 了一 系列　 各
１ ５ 试 验 证 明　 ． 粉煤灰水泥或矿渣水 泥与减 水剂 的相容性 一般优 于普通 硅　
　 重大技术措 施来适 应新标 准 的要求 ， 如提高 水泥 比表面积 、 例 提　 酸盐水泥 与减水剂 的相容性 。
高 Ｃ ｓ含量等 。这使得水 泥与减水剂 的相容性问题更 为突显　Ｊ ２ 减 水剂 方面　 ３ 。
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1970出生，教授、研究员级高级工程师，北京城建集团高级顾问，冀东发展集团首席科学家。
水泥助磨剂的性能及其与混凝土减水剂相容性的研究
水泥助磨剂的性能及其与混凝土减水剂相容性的研究
赵计辉1 王栋民1,2& 王振华1,2 王剑锋1,2 李端乐1,2
（1. 中国矿业大学 混凝土与环境材料研究所，北京 100083
2. 中国矿业大学 化学与环境工程学院，北京 100083）
摘& 要：本文选择了三乙醇胺、三异丙醇胺、改性三乙醇胺、复合助磨剂四种水泥助磨剂，通过实验来研究其对水泥的助磨效果和性能的影响，探讨其与混凝土减水剂的相容性。研究结果表明：四种助磨剂有较好的助磨效果，能够优化颗粒级配、显著提高水泥性能等；但是三异丙醇胺与混凝土减水剂相容性较差，会使混凝土的工作性和力学性能等降低。
关键词：水泥助磨剂、颗粒级配、强度、相容性、减水剂、工作性
The study of cement grinding aids performance and compatibility with concrete water reducing agent
Abstract: In this paper, it selected four kinds of cement grinding aids which are triethanolamine, triisopropylamine, modified triethanolamine and compound grinding aid, through the experiments, to study their effects on the cement grinding and performance, and to explore its compatibility with the concrete water reducer.&The results showed that: both the four&grinding aids had good grinding effects, could optimize the particle size distribution, and significantly improved the p However, the compatibility between the triisopropylamine and the concretes water reducing agent is bad, the poor compatibility will make concrete workability and mechanical properties decreased.
Key words: cement grinding aids, particle size distribution, strength, compatibility, water reducing agent, work related
水泥工业是高耗能的产业，而水泥粉磨的耗能在整个生产过程中占据极大的比重，其中电耗约占水泥综合电耗的60%-70%。而其能量的利用率又极低，粉磨过程所消耗的能量大约有97%变成热能而白白浪费，只有很少的一部分能量用于增加物料的比表面积。为了降低能耗、节约能源、提高粉磨效率，在粉磨过程中加入少量的助磨剂来改善粉磨效率是有效的方法之一。随着水泥助磨剂在水泥生产中的广泛应用，助磨剂在对节能减排等方面做出巨大贡献的同时，其与混凝土外加剂的适应性问题越来越突出。本文将初步探讨水泥助磨剂与混凝土减水剂的相容性问题。
