水泥與減水劑相容性的檢驗(yàn)與探索

關(guān)于水泥與減水劑的相容性，發(fā)改委于2008年頒布并實(shí)施了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T1083《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》，使水泥行業(yè)對水泥與減水劑相容性的檢驗(yàn)、評價(jià)有了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。我國水泥廠重視和控制水泥流變性能的歷史較短，對水泥流變性的研究處于初級階段。修訂與頒布《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)時，國內(nèi)減水劑市場還是萘系減水劑的天下，現(xiàn)在減水劑市場呈多元化狀態(tài)，聚羧酸系減水劑成為市場主角。減水劑市場的變化使得《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》在某些方面存在滯后的情況。

1、水泥與減水劑相容性的現(xiàn)象特征

關(guān)于水泥與減水劑相容性的現(xiàn)象特征，《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》對水泥與減水劑相容性的定義包含了初始流動性、流動性經(jīng)時損失和減水劑用量三個要素。實(shí)際上，在飽和摻量(或接近飽和摻量，下同)下的保水性也是水泥與減水劑相容性的一個重要方面。要全面表征水泥與減水劑相容性，至少應(yīng)包括以下指標(biāo)：減水劑的飽和摻量、減水劑推薦摻量下的凈漿初始流動度、減水劑推薦摻量下的凈漿60min(30min)經(jīng)時流動度、一定減水劑摻量下凈漿的保水性。

水泥與減水劑相容性的檢驗(yàn)與探索

《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》中定義的水泥與減水劑相容性未包含保水性，也未包含保水性檢驗(yàn)方法。某些減水劑和水泥雖然可以得到很大的凈漿流動度，但如果已經(jīng)產(chǎn)生明顯泌水，則凈漿流動度再大也是沒有應(yīng)用意義的。上述表征水泥與減水劑相容性的指標(biāo)，對應(yīng)著混凝土性能的不同方面，全部被水泥的使用者所關(guān)注。水泥廠對水泥與減水劑相容性的控制，應(yīng)該至少包括上述4項(xiàng)指標(biāo)。

水泥與減水劑相容性良好，應(yīng)包括以下現(xiàn)象特征：飽和摻量點(diǎn)明確；飽和摻量不高，初始流動度較大；經(jīng)時流動度損失較?。灰欢p水劑摻量時凈漿沒有明顯泌水。上述任何一個方面存在問題，均視為水泥與減水劑相容性不好。某種與減水劑相容性不好的水泥，可能存在其中一個問題，也可能同時存在多個問題。問題不同，給混凝土帶來的影響不同，在水泥廠的質(zhì)量控制方法、糾正措施也不同。減水劑的飽和摻量是隨減水劑摻量增加、凈漿初始流動度不再明顯增加的摻量，也可以是經(jīng)時流動度損失不再明顯減小的摻量?！端嗯c減水劑相容性試驗(yàn)方法》只規(guī)定了前一個飽和摻量，但在很多實(shí)際應(yīng)用場合，后一種飽和摻量同樣重要。一般情況下，兩者存在明顯的差異，后者則大于前者。

多數(shù)情況下，飽和摻量接近或超過水泥漿體開始泌水的臨界摻量，而泌水將對混凝土的性能產(chǎn)生一系列不良影響，降低混凝土的耐久性。為了防止泌水，也為了提高減水劑的性價(jià)比，工程應(yīng)用時減水劑的摻量多數(shù)應(yīng)控制在飽和摻量以下。從實(shí)用角度考慮，綜合混凝土最大(或接近最大)坍落度、沒有明顯泌水和經(jīng)濟(jì)性等方面因素得出的減水劑摻量即推薦摻量。推薦摻量接近或低于飽和摻量。

