最新《标准规范》混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施.pdf
收稿日期:2002205215;修订日期:2002212230基金项目:国家973重大基础研究项目(2001CB610704)作者简介:孙振平(19692),男,新疆人,同济大学副教授,博士.文章编号:100729629(2003)0420404206混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施孙振平,蒋正武,王培铭(同济大学 混凝土材料研究国家重点实验室,上海200092)摘要:从分析混凝土外加剂与水泥适应性的影响因素及其规律入手,提出了改善外加剂与水泥适应性的可操作性措施,如增加外加剂掺量、改变外加剂复合方案、添加阴离子、优化水泥制备工艺及消除引起不适应性的因素等,并例举了2个工程应用实例.关键词:外加剂;水泥;适应性;解决措施;工程实例中图分类号:TU528 文献标识码:AMeasures to Improve Compatibility between ConcreteAdmixtures and CementSUN Zhen2ping,JIAN G Zheng2w u,WAN G Pei2ming(State Key Laboratory of Concrete Materials Research,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract:Based upon the analysis of the factors influencing the compatibility between concrete admix2tures and cement,some useful measures which can be taken to improve the compatibility are proposed,such as 1)increasing the dosage of admixtures,2)changing the composition of admixtures,3)addingcertain anions to admixtures,4)improving the manufacturing technology of cement,and 5)avoidingthe factors leading to the incompatibility,etc.Two practical problems being successfully solved bymeans of the measures put forward in the paper are cited.Key words:admixture;cement;compatibility;improving measure;practical example 混凝土外加剂已成为现代混凝土制备技术和施工技术所离不开的一种重要组分,各种外加剂的应用更是使混凝土材料实现高性能化和绿色化的重要措施之一.然而混凝土外加剂与水泥之间有时存在不相适应性,并在一定程度上影响着外加剂的应用效果以及混凝土的性能.笔者曾经对混凝土外加剂与水泥适应性的定义进行了描述1,认为:按照混凝土外加剂应用技术规范,将经检验符合有关标准的某种外加剂掺入按规定可以使用该品种外加剂的水泥中,用该水泥所配制的混凝土或砂浆若能够产生应有的效果,就认为该水泥与这种外加剂是适应的;相反,如果不能产生应有的效果,则该水泥与这种外加剂不适应.为了摸清上海、江苏、浙江、广东等地区水泥与外加剂的适应情况,寻求产生不相适应性现象的原因,提出有效的解决措施,笔者就上述地区减水型外加剂(包括普通减水剂、高效减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂、普通泵送剂、高效泵送剂和控制混凝土坍落度损失外加剂等)与水泥的适应性问题展开了一系列的试验研究.第6卷第4期2003年12月建 筑 材 料 学 报JOURNAL OF BUILDING MATERIALSVol.6,No.4Dec.,20031 混凝土外加剂与水泥适应性的影响因素及其作用规律影响外加剂作用效果的因素很多(见表1).这些因素往往相互交织在一起,共同对外加剂的使用效果产生影响.各种因素对混凝土外加剂与水泥适应性的影响规律及机理分析,可参见文献112.表1 影响混凝土外加剂与水泥适应性的因素Table 1Factors influencing the compatibility between cement and concrete admixturesSuperplasticizerCementDegree of sulfonationMineral componentsDegree of polymerizationAlkali contentKinds of alkali for neutralizationKinds and dosage of gypsumPurityKinds and dosage of blendsStateFineness2 混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施为了改善混凝土外加剂与水泥的适应性,可采取以下几项措施:(1)要对混凝土原材料生产者、混凝土拌合物制备者和施工技木人员进行大力宣传.只有全社会都承认水泥与外加剂之间存在是否适应这一问题,才能正确面对其可能产生的后果,也才能促使人们努力解决这一问题.