目前，我国的水泥助磨剂多以三乙醇胺、三异丙醇胺等醇胺类为主，其功效显著，但也有其不足，如性能稳定性差，对于掺量的变动敏感，成本较高等，本文中的改性三乙醇胺就是针对这些不足，对三乙醇胺进行化学合成改性后的一种水溶性化合物。本文选择了三乙醇胺、三异丙醇胺、改性三乙醇胺、复合助磨剂四种水泥助磨剂，通过实验来研究其对水泥的助磨效果和性能的影响，重点探讨其与混凝土减水剂的相容性问题。
2、原材料与实验方法
2.1 主要原材料
（1）水泥熟料：北京水泥厂硅酸盐水泥熟料
（2）石膏：天然二水石膏(CaSO4?2H2O)
（3）水泥混合材：粉煤灰（北京金能电厂）；矿渣（河北宣化钢渣）
（4）助磨剂：①三乙醇胺（TEA）：工业品
②三异丙醇胺（TIPA）：工业品
③改性三乙醇胺（改性TEA）：工业品
④复合水泥助磨剂：以TEA、TIPA和改性TEA为重要组分复配，工业品。
（5）减水剂：聚羧酸高效减水剂（50%浓度）
（6）骨料：天然中砂；碎石（最大粒径30mm）。
（7）掺合料：粉煤灰（北京金能电厂）
2.2实验方法
（1）性能研究：
四种助磨剂分别按不同掺量加入小磨进行粉磨。其中，水泥物料的配比（介于32.5和42.5水泥之间）为：熟料70%+粉煤灰20%+矿渣5%+石膏5%。每次粉磨3kg，粉磨时间为25分钟，出磨时间为5分钟。
然后对对粉磨后的水泥从细度、比表面积、激光粒度分布、胶砂强度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性等七个方面进行常规测试，了解其助磨效果及对水泥性能方面的影响规律，并确定出4种助磨剂的最佳掺量。
（2）与混凝土减水剂相容性的研究：
通过将掺加助磨剂粉磨后的水泥与减水剂做净浆流动度的测试，以及与减水剂在混凝土
中的试验来评价助磨剂与混凝土减水剂的相容性。
3、结果与讨论
3.1 性能研究试验结果与讨论
3.1.1 助磨效果分析
掺加四种助磨剂粉磨后的水泥进行的细度、比表面积和激光粒度等试验结果如表1所示。
表1& 助磨效果的试验结果
(45&m筛余)
比表面积（m2/kg）
粒度分布（%）
图1.1 水泥细度对比图&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&图1.2 水泥比表面积对比图
从1表可以明显看出，在细度方面，加入助磨剂后的水泥细度均优于不加助磨剂的空白水泥，筛余量显著降低，这说明各助磨剂均表现出一定的助磨效果，在水泥的粉磨中起到了良好的分散作用，使水泥得到充分的研磨。其中，在细度方面各助磨剂效果最好的分别为：TEA-0.04%细度7.1%；TIPA-0.04%细度7.3%；改性TEA-0.03%细度7.7%；复合助磨剂-0.12%细度7.8%。另外，从上表可以注意到，对TEA、TIPA和复合这三种助磨剂，细度随其掺量的变化波动较大，对掺量较敏感，而改性TEA表现出较好的稳定性，细度随掺量波动较小。
比表面积方面，掺加助磨剂的水泥表现较复杂，比表面积有些大于空白，而有些小于空白，且波动较大。由于比表面积受水泥中的过细颗粒（如≤1μm）的影响较大，而不能准确反映颗粒的粒径分布，因此比表面积只能粗略的反映水泥的细度和助磨效果。
粒度分布方面，由于水泥中3-32μm范围的颗粒对强度起主要作用，所以对表1中的粒度分布，我们主要关注其3-32μm的颗粒含量的变化。与空白水泥（57.68%）相比，掺加助磨剂的水泥中3-32μm的颗粒含量明显提高，而且同时降低了＜3μm的细颗粒和＞65μm的粗颗粒含量。这表明助磨剂的加入很好地改善了水泥颗粒的级配。其中，各助磨剂中效果最好的掺量分别为：TEA-0.03%为62.90%；TIPA-0.03%为63.35%；改性TEA-0.015%为68.70%；复合助磨剂-0.12%为62.17%，这与后面的力学性能结果基本相一致，得到了很好地验证。
图2 水泥粒度分布对比图
综合而言，助磨剂的加入均表现出一定的助磨性能，在粉磨中起到了良好的分散作用，提高了水泥细度，改善了颗粒级配等，助磨效果明显。另外要注意到醇胺类助磨剂对掺量的变动较敏感，每种助磨剂都有其最佳掺量，少则达不到助磨效果，多则不仅浪费，而且起到相反作用甚至造成生产事故。
3.1.2 对水泥性能的影响分析
对水泥的胶砂强度、标准稠度用水量、凝结时间和安定性等常规性能检测试验结果见表2所示。
表2& 对水泥性能的影响
标准稠度用水量（%）
凝结时间（min）
抗折强度（MPa）
抗压强度（MPa）
