改善水泥与外加剂适应性的探讨

0 引言

在水泥市场疲软环境下产品的竞争力无非就是价格和质量，重点工程和商混站等在市场饱和中占据主导权，其中尤为突出的水泥与外加剂适应性，要求水泥企业不断改善和提高水泥与外加剂适应性，降低外加剂掺量，从而控制生产成本。水泥企业必须主动改变、转换角色，站在混凝土生产成本角度，从水泥生产过程中实践以改善水泥与外加剂适应性。相容性概念包括水泥对外加剂和外加剂对水泥，以及砂石骨料、混凝土配合比和环境因素等^[1]。实际生产中，商混站更倾向与某一两家外加剂供应商，更看重水泥对外加剂的适应性是否广泛，本文主要针对水泥对外加剂的适应性改善进行探讨。

1 水泥与外加剂适应性的概念

外加剂与水泥适应性是指化学外加剂在混凝土表现出来的效果较好、效果不佳、或者根本没有效果，甚至使用后出现工程事故，通常说这种效果较好的某种水泥对该外加剂适应性好。

当水泥、外加剂、水泥、砂石料、外掺料等混凝土原材料经检验均合格，依照理想的混凝土配合比，外加剂的掺量及混凝土的拌制方法无误，若表现出一下情况，则说明水泥与外加剂的相容性不良：

（1）有减水效果的外加剂的实际减水率与用基准水泥的检测值有很大差距，新拌制混凝土的初始塌落度不满足设计要求。

（2）新拌制混凝土拌合物初始坍落度满足设计要求，但坍落度损失现象严重，新拌制混凝土无法满足施工生产的需求。

（3）新拌制混凝土初始坍落度满足设计要求，坍损小，但又泌水、趴底、骨料包裹性不好等现象，严重时可能导致施工中出现堵泵等工程事故。

（4）在推荐掺量情况下，混凝土（或砂浆）却出现急凝、假凝等不正常凝结现象^[2]。

业界对水泥与外加剂适应性有多种表述方法，目前对混凝土拌合物的流动性的影响，可以采用测定水泥净浆流动性能的变化来实现，对水泥厂或混凝土施工单位而言，这是检验外加剂与水泥是否“适应”的直观而又快速的一种测定方法。下面的分析、论述就是以这种方法测定的数据为依据的。

2 水泥对外加剂适应性的影响因素

2.1 水泥熟料的矿物组成

水泥熟料的矿物组成对外加剂的影响很大，在大量关于C₃S、C₂S、C₃A和C₄AF对外加剂的吸附性和吸附量的研究表明，C₃A对外加剂的吸附量远高于其他矿物组成，吸附量顺序为：C₃A>C₄AF>C₃S>C₂S。因为C₃A水化速率快，对外加剂吸附吸附量大，C3A 高的水泥标准稠度也高。有学者研究，当C₃A上升1%，其标准稠度也上升1%，而混凝土也相应提高6-7kg/m^3[3]。

        2.2 水泥细度和颗粒级配

为充分发挥水泥熟料强度潜能，降低水泥熟料耗比，控制水泥成本，水泥企业趋于水泥越细，比表面积越高，水泥水化越快，特别是早期强度发挥快，加快施工进度。但混凝土技术人员则认为越细水泥需水量越大，与外加剂适应性越差，混凝土坍落度损失大，水化热越大，开裂敏感性越大^[4]。

水泥颗粒粒径小于3um部分水化反应速率快，需水量也高（见表2）。实际生产中也反应出，细度越细、比表越高的水泥，标准稠度需水量越高，对同一外加剂，相同掺量情况下，净浆初始流动度越小，且经时损失越大。

       2.3 碱含量

水泥熟料中带入的K₂O、Na₂O含量高会消耗石膏，加速铝酸盐的溶出，水泥颗粒对外加剂的吸附量增大，导致水泥发生快凝、结块及需水量增大，同时碱能和活性骨料发生碱骨料反应，产生底部膨胀，引起构筑物开裂变形，甚至崩溃；水泥碱含量越高，外加剂对水泥的塑化效果就越差^[3]，水泥中碱含量增加，还会导致混凝土凝结时间缩短和坍落度损失增大等不利影响。原料中碱含量高，由于K₂O、Na₂O碱性比CaO强，煅烧时能取代CaO与C₃A、C₂S反应，产生KC₂₃S₁₂和NaC₈A₃，使熟料f-CaO 增加^[5]。

水泥中的碱主要由硅铝质原料引入，因此根据生产经验，水泥企业一般控制硅铝质原料碱含量小于4%，水泥熟料碱含量低于0.6%为宜，超过0.8%则水泥外加剂适应性明显变差。

2.4 混合材种类

混合材掺入一方面可以降低熟料耗比，控制生产成本，同时利用其潜在活性，促使混凝土强度持续发挥。但混合材的种类繁多，其不同结构和组成，使水泥对外加剂的适应性差异很大。

活性混合材如粉煤灰、炉渣等越来越稀缺，更多水泥企业选择煤矸石、烧矸石和建渣等作为混合材，但两种对比，矸石虽然价格便宜，但水泥标准稠度需水量高，外加剂适应性差，因此不受混凝土技术人员的欢迎，究其原因为粉煤灰的颗粒大多为球形，自身分散性性能好，利于外加剂的分散；火山灰的比表面积大，烧失量越低，含碳量越高，对外加剂的吸附作用越强^[1，5]，不利于外加剂的良好分散，表现为该水泥对外加剂的适应性差。

