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水泥与混凝土外加剂相容性的试验研究

水泥与外加剂相容性是生产优质混凝土的重要影响因素，本文通过检测水泥净浆流动度，对比不同矿物组成的熟料及不同条件下的水泥与外加剂相容性的差异，为高性能水泥生产提供参考。

1 试验用材料

1）水泥、熟料：选择江山南方水泥生产过程中有代表性的样品及小磨制备对比样品。

2）混凝土外加剂：不同时间用户提供的多种外加剂。

2 试验方法

检测水泥、熟料掺入外加剂后的净浆流动度，外加剂掺量按用户提供的推荐掺量加入。

3 试验结果及分析

3.1 熟料矿物组成对净浆流动度的影响

表1 熟料净浆流动度试验记录

试样编号	熟料矿物组成（%）						水泥净浆流动度 (mm)		窑型		外加剂
试样编号	C3S	C2S	C3A	C4AF	f-CaO
A0	57.57	18.76	6.77	9.73	0.94	238		5000t/d 江山南方		温州用户提供聚羧酸1.0%
A1	56.77	19.87	7.27	9.46	0.89	257
A2	58.44	18.65	7.75	9.50	0.88	240
A3	51.54	22.45	8.17	9.83	1.06	249
A4	过滤饮水机53.57	20.73	8.43	9.90	1.07	244
A5	56.88	17.83	8.86	平面度怎么测量9.96	1.10	238
B0	56.29	19.31	7.05	9.28	1.27	233		2500t/d 江山南方
B1	47.52	26.68	7.96	9.65	1.54	244
B2	50.08	25.96	7.98	9.44	0.98	238
B3	43.61	31.18	8.43	9.75	1.18	247
B4	56.25	16.88	9.12	10.12	1.75	255
C0	51.23	25.29	7.96	9.94	/	249		5000t/d 常山南方
C1	55.64	20.61	8.24	9.15	/	247		5000t/d 常山南方

从表1熟料净浆流动度试验结果看：

江山南方5000t/d和2500t/d两条生产线熟料，其C3A 含量从6.77%逐步增加至9.12%，C3S含量在43.61%至58.44%之间变动，检测熟料净浆流动度结果比较接近，熟料矿物组成与净浆流动度之间没有形成一定的规律性，与常山南方5000t/d的熟料相比，其净浆流动度结果也未有明显差异。

3.2 水泥混合材料对净浆流动度的影响

3.2.1试验用材料

1）熟料：江山南方5000t/d生产线生产的熟料；

2）矿渣：本地钢铁厂矿渣；

3）炉渣：本地电厂锅炉渣；

4）石煤渣a：本地石灰窑煅烧石灰产生，燃烧较透，已在露天山上堆放几十年；

5）石煤渣b：燃烧不完全，亦在露天山上堆放几十年，与石煤渣a不在同一片区；

6）自燃渣：劣质石煤在山上的自燃物。

7）煤矸石：取自本地。

3.2.2水泥配方

熟料70%，混合材料30%，二水石膏3.5%。配合料5kg化验室标准小磨分别粉磨27min。

3.2.3不同混合材料的水泥净浆流动度见表2。

表2 不同混合材料的水泥净浆流动度试验记录

试样编号	物料配比（%）			SO3 (%)		45μm筛余细度 (%)		水泥净浆流动度 (mm)		外加剂
	熟料	混合材
D0	100	0	1.91		18.6		190		宁波用户提供萘系1.5%
D1	70	矿渣30	1.79		18.1		217
D2	70	石煤渣a30	2.15		15.6		196
D3	70	煤矸石30	1.84		16.2		143
D4	70	石煤渣b30	1.99		14.2		137
D5	70	炉渣30	2.01		14.6		120
D6	70	自燃渣30	1.87		15.6		108

从表2净浆流动度结果可以看出：

混合材料对水泥净浆流动度影响显著。其中以掺入矿渣的水泥流动度结果最大，说明掺入矿渣可起到改善相容性的作用。石煤渣、炉渣及自燃渣都是属于火山灰质混合材料，其总体是明显降低水泥与外加剂相容性的。掺煤矸石的水泥流动度比火山灰质材料略好一点。不同火山灰质材料对相容性影响也各不相同，其中自燃渣的水泥净浆流动度最小，炉渣次之，而石煤渣a配制的水泥流动度却超过熟料。可见不同来源的材料对流动度的影响是不相同的。