三异丙醇胺
复合助磨剂
力学性能上，与空白水泥相比，在合适的掺量下，四种助磨剂都表现出一定的增强效果，但各种助磨剂的增强作用又有较大的差别，总体而言，改性TEA＞TEA＞TIPA＞复合助磨剂。改性TEA不论是在早期（3d）还是后期（28d），都表现出优异的增强作用，改性TEA-0.03%掺量的3d强度为28.75MPa（比空白提高5.81MPa）， 28d强度为53.58 MPa（比空白提高8.58MPa）；改性TEA-0.04%的3d强度为28.67MPa（提高5.73MPa），28d强度为56.25 MPa（提高11.25MPa）。这说明改性TEA不仅提高早期强度，而且还继续提高水泥后期强度，这一方面与改性TEA提高3-32μm的颗粒含量有关，另一方面还有其能诱导水泥水化，促进水泥充分水泥的作用有关。而TEA、TIPA和复合助磨剂主要作用在提高水泥3d早期强度，3d之后强度基本没多大提高，这说明28d后期强度提高不大。
图3 水泥3d抗压强度对比图
图4 水泥28d抗压强度对比图
在其它性能上，由上表可知，标准稠度用水量影响基本不大，水泥安定性均合格。凝结时间的影响也不是很大，与空白相比，总体上凝结时间稍提前一些，有的缩短了初终凝之间的时间。
综上所述，从助磨效果、物理力学性能、成本和经济效益等方面综合考虑，确定出四种助磨剂的最佳掺量分别为：TEA-0.03%、TIPA-0.03%、改性TEA-0.03%、复合助磨剂-0.12%。采用这四种最佳掺量的助磨剂将进行后面的混凝土试验。
3.2对水泥净浆流动度试验的结果与讨论
3.2.1聚羧酸减水剂的试验掺量的确定
先采用空白水泥 (即不掺助磨剂) 与聚羧酸减水剂的不同掺量来测定水泥初始净浆流动度，以确定水泥净浆流动度试验时聚羧酸减水剂的试验掺量。
表3& 空白水泥与聚羧酸减水剂的初始净浆流动度
聚羧酸掺量（%）
净浆初始流动度（mm）
聚羧酸掺量（%）
净浆初始流动度（mm）
图5 空白水泥净浆初始流动度
从表3确定，水泥净浆流动度试验中采用的聚羧酸减水剂的试验掺量为0.3%。
3.2.1净浆流动度的影响分析
掺加四种助磨剂粉磨后的水泥的净浆流动度的试验结果见表4所示。
表4 净浆流动度的试验结果
助磨剂种类
助磨剂掺量（%）
水泥净浆流动度（mm）
三异丙醇胺
改性三乙醇胺
复合助磨剂
图6.1 掺三乙醇胺粉磨后的水泥净浆流动度&&&&& 图6.2掺三异丙醇胺粉磨后的水泥净浆流动度
图6.3掺改性三乙醇胺粉磨后的水泥净浆流动度&&&& 图6.4掺复合助磨剂粉磨后的水泥净浆流动度
根据表4和图4可以看出，①掺加三乙醇胺粉磨后的水泥与空白水泥相比，0.015%和0.03%掺量效果较好，二者不仅初始流动度高，且在1小时内流动度的损失更小，曲线稳定性更好，0.03%掺量效果最好。②掺加三异丙醇胺粉磨后的水泥与空白水泥相比，效果较差。四个掺量的初始流动度均比空白低，掺量0.01%和0.015%的虽然在1小时内流动度有增大，但其有泌水现象，其它掺量虽不泌水，但流动度均不如空白水泥。③掺加改性三乙醇胺粉磨后的水泥与空白水泥相比，只有掺量0.015%的效果较好，不仅初始净浆流动度比空白大，而且1小时损失也比空白小。其它掺量的流动度均不如空白水泥。④掺加复合助磨剂粉磨后的水泥与空白水泥相比，只有掺量0.080%效果不如空白，其它掺量均优于空白水泥。其中，效果比较：掺量0.10%＞0.15%＞0.12%＞空白＞0.080%。
综合而言，三异丙醇胺对水泥净浆流动度的不利影响较大，另外三种助磨剂在合适的掺量下，对水泥净浆流动度影响不大，甚至还可以改善水泥的净浆流动度。
3.3混凝土试验的结果与讨论
3.3.1 混凝土配合比确定
表5&& C40混凝土配合比(Kg/立方米)
计算配合比
试验配合比
注意：①设计坍落度为：200mm；②水胶比：0.34；③砂率：44.30%；④减水剂掺量：0.05%
3.3.2 工作性的影响分析
掺加四种助磨剂粉磨后的水泥的混凝土的工作性试验结果见表6所示。
表6& 对掺加聚羧酸减水剂混凝土工作性影响
助磨剂类型
水泥中助磨剂的掺量
坍落度（mm）
扩展度（mm）
三异丙醇胺
改性三乙醇胺
复合助磨剂
图7 混凝土工作性对比图