2、水泥的流變性能與相容性

按GB/T1346-2011檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、按GB/T2419-2005檢驗(yàn)的膠砂流動度，反映的是水泥自身的流變性能。按《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》檢驗(yàn)的水泥凈漿流動度，則反映了在有減水劑的條件下水泥的流變性能，既包含了水泥自身的流變性能，又包含了水泥與減水劑之間的一些相互作用。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在多數(shù)情況下可以決定凈漿流動度。一般可以得到這樣的結(jié)論：兩個標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相差較大的水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較大者，其凈漿流動度較小。某些對水泥流變性能可能產(chǎn)生影響的因素是減水劑，減水劑對標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凈漿流動度有不同甚至相反的作用。例如，在水泥中摻入一些顆粒更細(xì)的混合材料，對水泥流變性能的影響是，一方面較細(xì)的顆粒填充了水泥顆粒堆積空隙，提高了水泥顆粒的堆積密度，從而減少了水泥和混合材料的填充水量；另一方面，混合材料比表面積更大，在顆粒表面形成水膜需要的水就更多，同時細(xì)顆粒更容易形成絮凝結(jié)構(gòu)而包裹部分水。對水泥流變性能的影響是上述兩個因素綜合作用的結(jié)果。多數(shù)情況下，在水泥中摻入更細(xì)的礦渣粉、粉煤灰和石灰石粉后，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量將會略有提高。但在有減水劑存在的條件下，以凈漿流動度評價(jià)的流變性能卻可以明顯改善。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，減水劑可以明顯減小水泥顆粒表面水膜厚度，即表面吸附水量，同時可以破壞絮凝結(jié)構(gòu)，釋放出其中包裹的水成為自由水，但不能明顯減少填充水，而礦物細(xì)粉恰好可以有效減少填充水，卻要增加部分表面吸附水和形成絮凝結(jié)構(gòu)。沒有減水劑存在時，礦物細(xì)粉減少的填充水被增加的表面吸附水、絮凝結(jié)構(gòu)限制的非自由水抵消。有減水劑存在時，礦物細(xì)粉增加的表面吸附水被減水劑減少，絮凝結(jié)構(gòu)中的非自由水變?yōu)樽杂伤?，減少填充水的作用凸顯，表現(xiàn)為使水泥的流變性能改善。在水泥行業(yè)有一種夸大水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量作用的傾向，近年來逐步被用來評價(jià)水泥的流變性能，并進(jìn)一步與混凝土的工作性能相聯(lián)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與混凝土的工作性能之間并沒有很好的相關(guān)性。水泥廠質(zhì)量控制的最終目標(biāo)應(yīng)該是保證水泥在混凝土中具有優(yōu)秀的性能。過度關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量往往會偏離這個最終目標(biāo)。

3、水泥與減水劑相容性結(jié)果的局限

實(shí)踐證明，在多數(shù)情況下，凈漿流變性能與混凝土流變性能具有一定相關(guān)性，但也有一些時候這種相關(guān)性并不存在。試驗(yàn)結(jié)果也得到相同的結(jié)論。在實(shí)際應(yīng)用中，水泥廠在檢驗(yàn)凈漿流變性能的同時，還應(yīng)該關(guān)注混凝土的流變性能。

4、水泥與減水劑相容性檢驗(yàn)的若干問題

4.1 Marsh筒法和凈漿流動度法的選擇

《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》并列了兩種水泥與減水劑相容性檢驗(yàn)方法，即Marsh筒法和凈漿流動度法。前者為標(biāo)準(zhǔn)法，后者為代用法。二者在原理上并無本質(zhì)區(qū)別。對部分水泥，Marsh筒法可以比凈漿流動度法更準(zhǔn)確地確定飽和摻量。目前，在混凝土行業(yè)普遍采用凈漿流動度法，極少使用Marsh筒法。在與顧客進(jìn)行技術(shù)交流，或處理有關(guān)水泥與減水劑相容性的質(zhì)量投訴時，如果水泥廠采用Marsh筒法將無法進(jìn)行對比。從這個角度考慮，建議水泥廠優(yōu)先選擇凈漿流動度法作為日常檢驗(yàn)方法。