(2)混凝土制备者应对每一批水泥、每一批外加剂进行质量检测和混凝土试配试验,寻求原材料的技术特性,尽量将相互适应性好的外加剂与水泥配合使用,以避免因将不相适应的水泥与外加剂共同使用而造成的质量事故、材料浪费或成本提高.(3)混凝土的制备成本固然重要,但混凝土制备者不能只注重节省费用而无视某些水泥(如铝酸盐含量相对较高者)或掺加了某种掺合料后的水泥所配制的混凝土对外加剂掺量的实际需求.这是因为外加剂的适宜掺量与水泥特性、掺合料性能及掺量等因素有关,而非传统观念上的固定值.(4)水泥厂、外加剂厂与混凝土制备单位应携手解决这一类问题,而决不能对自身所存在的技术问题遮遮掩掩、推卸责任.比如水泥厂应尽量不采用硬石膏作为调凝剂;外加剂厂遇到所配合使用的水泥为掺硬石膏水泥时,应提供不含木钙或糖钙的外加剂或采取其它技术措施;混凝土制备者应采纳外加剂厂的建议,及时改变外加剂的品种和掺量.(5)在实际工程中,水泥与外加剂的适应性试验应在混凝土拌合物制备前就完成,这样才能正确地选择水泥、掺合料和外加剂,并确定出最优化的配合比.在施工中,水泥厂和外加剂厂应提供质量稳定的产品.如果某批水泥或外加剂出现了不相适应性问题,应立即配合分析和查找原因,以寻求有效的对策.表2是笔者针对水泥与外加剂不相适应的一些常见现象而建议采取的一些措施.必须指出的是,有时导致水泥与外加剂不相适应的原因是多方面的和互相交织的,因此具体采取哪种解决措施就需要进行充分的前期试验和细致周密的分析.另外,此类问题要由水泥厂、外加剂厂、混凝土拌合物制备单位以及施工单位联手解决.504 第4期孙振平等:混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施 表2 水泥与外加剂不适应性常见问题的解决措施Table 2Measures to deal with incompatibility problems between cement and concrete admixturesPhenomena ofincompatibilityPossible reasonMeasureParty beingresponsible(1)Plasticizing effi2ciency of the neph2thelenebasedsu2perplasticizer is notideal at the recom2mended dosage(a)Sulphonation of superplasti2cizer is not enough(b)Degree of polymerization ofsuperplasticizer is not properIncrease the sulphonation degree of super2plasticizerAdjust the degree of polymerization of super2plasticizerConcrete admixtures factories(c)C3A content in cement is toohigh or the mass ratio of gypsumto C3A is too lowIncrease the dosage of superplasticizerAdd the superplasticizer a few minutes afterthe waterAdd some SO42-in concrete mixUse new type of superplasticizers,i.e.polycarboxylic acids,etc.Concrete manufacturers(d)Alkali content in cement istoo highIncrease the dosage of superplasticizerAdd some SO42-in concrete mixConcrete manufacturersReduce the alkali content in cementCement plants(e)The quality of fly ash blend2ed in cement is not good(f)Add zeolite or silica fume inconcrete as mineral admixtureIncrease the dosage of superplasticizer or se2lect new type of superplasticizerConcrete manufacturers(g)Specific surface area of ce2ment is too highIncrease the dosage of superplasticizerConcrete manufacturers(2)Setting time ofconcreteisex2tremely shortenedwhen adding lig2nosulfonate plasti2cizerorcalciumsucroseAnhydrite exists in cementSupplement some SO42-in concrete mixConcrete manufacturersAdd lignosulfonate plasticizer or calcium su2crose with superplasticizers togetherAdd lignosulfonate plasticizer or calcium su2crose a few minutes after waterAdd superplasticizer instead of lignosulfonateplasticizer or calcium sucroseConcrete