根据表6可以看出，与空白组相比，掺加助磨剂各组混凝土坍落度并无太大改变，扩展度比空白少许降低。只有三异丙醇胺出现轻微泌水现象，其它三种助磨剂均无泌水现象。用捣棒在已坍落的拌和物锥体侧面轻轻敲打，锥体逐渐下沉，未出现崩塌现象，说明各组混凝土粘聚性良好。坍落度桶提起后，无稀水泥浆自底部析出，但有轻微骨料外漏，说明各组混凝土拌合物保水性也良好。
3.3.3 力学性能的影响分析
掺加四种助磨剂粉磨后的水泥的混凝土力学性能试验结果见表7所示。
表7&& 对掺加聚羧酸减水剂混凝土力学性能影响
助磨剂类型
水泥中助磨剂的掺量
3d强度（MPa）
7d强度（MPa）
28d强度（MPa）
三异丙醇胺
改性三乙醇胺
复合助磨剂
根据表7得出，四种助磨剂对粉磨后的水泥的混凝土的力学性能基本上均有增强作用，但各助磨剂表现不同。3d强度方面：改性三乙醇胺＞三异丙醇胺＞三乙醇胺＞复合助磨剂＞空白；7d强度方面：改性三乙醇胺＞三乙醇胺＞复合助磨剂＞三异丙醇胺＞空白；28d强度方面：改性三乙醇胺＞三乙醇胺＞复合助磨剂＞＞空白三异丙醇胺。
改性三乙醇胺在对混凝土的强度发展最好，增强作用最显著，3d强度为32.9MPa（比空白高5.85MPa），7天强度为39.0 MPa（比空白提高4.9MPa），28d强度为56.2MPa（比空白提高7.7MPa）。但是这主要体现在早期强度上，对后期28天强度的提高幅度不是很大。
三乙醇胺效果比改性三乙醇胺效果稍低，影响规律也与其相似。复合助磨剂3d早期强度提高较小，但28d后期强度还基本可以。而三异丙醇胺效果最差，对强度发展不利，虽然能较明显提高3d早期强度，但后期强度有倒缩现象，28d强度倒缩的比空白还低。
图8 混凝土各龄期强度对比图
（1）助磨效果方面：四种助磨剂的加入在粉磨中起到了良好的分散作用，提高了水泥细度，改善了颗粒级配（明显提高3-32μm的颗粒含量）等，助磨效果较明显。各助磨剂中助磨效果（3-32μm的颗粒含量）最好的掺量分别为：TEA-0.03%为62.90%；TIPA-0.03%为63.35%；改性TEA-0.015%为68.70%；复合助磨剂-0.12%为62.17%（空白为57.68%）。
（2）水泥性能方面：总体而言，从胶砂强度效果比较：改性TEA＞TEA＞TIPA＞复合助磨剂。效果最好的为改性TEA，改性TEA-0.04%的3d强度为28.67MPa（提高5.73MPa），28d强度为56.25 MPa（提高11.25MPa）。而TEA、TIPA和复合助磨剂主要作用在提高水泥3d早期强度，3d之后强度基本没多大提高，这说明28d后期强度提高不大。
在其它性能上，标准稠度用水量和凝结时间影响基本不大，水泥安定性均合格。
（3）净浆流动度方面：三异丙醇胺对水泥净浆流动度的不利影响较大，另外三种助磨剂在合适的掺量下，对水泥净浆流动度影响不大，甚至还可以改善水泥的净浆流动度。
（4）混凝土工作性方面：助磨剂对混凝土坍落度并无太大改变，扩展度有少许降低。只有三异丙醇胺混凝土出现轻微泌水现象，其它三种助磨剂的混凝土均无泌水现象，工作性良好。
（5）混凝土力学性能方面：改性三乙醇胺在对混凝土的强度发展最好，增强作用最显著，3d强度为32.9MPa（比空白高5.85MPa），7天强度为39.0 MPa（比空白提高4.9MPa），28d强度为56.2MPa（比空白提高7.7MPa）。但是这主要体现在早期强度上，对后期28天强度的提高幅度不是很大。三异丙醇胺效果对强度发展不利，虽然能较明显提高3d早期强度，但后期强度有严重的倒缩现象。
（6）综合而言，三异丙醇胺与混凝土减水剂相容性较差，会使混凝土的工作性和力学性能等降低，最终会导致助磨剂效果不好，故建议液体助磨剂中使用三异丙醇胺时应慎重。
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北京灵感科技发展有限公司专家热线：&&&网址：&&& 地址：北京市海淀区玉渊潭路18号&& 版权所有 未经授权禁止复制或建立镜像备案号：辽ICP备号水泥与减水剂相容性的表征与检验
17:19:12&&&作者：张大康&&&出处：《水泥》2008年第10期
&&&&&&&&&&&&★★★
摘要：为了更好地实施即将发布的行业标准JC/T1073《水泥与减水剂相容性试验方法》, 对标准的有关问题进行了探讨。参照该标准, 制定了一种适用于水泥厂日常生产控制的、使用单一减水剂掺量的检验方法, 并建议单一减水剂掺量宜小于饱和掺量0.1%左右。提出将掺入一定数量减水剂后净浆的保水性, 作为水泥与减水剂相容性的表征参数之一,并介绍了保水性的定性和定量检验方法。