3.3 石膏对净浆流动度的影响

试验样品：5kg熟料，掺入适量石膏，化验室标准小磨分别粉磨33min。

表3 不同石膏的水泥净浆流动度试验记录

音箱布

编号	物料配比（%）			SO3 (%)		比表面积（m2/kg）		水泥净浆流动度(mm)		外加剂
	熟料	石膏（外掺）
E0	100.0	荆门天然二水石膏4.5	2.35		353		250		温州用户提供聚羧酸1.0%
E1	100.0	台州脱硫石膏粉4.5	2.27		350		267
E2	100.0	乐清脱硫石膏粉4.5	2.31		344		247
E3	100.0	兰溪脱硫石膏粉4.5	2.06		344		259
E4	100.0	景德镇脱硫石膏粉4.5	2.35		350		263
E5	100.0	贵溪脱硫石膏粉4.5	2.13		353		252
E6	100.0	江西氟石膏粉3.3	2.23		355		278

从表3净浆流动度结果看：

脱硫石膏配制的水泥与外加剂相容性总体略好于天然二水石膏配制的水泥，但不同来源的脱硫石膏对流动度影响还是有区别的，氟石膏配制的水泥在本次三种石膏对比中与外加剂相容性最好。

3.4 水泥助磨剂对净浆流动度的影响

在检测水泥助磨剂大磨试验效果时，同时检测掺与不掺助磨剂的水泥净浆流动度，试验结果见表4。其中：编号F0和G0为掺有助磨剂的生产样品，编号F1和G1为停掺助磨剂的空白样，停掺助磨剂时，增加熟料耗5%（保持强度结果基本一致），按比例减少磨内混合材，其它不变。

表4 助磨剂对比样品净浆流动度试验记录

编号	水泥助磨剂	水泥净浆流动度 (mm)	外加剂
F0	掺1.5‰	248	温州用户提供聚羧酸1.0%
F1	停掺	202
G0	掺1.5‰	无纺布折叠机273
G1	停掺	233

对比表4两组试验结果看出：

掺助磨剂的水泥比未掺助磨剂水泥的净浆流动度分别提高了46mm和40mm，说明掺上述助磨剂是能明显改善水泥与外加剂相容性的。分析其中的原因，主要是磨内掺助磨剂后，降低了粉磨过程中形成的静电吸附包球现象及超细颗粒的再次聚结趋势，水泥流动性增强。www.dd13

3.5 水泥中矿粉外掺对净浆流动度的影响

试验样品：水泥磨正常生产样，矿粉由磨尾掺入。试验结果见表5。其中：编号F0和F1未掺矿粉，编号G0和G1磨尾掺入10%矿粉。

表5 矿粉外掺水泥净浆流动度试验记录

编号	水泥助磨剂	磨尾矿粉掺量	水泥净浆流动度 (mm)	外加剂
F0	掺1.5‰	/	248	温州用户提供聚羧酸1.0%
G0	掺1.5‰	10%	273
F1	/	/	202
G1	/	10%	233

对比表5两组试验结果看出：

磨尾掺10%矿粉（矿粉比表面积460m2/kg）的水泥比未掺矿粉水泥的净浆流动度分别提高了25mm和31mm，说明外掺上述矿粉是能改善水泥与外加剂相容性的。

3.6 水泥SO3含量对净浆流动度的影响

试验样品： P·O42.5水泥配方，石膏掺入量2%～4.5%，配合料5kg化验室标准小磨分别粉磨28.5min。

表6 不同SO3含量的水泥净浆流动度试验记录

编号	脱硫石膏掺量 (%)	SO3 (%)	初凝 (min)	终凝 (min)	水泥净浆流动度 (mm)	外加剂
H0	2	1.70	160	220	222	宁波用户提供脂肪族1.5%
H1	3	1.93	155	215	239
H2	4	2.36	173	240	235
H3	4.5	2.50	168	225	233

从表6净浆流动度结果看出：

SO3含量1.70%时的水泥流动度最小，随着SO3含量增加，水泥流动度结果有提高，在SO3含量为1.93%时，流动度达到本次试验结果的最大值，随后SO3含量增加，其净浆流动度又有所减小，但变动的幅度很小。