admixtures factoriesand concrete manufacturers(3)The slump2lossof concrete can notbe efficiently con2trolled when add2ingacertainpumpingadmix2ture(a)Part or all of adjusting agentof cement setting time is anhy2drite,or there is lignosulfonateplasticizer and/or calcium su2crose in pumping admixtureSupplement some SO42-in concrete mixAdd pumping admixtures a few minutes afterwaterConcrete manufacturersReplace the lignosulfonate plasticizer and/orcalcium sucrose in pumping admixture withother setting retardersConcrete admixtures factoriesSelect other type pumping admixturesConcrete manufacturersDont use anhydrite as adjusting agent of ce2ment setting timeCement plants(b)Alkali content in cement istoo highSupplement some SO42-in concrete mixIncrease the dosage of pumping admixtureAdd pumping admixtures a few minutes afterwaterReplace some cement with mineral admix2tures(i.e.slag powder)Concrete manufacturersIncrease thesettingretardercontentinpumping admixtureConcrete admixtures factories(c)C3A content in cement is toohigh,orm(SO42-)/m(C3A)is not enoughIncrease the dosage of pumping admixtureSupplement some SO42-in concrete mixConcrete manufacturersIncrease thesettingretardercontentinpumping admixtureSelect the efficient setting retarderConcrete admixtures factories(d)The cement used in concreteis too freshIncrease the dosage of pumping admixtureReplace some cement with reactive mineraladmixturesConcrete manufacturers(e)The temperature of cement istoo highAvoid using cement with high temperatureIncrease the dosage of pumping admixtureConcrete manufacturersIncrease thesettingretardercontentinpumping admixtureConcrete admixtures factories(f)Use zeolite or fly ash with in2ferior quality as mineral admix2tureIncrease the dosage of pumping admixtureDecrease the dosage of this kind of mineraladmixtureConcrete manufacturers(g)Use expansion admixtureswith high alkali contentIncrease thesettingretardercontentinpumping admixtureConcrete admixtures factoriesIncrease the dosage of pumping admixtureConcrete manufacturers604 建 筑 材 料 学 报第6卷 3 改善混凝土外加剂与水泥适应性的工程实例3.1 因更换水泥所引起的不适应性问题3.1.1 工程概况上海浦东某重点工程,2001年开始施工.该工程采用商品混凝土,强度等级为C40.要求初始坍落度为(202)cm,1 h后坍落度不得低于16 cm.混凝土配合比为:m(水泥)m(粉煤灰)m(矿渣粉)m(砂)m(石子)m(泵送剂)m(水)=262821106801 0236.81180.原材料如下:江西某厂52.5PO;级粉煤灰;上海产S95矿渣粉;长江河砂,细度模数2.6;525 mm连续级配碎石;上海某厂SP406高效泵送剂.该工程所浇注的混凝土由上海某搅拌站供应,该搅拌站采用SP406高效泵送剂制备混凝土.过去用京阳嘉新牌52.5 PO和安徽海螺牌52.5 PO,按上述配比所配制的混凝土的初始坍落度和坍落度保持性均能满足工程要求.但由于施工时上海市预拌混凝土的需求量非常大,水泥供不应求,因此临时改换了江西某厂生产的52.5 PO.