张大康(拉法基瑞安(北京)技术服务有限公司重庆分公司, 重庆 400010)
0 引言&&& 行业标准JC/T1073《水泥与减水剂相容性试验方法》即将发布, 使水泥行业对水泥与减水剂相容性的检验、评价有了标准依据。文献[1]对标准进行了介绍。我国水泥厂重视和控制水泥流变性能的历史较短, 尚处于探索阶段。本文针对水泥厂执行JC/T1073标准普遍关注的若干重要问题进行探讨。
1 水泥与减水剂相容性的表征1.1 水泥与减水剂相容性的表征&&& JC/T1073对“水泥与减水剂相容性”的定义包含了初始流动性、流动性经时损失和减水剂用量三个要素。实际上, 在饱和掺量(或接近饱和掺量, 下同)下的保水性也是水泥与减水剂相容性的一个重要方面[2]。该标准的起草人也肯定了这一点[1]。
&&& 全面表征水泥与减水剂相容性应包括以下指标:&&& 1) 减水剂的饱和掺量;&&& 2) 减水剂推荐掺量下的净浆初始流动度;&&& 3) 减水剂推荐掺量下的净浆60min(30min)经时流动度;&&& 4) 一定减水剂掺量下净浆的保水性。
&&& JC/T1073中定义的水泥与减水剂相容性未包含保水性, 也未包含保水性检验方法。某些减水剂和水泥虽然可以得到很大的净浆流动度(或很短的Marsh筒时间。在JC/T1073中净浆流动性包括净浆流动度和Marsh筒时间, 为简略起见, 以下仅叙净浆流动度), 但如果已经产生明显泌水, 则净浆流动度再大也是没有应用意义的。上述表征水泥与减水剂相容性的指标, 对应着混凝土性能的不同方面, 全部为水泥的使用者所关注。水泥厂对水泥与减水剂相容性的控制, 应该包括全部4项指标。
&&& 水泥与减水剂相容性良好应包括如下特点:&&& 1)饱和掺量点明确;&&& 2)饱和掺量不高;&&& 3)初始流动度较大;&&& 4)经时流动度损失较小;&&& 5)一定减水剂掺量时净浆没有明显泌水。
&&& 上述任何一个方面存在问题, 均视为水泥与减水剂相容性不好。某种与减水剂相容性不好的水泥, 可能存在其中一个问题, 但很多时候有多个问题同时存在。问题不同, 给混凝土带来的影响不同, 在水泥厂的质量控制方法、采取的纠正措施不同, 必须区分。
&&& 减水剂的饱和掺量, 是随减水剂掺量增加, 净浆初始流动度不再明显增加的掺量, 也可以是经时流动度损失不再明显减小的掺量。JC/T1073只规定了前一个饱和掺量。在很多实际应用场合, 后一种饱和掺量同样重要。图1是一个水泥与减水剂相容性较好的净浆流动度检验结果, 虚线表示初始流动度和流动度经时损失确定的饱和掺量分别为0.6%和0.8%。一般情况下, 后者大于前者。
&&& 多数情况下饱和掺量接近或超过水泥浆体开始泌水的临界掺量。而泌水将对混凝土的性能产生一系列不良影响, 降低混凝土的耐久性。为了防止泌水, 同时也为了提高减水剂的性价比, 工程应用时减水剂的掺量多数控制在饱和掺量以下。从实用角度考虑, 综合混凝土最大(或接近最大)坍落度、没有明显泌水和经济性等方面因素得出的减水剂掺量即推荐掺量。推荐掺量接近或低于饱和掺量。
&&& 图2是4种水泥与同一种高效减水剂的净浆流动度检验结果。该结果具有较好的典型意义。
&&& 图2显示, 水泥1饱和掺量很高, 饱和掺量下净浆流动度偏低, 低于饱和掺量时经时损失很大。水泥2初始流动度饱和掺量稍高, 饱和掺量下净浆流动度偏低, 低于和高于饱和掺量时的经时损失均极大。水泥3饱和掺量很高, 饱和掺量下净浆流动度较高,低于饱和掺量时经时损失很大。水泥4初始流动度和经时损失的饱和掺量均很低, 饱和掺量下净浆流动度较高, 在较低的减水剂掺量时经时损失就已经很小,与减水剂相容性最好。