       2.5 粉磨工艺

水泥粉磨技术发展有球磨机为主的闭路磨和开路磨、辊压机联合粉磨、辊压机终粉磨等技术，其中球磨机粉磨中开路磨水泥较闭路磨标准稠度偏低，对外加剂适应性较好，因开路磨水泥颗粒级配分布更广，极小颗粒比例小，商混站也倾向与使用这类水泥；闭路磨经过选粉机筛选，颗粒分布相对集中，同地区、同规模水泥企业对比也能得以验证。目前大多数水泥企业选择辊压机、V 型选粉机带球磨机和O-Sepa选粉机的联合粉磨系统，粉磨系统台产高，电耗低，但普遍存在水泥标准稠度高的问题，其中之一原因是O-Sepa选粉机的选粉效率过低，造成磨机循环负荷过大，球料比低于设计预期，过粉磨现象严重，水泥标准稠度需水量必然上升。

2.6 水泥温度和库存时间

水泥温度过高，可能造成：一是石膏脱水，石膏溶出速率降低；二是水化速率加快，增大外加剂掺量，不利于商品混凝土的拌制、运输和泵送；三是水泥表面能高，容易团聚，在水泥库内附壁、结团影响下料，夏季还易吸潮结块。一般商混站要求水泥温度不超过75℃，在库内有一定的存放时间，但水泥企业当然希望水泥能够能尽快出厂。

2.7 水泥质量稳定性

重点工程或商混站作为使用单位，一般会根据取样水泥选定外加剂，因施工的连续性，不会要求外加剂频繁调整配方，这要求水泥质量稳定性要高，否则无论是生产工艺还是混合材变化，都会反应到对该外加剂的适应性上来，混凝土技术人员均会判定为该水泥对外加剂适应性差。同行曾搜集比对不同公司的水泥质量稳定性对外加剂适应性的影响，也能很好验证。

3 生产控制可采取措施

根据上文多项影响水泥对外加剂适应性的因素及原因，可以从生产控制方面采取如下措施，加以改善：

3.1 水泥熟料控制

原燃材料普查阶段就必须标识出碱含量高的，作为后备选项，同时考虑硫碱比在0.8-1.0%之间，合理控制出窑熟料的碱含量。

配料方案的制定须充分重视出厂水泥质量的需求，满足窑系统煅烧条件下，降低铝率，提高硅率，减弱矿物组成对外加剂适应性的影响，新型干法水泥窑在没有矿化剂时，水泥熟料C₃A控制在7.5%以内就能满足熟料煅烧对液相量和液相粘度的需求。

3.2 水泥粉磨控制

有水泥企业熟料标准稠度不高，但水泥标准稠度比同区域水泥企业明显偏高，及水泥粉磨阶段控制模糊，没有分解并逐一排除影响因素。

选粉机的选粉效率须每月检测，验证各风道风量是否匹配、入料分配是否均匀、形成料幕、选粉机密封等，辊压机联合粉磨系统的O-Sepa选粉效率建议不低于55%，否则循环负荷率过大，球磨机难以实现高效粉磨。

球磨机定期清仓，优化水泥颗粒级配，降低<>

混合材选择要求烧失量，严格控制含泥量，不能因为价格而降低对出厂水泥的质量要求，混合材的单掺和复掺还可以根据各水泥企业特点，开展深入试验，以大磨试验数据为生产指导意见。

3.3 生产控制

熟料出入库管理越细致，水泥质量波动可控性越高，水泥企业一般对水泥出厂控制均采用出磨检测数据预测出厂，其相关性的高低与质量稳定性直接相关，出磨水泥质量越稳定，相关性越高。

计量设备的准确性是前提，确保质量指令准确、及时到达实际操作者，并借助公司大数据印证或查找生产控制中的漏洞。出厂水泥质量管理者必须对窑系统煅烧和熟料质量、水泥粉磨和出入库每个环节实时的生产状况非常熟悉，采取的调整措施以微调为基础，同时借助水泥库的均化实现出厂水泥质量稳定。如果生产工艺或混合材发生变化，须提前与使用者沟通，调整外加剂配方。

储库管理虽简单，但对最终的水泥质量稳定性影响巨大，储库的一大功能就是消化生产过程中的质量波动。水泥储库严禁上进下出，其原因就是质量波动在储库内无法消减，同时由于生产控制的滞后性，往往出现被动的生产控制调整现象，不熟悉储库管理的人反而会人为增大质量波动，造成水泥对外加剂适应性变差。

4 结语

水泥对外加剂的适应性是水泥企业必须重视的课题，新型干法水泥生产技术日趋完善，满足国标要求的水泥不难，难的是满足产品使用者的要求,特别是在水泥产能普遍过剩的今天，对水泥企业而言就是生存的关键。

水泥与外加剂的适应性问题是一个极其复杂的问题，影响因素多，涉及学科领域比较广泛，如水泥化学、表面物理化学和粉体工程等多方面的知识。还需要多方努力，结合各水泥企业生产实际，大胆尝试，分析总结，不断改善水泥对外加剂的适应性，为下道工序提供优质、稳定的水泥产品。

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