搅拌站事先对该水泥的性能特点不很了解,故仍按原来的配比进行试生产,却遇到了所配制混凝土坍落度严重损失的异常情况.具体表现为:初始坍落度较小,只有16 cm,且即使通过增加用水量使初始坍落度达到20 cm,但只要停放30 min,坍落度就减小到6.5 cm,根本无法满足运输和泵送要求.3.1.2 原因分析及解决措施笔者经分析后认为,上述情况产生的原因可能是:(1)该水泥矿物成分与其它水泥有差别,或者石膏与铝酸盐比例较小;(2)当时正处于水泥旧标准向新标准转换的阶段,为满足早期强度的要求,该水泥的粉磨细度较大;(3)泵送剂出现了质量波动.为此,笔者做了一系列试验进行对比,以查找原因并提出相应的对策.试验结果如下:(1)采用标准检验方法对外加剂进行检测.当外加剂掺量为1.5%(以占水泥质量计,下同)时,当时供应的一批SP406高效泵送剂和前几批泵送剂的留存样品均符合泵送剂一等品标准13,且质量稳定.因此,可以排除外加剂的质量波动因素.(2)对江西某厂水泥质量进行检测.检测结果表明,该水泥性能符合GB 1751999硅酸盐、普通硅酸盐水泥标准,因此,可以排除水泥的质量因素.(3)在不掺加掺合料的情况下,对比了海螺水泥、京阳水泥和江西某厂水泥与SP406的适应性,结果如表3所示.表33种同强度等级的普通硅酸盐水泥与SP406高效泵送剂的适应性Table 3Compatibility between pumping agent SP406 and 3 kinds of ordinary Portland cement(52.5 grade)SeriesnumberConcrete proportion(by mass)CSGSP406WKind of cementSlump/cm0 min30 min60 min1#4546801 0236.81180Hailuo 52.5 PO21.018.517.02#4546801 0236.81180Jingyang 52.5 PO20.519.017.03#4546801 0236.81180Jiangxi 52.5 PO17.58.04.54#4546801 0239.08180Jiangxi 52.5 PO24.019.018.0 由表可见,采用同一种SP406高效泵送剂,且掺量也相同,只是水泥品牌不同,所配制混凝土的坍落度损失情况便不同.用江西某厂水泥所配制的混凝土(3#)的坍落度损失较大.观察表明,3#混凝土拌合物在020 min内的稠化现象非常严重,因此可以将出现不适应性现象的原因基本归结于该水泥的特性上.为此,将SP406的掺量增加到2.0%,便发现混凝土的坍落度损失减小了(见表3中4#样).另外,在对混凝土原材料的进一步了解中发现,当时所使用的粉煤灰尽管符合 级粉煤灰标704 第4期孙振平等:混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施 准,但其含碳量相对较高(烧失量为6.2%(质量分数),对于本C40混凝土配合比而言,显然粉煤灰的用量偏大.粉煤灰大量吸附减水剂也将导致混凝土坍落度损失过大.根据以上调查,最后笔者提出,可采取以下措施改善用江西某厂水泥所配制的混凝土拌合物的性能:(1)在配合比不变的情况下,适当增加SP406外加剂的掺量;(2)在配合比不变的情况下,适当调整SP406外加剂的复合方案;(3)适当改变混凝土的配合比,比如减小粉煤灰用量,而相应增加矿渣粉的用量.表4为在上述3种方案的基础上,采用江西某厂52.5 PO所配制的混凝土拌合物的性能,其中Shen 8外加剂为按本C40混凝土原材料性质和配合比而新研制的泵送剂.表4 采取措施后,用江西某厂水泥所配制C40混凝土拌合物的性能试验结果Table 4Test results of properties of concrete mix using 52.5 P.O cement produced in Jiangxi ProvinceSeriesnumberConcrete proportion(by mass)CFASlagSGWAdmixture andits dosage1)Slump/cm0 min30 min60 min5#262821106801 023180SP406,2.0%20.018.016.56#262821106801 023180Shen 8,1.5%21.019.517.57#262451476801 023180SP406,1.8%19.518.517.51)By mass of cementicious.3.2 因使用膨胀剂所产生的不适应性问题3.2.1 工程概况济南某高层建筑地下连续墙浇注工程,2001年6月施工.混凝土强度等级为C30,抗渗等级P10.要求初始坍落度为(202)cm,50 min后坍落度不得低于16 cm.该工程混凝土配合比为:m(水泥)m(膨胀剂)m(砂)m(石子)m(泵送剂)m(水)=407557501 00011.55185.原材料如下:山水牌32.5PO;山东某厂UEA膨胀剂;河砂,细度模数2.6;525 mm连续级配碎石;山东某外加剂厂STH高效泵送剂.山水牌水泥为济南市搅拌站广泛使用的一种水泥品牌,山东某外加剂厂生产的系列外加剂与这种水泥具有良好的适应性,可用以配制C30C50商品混凝土.2001年6月该搅拌站为上述工程试配应有抗裂防渗性能的商品混凝土:采用山水牌32.5级普通硅酸盐水泥并以内掺法掺入占水泥质量12%的UEA膨胀剂,泵送剂则选用STH高效泵送剂.但试配结果显示,所配制的混凝土不仅需水量高,而且坍落度损失很快(当时气温并不是很高,室外气温只有30C左右).