1.2 水泥的流变性能与相容性&&& 按GB/T检验的标准稠度用水量, 按GB/T检验的胶砂流动度, 反映的是水泥自身的流变性能。按JC/T1073检验的水泥净浆流动度, 则反映了在有减水剂的条件下水泥的流变性能,既包含了水泥自身的流变性能, 又包含了水泥与减水剂之间的一些相互作用。二者既有联系, 又有区别。联系在于, 标准稠度用水量在多数情况下可以大致决定净浆流动度。一般地可以得到这样的结论:两个标准稠度用水量相差较大的水泥, 标准稠度用水量较大者, 其净浆流动度较小。区别在于, 某些对水泥流变性能可能产生影响的因素, 依是否有减水剂存在, 对标准稠度用水量和净浆流动度有不同甚至相反的结论。例如, 在水泥中掺入一些颗粒更细的混合材料, 对水泥流变性能的影响是, 一方面较细的颗粒填充了水泥颗粒堆积空隙, 提高了水泥颗粒的堆积密度, 从而减少了水泥和混合材料体系的填充水量; 另一方面, 混合材料比表面积更大, 在颗粒表面形成水膜需要的水就更多, 同时细颗粒更容易形成絮凝结构而包裹部分水。对水泥流变性能的影响是上述两个因素综合作用的结果。多数情况下, 在水泥中掺入更细的矿渣粉、粉煤灰和石灰石粉后, 水泥的标准稠度用水量将会略有提高。但在有减水剂存在的条件下, 以净浆流动度评价的流变性能却可以明显改善。此即混凝土中的矿物细粉减水效应。
&&& 产生上述现象的原因在于, 减水剂可以明显减小水泥颗粒表面水膜厚度, 即表面吸附水量, 同时可以破坏絮凝结构, 释放出其中包裹的水成为自由水。但不能明显减少填充水[3]。而矿物细粉恰好可以有效减少填充水, 却要增加部分表面吸附水和增加絮凝结构。没有减水剂存在时, 矿物细粉减少的填充水被增加的表面吸附水、絮凝结构限制的非自由水抵消。有减水剂存在时, 矿物细粉增加的表面吸附水被减水剂减少, 絮凝结构中的非自由水变为自由水, 减少填充水的作用凸显, 表现为使水泥的流变性能改善。
&&& 在水泥和混凝土行业都有一种夸大水泥标准稠度用水量作用的倾向, 近年来逐步被用来评价水泥的流变性能, 并进一步与混凝土的工作性能相联系[4]。已有试验结果表明[5], 水泥的标准稠度用水量与混凝土的工作性能之间并没有很好的相关性。水泥厂质量控制的最终目标应该是保证水泥在混凝土中具有优秀的性能。过度关注标准稠度用水量往往会偏离这个最终目标。
1.3 水泥与减水剂相容性结果的局限&&& 实践证明, 在多数情况下, 净浆流变性能与混凝土流变性能具有一定相关性, 但也有一些时候这种相关性并不存在。试验结果也得到相同的结论[5]。在实际应用中, 水泥厂在检验净浆流变性能的同时, 还应该关注混凝土的流变性能。
2 水泥与减水剂相容性检验的若干问题2.1 Marsh筒法和净浆流动度法的选择&&& JC/T1073并列了两种方法, 即Marsh筒法和净浆流动度法。前者为标准法, 后者为代用法。标准起草人对二者进行了对比[6], 指出二者在原理上并无本质区别。对部分水泥,Marsh筒法可以比净浆流动度法更准确地确定饱和掺量。
&&& 目前在混凝土行业普遍采用净浆流动度法, 极少使用Marsh筒法。水泥厂在与顾客进行技术交流, 或处理有关水泥与减水剂相容性的质量投诉时, 如果水泥厂采用Marsh筒法将无法进行对比。从这个角度考虑, 建议水泥厂优先选择净浆流动度法作为日常检验方法。
2.2 检验用减水剂的选择2.2.1 使用基准减水剂&&& JC/T1073规定了一种基准减水剂, 是一种质量稳定的萘系减水剂。标准中没有规定基准减水剂长期稳定性的要求。笔者曾使用过一种日本的标准减水剂,具有很好的长期稳定性, 存放8年以后与新购进的产品进行净浆流动度对比, 没有明显区别。
&&& 使用基准减水剂为横向和纵向比较提供了基准,具有以下用途:
&&& 1)为水泥厂的检验数据在时间序列上的比较提供基准, 即一种时间维度的纵向比较。
&&& 2)便于水泥厂查找水泥与减水剂相容性存在问题的原因, 总结相容性的控制经验, 检验控制措施的有效性。
&&& 3)比较不同水泥与减水剂相容性优劣, 为评价水泥或减水剂的质量提供基准参照。
&&& 普遍存在一种观点, 夸大了某一种特定的高效减水剂(或某一种特定配方的高效减水剂) 对某一种特定水泥相容性的单一对应性。这一观点使得对基准减水剂的使用效果产生一种疑问, 即能否保证使用基准减水剂的检验结果与顾客实际使用的减水剂具有普遍的一致性。文献[7]的试验结果至少在萘系减水剂的范围, 否定了这种单一对应性的观点, 显示相容性不好的高效减水剂对所有水泥的相容性均不好;相容性不好的水泥对所有同一系列的高效减水剂相容性均不好。这一试验结果支持了基准减水剂的检验结果具有普遍意义, 是基准减水剂应用的一个重要基础。目前国内市场的萘系减水剂占88%(中国外加剂协会2007年统计数据)。只要水泥厂能够保证使用基准减水剂检验的水泥相容性良好, 就能够保证其水泥与占绝大部分的萘系减水剂相容性良好, 也就能够保证与绝大多数顾客使用的减水剂相容性良好。前提是萘系减水剂的质量必须符合要求。