3.7 水泥粗细程度对净浆流动度的影响

试验样品：编号I0、J0为江山南方2#、4#水泥磨生产的P·O42.5水泥，称为原样，与之进行的对比样编号I1、J1，系原样品2kg分别在化验室标准小磨粉磨3min后制得。

表7 不同粗细程度的水泥净浆流动度试验记录

编号	生产磨机	比表面积 (m2/kg)	45μm筛余细度 (%)	水泥净浆流动度 (mm)	外加剂
I0	2#磨（原样）	363	8.0	259	衢州用户提供萘系1.8%
I1	2#磨（对比样）	381	6.7	208
J0	4#磨（原样）	416	9.9	189
J1	4#磨（对比样）	445	7.1	155

对比表7两组试验结果看出：

在对比样I1比原样I0比表面积增大18 m2/kg，45μm筛余细度下降1.3%的情况下，水泥净浆流动度下降51mm，下降幅度大；在对比样J1比原样J0比表面积增大29 m2/kg，45μm筛余细度下降2.8%的情况下，水泥净浆流动度下降34mm，下降幅度亦非常明显。两组试验表明，水泥的粗细程度对净浆流动度影响明显，特别是水泥的比表面积，与流动度的相关性非常好。

3.8 水泥磨对净浆流动度的影响

江山南方水泥磨主要包括2台闭流磨，规格为φ4.2×13m，配辊压机；3台开流磨，规格为φ3.8×13m，配辊压机。检测两种磨机水泥的比表面积、颗粒级配及净浆流动度，可见开流磨和闭流磨生产的水泥有明显的差异，试验结果见表8。

表8 不同水泥磨水泥净浆流动度试验记录

编号	磨机号	比表面积 (m2/kg)	颗粒级配（%）
编号	磨机号	比表面积 (m2/kg)	＜ 3 μm	3～32μm	32～65μm	≥ 45μm	≥ 65μm	≥ 80μm	水泥净浆流动度(mm)	外加剂
K0	2# （闭流磨）	350	15.93	58.30	24.48	10.42	1.28	0.09	245	宁波用户提供萘系 1.5%
K1	5# （开流磨）	388	18.04	56.99	23.06	10.87	1.92	0.20	180
K2	3# （开流磨）	409	19.03	55.42	22.72汽车除霜器	12.48	2.83	0.57	158

从表8试验结果可以看出：

闭流磨生产的水泥，其3～65μm的中间颗粒多于开流磨，＜3μm和≥45μm的两头颗粒都小于开流磨，说明闭流磨生产的水泥粗粉少，超细粉也少，颗粒相对集中，同时闭流磨水泥比表面积明显比开流磨小，其净浆流动度明显比开流磨好。可见，选择不同的磨机能影响到水泥的颗粒级配，进而影响水泥与外加剂的相容性。

3.9 水泥新鲜度对净浆流动度的影响

表9 不同新鲜度的水泥净浆流动度试验记录

编号	生产日期	试验日期	水泥净浆流动度 (mm)	外加剂
L0	7月31日	7月31日	174	宁波用户提供脂肪族1.5%
L0	7月31日	8月23日	187	宁波用户提供脂肪族1.5%

从表9净浆流动度结果可以看出：

水泥存放23天后，净浆流动度扩大13mm，说明水泥进行陈化一段时间后，与外加剂相容性会得到一些改善。根据观察，水泥在存放量大，贮存条件好（密封干燥）的情况下，存放时间对流动度的影响相对小些，相反，在阴雨天气，水泥贮存条件差的情况下，存放时间对流动度的影响会更加明显。

3.10 水泥生产季节对净浆流动度的影响

统计不同季节4#、5#磨生产的水泥净浆流动度，其流动度平均值见表10。

表10 不同季节的水泥净浆流动度试验统计

水泥强度等级	生产时间	水泥平均净浆流动度(mm)		外加剂
水泥强度等级	生产时间	4#磨生产	5#磨生产	外加剂
42.5	2012年1月-4月（冬季）	248	251	衢州用户提供聚羧酸1.0%
	2012年7月-9月（夏季）	222	202	衢州用户提供聚羧酸1.0%
	2013年4月-5月（春季）	239	241	温州用户提供聚羟酸1.0%
	2013年7月-9月（夏季）	214	230	温州用户提供聚羟酸1.0%

从表10净浆流动度结果可以看出：

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