工程紧迫,急需解决这一技术难题.3.2.2 原因分析及解决措施有关试验结果显示,山水牌32.5级普通硅酸盐水泥和STH高效泵送剂均符合有关标准,且在不掺加膨胀剂的情况下,2种材料之间具有良好的适应性.因此将产生不相适应性的主要原因锁定在膨胀剂方面.我国生产的膨胀剂主要为硫铝酸盐型和明矾石型膨胀剂,其中大多都引入了明矾石.明矾石的化学式为K2SO4Al2(SO4)34Al(OH)3,因此膨胀剂中含有一定量的K2O(实际上还含有一定量的Na2O).在混凝土中掺加UEA膨胀剂,事实上也就是增加了混凝土中的碱含量.有鉴于此,为满足拌合物的性能要求,笔者对STH高效泵送剂进行了改性,研制出了一种新型的适合于掺加UEA膨胀剂的混凝土泵送剂 STH22高效泵送剂.表5是STH22高效泵送剂与STH高效泵送剂对混凝土拌合物性能影响的试验结果.工程实践表明,掺加STH22高效泵送剂可以配制出满足本项目要求的商品混凝土.804 建 筑 材 料 学 报第6卷 表52种泵送剂的性能对比Table 5Comparison of properties of two pumping admixturesSeriesnumberConcrete proportion(by mass)CUEASGWPumping admixture andits dosage1)Slump/cm0 min50 minSD146207501 000177STH,2.5%22.018.5SD246207501 000175STH22,2.5%21.519.0SD3407557501 000183STH,2.5%21.010.5SD4407557501 000180STH22,2.5%21.017.51)By mass of cement and UEA.4 结语本文从影响水泥与外加剂适应性的各种因素入手,探讨了改善适应性的一些可行的措施,希望能对混凝土原材料生产单位、混凝土制备单位以及混凝土施工单位技术人员有所启示.诚然,要彻底解决水泥与外加剂适应性的问题,还需要产、学、研各界人士的共同努力及有效的行政调控.今后,将对这一问题进行进一步的研究,并建立一整套数据库资料.同时,希望工程界能摒弃传统的“生产成本”观念,敢于面对这一事实,并采取必要的措施,以有效的技术手段,将因水泥与外加剂不相适应所造成的工程质量问题降低到最小程度.参考文献:1 孙振平,蒋正武,王玉吉,等.混凝土外加剂与水泥适应性J.建筑材料学报,2002,5(1):26231.2 孙振平.新型高性能混凝土减水剂浅述J.混凝土外加剂,2000,(4):12216.3 Bonen D,Sarker S L.The superplasticizer adsorption capacity of cement pastes,pore solution composition and parameters affect2ing flow lossJ.Cement and Concrete Research,1995,25(5):142321434.4 Simard M A,Aitcin P C.Rheology and compressive strength of superplasticizered cement pasteJ.Cement and Concrete Re2search,1993,23(4):9392950.5 Hamou A T,Aitcin P C.Cement and superplasticizer compatibilityJ.World Cement,1993,24(8):38242.6 Jiang S,Kim B G,Aitcin P C.Importance of adequate soluble alkali content to ensure cement/superplasticizer compatibilityJ.Cement and Concrete Research,1999,29(1):71278.7 Dodson V H,Hayden T D.Another look at the Portland cement/chemical admixture incompatibility problemJ.Cement,Con2crete and Aggregates,1989,11(1):52256.8 Forsen L.The chemistry of retarders and acceleratorsA.The 2ndInternational Symposium on Chemistry of CementC.Stock2holm:sn,1938.2632298.9 Yilmas V T,Glasser P F.Early hydration of tricalcium aluminate2gypsum mixture in the presence of sulphonated melamineformaldehyde superplasticizerJ.Cement and Concrete Research,1991,21(3):7652776.10 孙振平,蒋正武,王玉吉,等.水泥含碱量对萘系高效减水剂作用效果的影响J.混凝土,2002,(4):6,7.11Swamy R N.Cement replacement materialsM.First published.London:Surry University Press,1986.1652169.12 张冠伦,王玉吉,孙振平.混凝土外加剂原理与应用M.北京:中国建筑工业出版社,1996.1992207.13JC 473混凝土泵送剂标准S.904 第4期孙振平等:混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施