2.2.2 使用特定顾客减水剂&&& 萘系以外的减水剂, 如聚羧酸系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂与水泥相容性的规律, 与萘系减水剂不尽相同; 如果萘系减水剂与缓凝剂、引气剂和防冻剂中的一种或几种复合使用, 复合减水剂与水泥相容性的规律, 与基准减水剂也有些差别。上述两种情况,特别是前一种情况, 应考虑使用特定的减水剂进行相容性检验的必要性。应该注意观察基准减水剂与这些特定减水剂检验结果的对比规律, 探讨使用基准减水剂的检验结果代替特定减水剂检验结果的可能性。
&&& 目前有关水泥与减水剂相容性的研究, 多数限于萘系减水剂。其规律和结论, 对其他系列的减水剂未必适用[8～12]。如果重要顾客使用萘系以外的减水剂, 水泥厂应该考虑对顾客使用的特定减水剂进行相容性的检验, 并注意相容性质量控制方法可能与萘系减水剂不同。
&&& 曾经长期跟踪调查了若干国内外知名减水剂供应商市售商品的质量稳定性。结果显示, 除一家日资企业外, 相当一部分质量稳定性较差, 大部分不能令人满意。另外, 工业用减水剂存放半年以上, 其质量可能发生显著变化。由于上述原因, 使用顾客减水剂样品检验水泥与减水剂相容性, 即使操作方法、操作条件保持一致, 单纯更换减水剂(或者减水剂存放时间过长, 例如超过半年)也会使检验结果明显改变, 导致检验数据不具有纵向可比性。没有纵向可比性, 水泥厂将难以掌握提高水泥与减水剂相容性的生产控制方法, 难以验证控制方法的有效性。因此, 即使需要使用顾客特定减水剂检验相容性, 基准减水剂仍有不可替代的作用。随着新型减水剂应用的普及, 也许将来需要有一种非萘系的基准减水剂。
2.3 单一减水剂掺量的检验方法2.3.1 使用单一减水剂掺量检验的必要与可能&&& JC/T1073规定的检验方法, 除了一定掺量下净浆的保水性以外, 全面地反映了水泥与减水剂相容性的各个方面, 更适合于对水泥质量的全面评价。由于操作时间较长, 用于日常质量控制显得繁复。一些水泥厂的经验表明, 可以将检验方法和指标适当简化。
&&& 将图2的4个样品的检验数据补充部分低减水剂掺量的数据, 合并在图3。
&&& 从图3可以看出, 如果检验时选择一个小于饱和掺量的单一掺量点, 例如0.7%, 检验其初始流动度、流动度经时损失和保水性, 即可以粗略反映水泥与减水剂相容性除饱和掺量以外的所有指标。曾经在某水泥厂长期使用这种方法进行水泥与减水剂相容性控制。生产实践表明, 在多数情况下可以满足生产控制的需要。事实上在混凝土行业, 按照GB/T《混凝土外加剂匀质性试验方法》或GB5《混凝土外加剂应用技术规范》检验净浆流动度, 多数情况下也是使用了单一减水剂掺量的检验方法。
2.3.2 单一减水剂掺量的选择&&& 使用单一减水剂掺量检验水泥与减水剂相容性,正确选择减水剂掺量十分重要。从图3可以看出, 在减水剂掺量0.4%时, 水泥1与水泥2的流动度经时损失没有明显差别, 但在更高掺量时, 区别是非常显著的。在减水剂掺量为1.2%时, 水泥3与水泥4的初始流动度没有明显区别, 但在较低掺量时, 区别是非常显著的。生产经验表明, 单一减水剂掺量检验水泥净浆流动度时, 其适宜掺量为饱和掺量减0.1%左右。
&&& 这里以多种水泥与减水剂相容性的比较作为例证, 只是为了阐述的方便。事实上, 单一减水剂掺量的检验方法更适合于水泥厂对固定品种和强度等级的水泥, 且水泥与减水剂相容性变化不大时, 作为日常检验的手段。对相容性差别较大的多个水泥样品进行比较时, 更适合采用多点减水剂掺量的全面检验方法。
&&& 水泥厂在选择单一减水剂掺量的数值时, 不仅要参照本企业水泥的饱和掺量, 而且应该参照市场上其它企业水泥的饱和掺量平均值。如果饱和掺量过高则应该采取措施, 降低到合理水平。
&&& JC/T1073规定了基准减水剂掺量为0.8%的单一减水剂掺量, 但同时规定:“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”。因此,使用方仍可根据实际需要选择其它的减水剂掺量。