4.2檢驗(yàn)用減水劑的選擇

《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》規(guī)定了一種基準(zhǔn)減水劑，這是一種質(zhì)量穩(wěn)定的萘系減水劑，但是標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定基準(zhǔn)減水劑長期穩(wěn)定性的要求。另外，普遍存在一種觀點(diǎn)，夸大了某一種特定的高效減水劑(或某一種特定配方的高效減水劑)對某一種特定水泥相容性的單一對應(yīng)性。這一觀點(diǎn)使得對基準(zhǔn)減水劑的使用效果產(chǎn)生一種疑問，即能否保證使用基準(zhǔn)減水劑的檢驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際使用的減水劑具有一致性。據(jù)2007年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)時國內(nèi)市場的萘系減水劑占88%，在萘系減水劑質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，基準(zhǔn)減水劑的檢驗(yàn)結(jié)果是具有普遍意義的。現(xiàn)今，萘系減水劑的市場份額在日益縮小，萘系以外的減水劑，如聚羧酸系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑與水泥相容性的規(guī)律，與萘系減水劑不盡相同；如果萘系減水劑與緩凝劑、引氣劑和防凍劑中的一種或幾種復(fù)合使用，復(fù)合減水劑與水泥相容性的規(guī)律，與基準(zhǔn)減水劑也有些差別。上述兩種情況，特別是前一種情況，應(yīng)考慮使用特定的減水劑進(jìn)行相容性檢驗(yàn)的必要性。應(yīng)該注意觀察基準(zhǔn)減水劑與這些特定減水劑檢驗(yàn)結(jié)果的對比規(guī)律，探討使用基準(zhǔn)減水劑的檢驗(yàn)結(jié)果代替特定減水劑檢驗(yàn)結(jié)果的可能性。隨著新型減水劑應(yīng)用的普及，也許將來需要有一種非萘系的基準(zhǔn)減水劑。

4.3單一減水劑摻量的檢驗(yàn)方法

《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》規(guī)定的檢驗(yàn)方法，除了一定摻量下凈漿的保水性以外，比較全面地反映了水泥與減水劑相容性的各個方面，更適合于對水泥質(zhì)量的全面評價(jià)，但用于日常質(zhì)量控制顯得繁瑣、復(fù)雜。實(shí)際操作中，可以將檢驗(yàn)方法和指標(biāo)適當(dāng)簡化。如果檢驗(yàn)時選擇一個小于飽和摻量的單一摻量點(diǎn)，檢驗(yàn)其初始流動度、流動度經(jīng)時損失和保水性，即可以粗略反映水泥與減水劑相容性除飽和摻量以外的所有指標(biāo)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，單一減水劑摻量的檢驗(yàn)方法在多數(shù)情況下可以滿足生產(chǎn)控制的需要。事實(shí)上，在混凝土行業(yè)，按照《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》或《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》檢驗(yàn)凈漿流動度，多數(shù)情況下是使用了單一減水劑摻量的檢驗(yàn)方法。

《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》規(guī)定了基準(zhǔn)減水劑摻量為0.8%的單一減水劑摻量，但同時規(guī)定“根據(jù)水泥和減水劑的實(shí)際情況，可以增加或減少基準(zhǔn)減水劑的摻量點(diǎn)”。因此，使用方仍可根據(jù)實(shí)際需要選擇其他的減水劑摻量。事實(shí)上，單一減水劑摻量的檢驗(yàn)方法更適合于水泥廠對固定品種和強(qiáng)度等級的水泥，且在水泥與減水劑相容性變化不大時，作為日常檢驗(yàn)的手段。對相容性差別較大的多個水泥樣品進(jìn)行比較時，單一減水劑摻量的檢驗(yàn)方法更適合采用多點(diǎn)減水劑摻量的全面檢驗(yàn)方法。

5、水泥與減水劑相容性檢驗(yàn)的影響因素

5.1樣品的儲存時間

隨著水泥中一些組分如C3A、fCaO的預(yù)水化，水泥與減水劑相容性將逐漸變好。因此，樣品的儲存時間、是否有良好密封、環(huán)境濕度對水泥與減水劑相容性檢驗(yàn)結(jié)果有顯著影響。

5.2凈漿攪拌

水泥與減水劑相容性檢驗(yàn)的一個最主要誤差來源是攪拌鍋黏樣，使樣品不能均勻攪拌。為減少這一影響因素，在攪拌間隔的15s內(nèi)，應(yīng)迅速將攪拌鍋內(nèi)壁黏附的樣品盡量刮凈，合并于鍋內(nèi)的凈漿中。

6、結(jié)語

減水劑的飽和摻量、推薦摻量下的凈漿初始流動度，推薦摻量下的凈漿60min/30min經(jīng)時流動度和一定減水劑摻量下凈漿的保水性，共同組成了表征水泥與減水劑相容性的參數(shù)。

單一減水劑摻量的凈漿流動度法或Marsh筒法，檢驗(yàn)過程便捷，能夠反映水泥與減水劑相容性除飽和摻量以外的所有指標(biāo)，適合于水泥廠的日常生產(chǎn)控制使用，但是實(shí)際應(yīng)用過程中，更適合采用多點(diǎn)減水劑摻量的全面檢驗(yàn)方法。