2.4 检验方法和控制指标&&& 建议水泥厂水泥与减水剂相容性日常控制检验方案为:出磨水泥分磨1次/2日～1次/周, 出厂水泥分品种和强度等级1次/周。检验项目为单一减水剂掺量净浆流动度法的初始流动度、30min(JC/T1073规定流动度经时损失按60min检验, 实际上可以缩短至30min)流动度和保水性。出厂水泥按1次/月频次检验本文1.1节所列水泥与减水剂相容性的全部指标。
&&& 水泥与减水剂相容性的影响因素主要源于熟料煅烧和水泥粉磨两部分。定期检验小磨水泥与减水剂相容性, 可以在出现问题时判断问题源于熟料煅烧还是水泥粉磨。
&&& 顾客除了关注净浆流动度的数值, 还特别关注水泥与减水剂相容性的稳定。为此, 需要固定所有检验条件: 水灰比、减水剂掺量和质量、试验室温度和湿度、操作过程等, 只是更换不同水泥。使用低于饱和掺量0.1%单一减水剂掺量检验数据, 建议将净浆流动度目标值±20mm作为稳定性的控制范围。
2.5 保水性检验方法&&& GB《混凝土外加剂》规定了减水剂掺入混凝土后泌水率的检验方法。尚没有针对水泥净浆保水性的检验方法。笔者制定了定性观察或定量测定水泥净浆保水性的方法, 并已经在一些水泥厂、混凝土搅拌站应用多年。
2.5.1 保水性定性检验方法&&& 按JC/T1073规定制备用于检验净浆流动度的净浆, 在测量净浆初始流动度和经时流动度后, 观察净浆周边有无泌水。为了保证结果的可靠, 在向圆模倒入净浆前, 玻璃板应该使用拧干的湿布仔细擦拭。
2.5.2 保水性定量检验方法&&& 将制备的用于检验Marsh筒时间的净浆(15ml)小心倒入20ml量筒中, 勿使净浆黏于量筒杯壁。将倒入净浆的量筒置于温度(20±1)℃, 相对湿度大于90%的养护箱中。每隔15min观察一次净浆表面的泌水量, 记录最大泌水量及其出现的时间。
&&& 前一种方法便捷, 后一种方法可以定量, 可以根据实际需要选择。水泥的保水性与水泥自身性能、净浆水灰比、减水剂的性能和掺量有关, 检验时应根据检验目的选择水灰比、减水剂掺量等检验条件。净浆流动度法和Marsh筒法所用水灰比不同, 即使使用同一种减水剂, 掺量一致, 搅拌程序一致, 其保水性的检验结果也不同。
&&& 可以将净浆保水性检验结果与按GB检验的混凝土泌水率对比, 以建立二者之间的联系。
2.6 水泥与减水剂相容性检验的重要影响因素2.6.1 样品的储存时间&&& 随着水泥中一些组分如C3A、fCaO的预水化, 水泥与减水剂相容性将逐渐变好。因此, 样品的储存时间、是否有良好密封、环境湿度对水泥与减水剂相容性检验结果有显著影响。
&&& 取刚粉磨的出磨水泥样品8kg, 装入聚乙烯塑料袋中, 扎紧袋口, 放入有良好密封的铁制封样桶中, 置于温度20℃、相对湿度60%的试验室内。每日抽出500g样品检验净浆初始流动度, 一周的检验结果见图4。
&&& 图4显示, 即使在良好的密闭条件下, 保存几日后的样品, 净浆流动度也明显变大。因此用于检验的样品取样后应及时密封, 并控制存放时间不得超过24h。个别时候, 为了对顾客使用时的水泥净浆流动度进行估计, 如果不在顾客现场取样, 可以取出厂样品, 存放至顾客使用的时间。
2.6.2 净浆搅拌&&& 水泥与减水剂相容性检验的一个最主要误差来源是搅拌锅黏样, 使样品不能均匀搅拌。为减少这一影响因素, 在搅拌间隔的15s内, 应迅速将搅拌锅内壁黏附的样品尽量刮净, 合并于锅内的净浆中。
3 结束语&&& 1)减水剂的饱和掺量、推荐掺量下的净浆初始流动度、推荐掺量下的净浆60min(30min)经时流动度和一定减水剂掺量下净浆的保水性, 共同组成了表征水泥与减水剂相容性的参数。
&&& 2)单一减水剂掺量的净浆流动度法或Marsh筒法, 检验过程便捷, 能够反映水泥与减水剂相容性除饱和掺量以外的所有指标, 适合于水泥厂的日常生产控制使用。
&&& 3)使用单一减水剂掺量检验水泥与减水剂的相容性, 减水剂掺量宜比饱和掺量低0.1%。
&&& 4)使用基准减水剂可以使水泥与减水剂相容性检验结果具有横向和纵向可比性。
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