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混凝土外加剂对按新标准生产的水泥的适应性

信息来源:hunningtu.biz  时间:2010-09-20  浏览次数:298

  从2001年4月1开始,六大通用水泥全部采用新标准。即GB175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》、GB1344—1999《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥》。水泥的生产将会发生相应的变化,这样混凝土外加剂与水泥的适应性也产生一系列微妙的变化,应该引起我们足够的关注。
  一、新水泥胶砂强度检验方法的变化
  1999年2月8日发布了GB/T17671—1999(ISO法)《水泥胶砂强度检验方法》以取代GB177—85《水泥胶砂强度检验方法》,并于1999年5月1日在全国水泥企业开始实施。为叙述方便,现在将前者称为ISO法,后者称为GB法。
  ISO法等同采用了国际标准化组织的水泥强度试验方法ISO679:1789。ISO法和GB法均属软练法,但不同之处很多,主要的不同点列于表1。其主要的不同是胶砂组成和标准砂。灰砂比由1:25变为1:3;水灰比由0.44、0.46变为0.50(如果是火山灰质水泥,当胶砂流动度〈180mm时,还要以流动度不小于180mm的用水量来确定。标准砂由原来的二级配变为三级配。由此产生的直接结果是同一水泥ISO法的检验强度值比GB法强度值要低很多。
  表1GB、T17671—1999与BG177—85的对比
  内容GB\T19671----1999GB177----85标准砂颗粒范围0.08~2mm0.25~0.65mm级配粗砂 1~2mm三分之一中砂 0.5~1mm 三分之一细砂0.08~0.5 三分之一甲砂 0.4~0.65mm40%乙砂 0.5~0.4mm60%胶砂组成灰砂比水泥:标准砂=1:3。0水泥:标准砂=1:2。5水灰比除火山灰水泥外的通用水泥0.50硅酸盐、普通、矿渣水泥0.44火山灰、粉煤灰水泥0.46试件试件尺寸40mm×40mm×160mm40mm×40mm×160mm受压面积40mm×40mm40mm×62.5mm仪器搅拌机行星式双转双速成型机振实台(可用代用设备)振动台抗压机200kn,1%精度加荷速度2。4kn/s300kn,2%精度加荷速度5。0kn/s抗拆机5kn,1%精度加荷速度50k/s5kn,1%精度加荷速度50k/Ns试验室及养护条件基准温度20℃≧±20℃试验室20℃±2℃相对湿度≧50%17℃~25℃相对湿度≧50%养护箱20℃±1℃相对湿度≧90%20℃±3℃相对湿度≧90%养护水20℃±1℃试件放入时为清水,养护期间不允许全部换水20℃±2℃每二
  二、ISO法水泥胶砂抗压强度与GB法水泥胶砂抗压强度的关系
  中国建材院与其协作单位96年和97年进行了ISO法与GB法的水泥强度试验。抗压强度关系式列于表2。
  表2
  年份龄期(d)关系式相关系数标准差(Mpa)变异字数Cv(%)19963.28RISO=0.881 RGB-3.7580.971.33.019973.7.8RISO=0.9058 RGB-5.08670.982.04.6
  由表2计算得到水泥砂ISO强度与GB标号关系见表3。
  表3
  GB标号325425525625ISO强度(Mpa)199624.933.742.551.3199724.433.442.551.5
  从表3可以看出,同一水泥用ISO法检验较GB法检验强度数值约下降10Mpa。也就是GB62.5、52.5、42.5Mpa分别降为ISO52.5、42.5、32.5。
  ISO代替GB法后,原占我国水泥产量约30%的325号水泥,若不大幅度提高质量,则将被勒令停产,这对于我国水泥结构调整和提高水泥质量是有利的。
  中国建筑科学研究会同有关单位在统一试验条件下进行的混凝土试验,也得到相近的结果。ISO胶砂强度与GB强度与混凝土的关系式为:
  R压砼=0。642·R压ISO(c\w-0.559)
  R压砼=0。545·R压GB(c\w-0.661)
  当w/c=0.50,强度结果见表4
  表4
  水泥强度(Mpa)32.542.552.562.5砼强度(Mpa)R压ISO 配R压砼 30.139.348.657.8R压GB 配 R压砼23.731.038.346.9
  三、大通用水泥标准
  六大通用水泥标准修改的主要内容有以下二点
  a)等级的设置:
  将原来的水泥标号改为强度等级,与混凝土规范一致了。用原标号的抗压强度值作为等级划分的依据。每种水泥按强度划分成六个等级。
  硅酸盐水泥设有42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级,其他的五大通用水泥均设有32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。
  b)水泥强度龄期与指标
  新水泥标准强度龄期统一为3d、28d、两个龄期,原通用水泥中的强度指标值不变,只在个别地方做了调整,新增列水泥等级强度指标按原标准指标间的差值补充修改。
  四、水泥标准修改后对混凝土外加剂相容性的影响的初步探讨
  水泥标准起草单位进行的大量研究和对比试验表明,我国原各种牌号的水泥用ISO方法检测,28天抗压强度值下降12~20%。强度下降的程度随水泥原材料性能,均化条件,管理控制等方面的不同而有差异。从品种上看下降的情况为:
  表5
  水泥品种PⅠPⅡPOPS强度值下降(%)12.216.718.319.1
  从烧成的窑型上看,以普硅水泥为例
  表6
  窑型新型干法窑湿法窑量窑强度下降(%)161920
  总的来说ISO法实施以后,我国各主要水泥将下降一个标号。绝大多数水泥生产厂都要解决适应ISO标准的问题。
  1.我国原标准的水泥与国外先进国家的主要差距。
  ①水泥熟料矿物组成中活性较高的C3S、C3A含量低,而活性较低的G4AF、C2S含量高,立窑更甚。
  表7
  国内外矿物组成(%)在在在C3SC2SC3AC4AF国外水泥熟料5720810国内新型干法窑5324810湿法和中空窑5420714立窑40~5026~345~912~16
  C3S活性高水快对水泥的早期强度,凝结时间影响较大。C3A是熟料矿物组成中最具活性的组分,水化速度很快,且与水泥的调凝组分石膏反应生成钙砚石,对水泥早期强度发挥重大作用,我国水泥尤其立窑水C3A,C3S含量低,使得水泥的早期强度低。
  ②水泥细度的差距
  美国、英国、日本、法国、德国等国的波特兰水泥细度(0.08mm方孔筛筛余)筛余波动于0.4~2.4%,大多小于1%。我国的筛余波动于0.5~0.8%,且多数在3~5%。筛余大于5%的占20%,各地的小水泥厂产品更要粗些。
  水泥细度及其颗粒组成对水泥水化的影响很大,粗颗不能充分发挥熟料矿物的活性,不能完全水化必定影响水泥的强度。
  2.水泥厂的主要技改措施
  为提高水泥质量,适应ISO标准的要求,水泥生产企业当前采取的最有效的技术措施主要有以下几点。
  ①提高水泥熟料的质量
  a)改变水泥生料的配料。提高水泥熟料中的C3S、C3A是矿物含量。有的采用降低生料中铁含量从而降低C4AF的含量。这些措施对提高水泥的早期强度是十分有效的。
  b)加强生料、燃料的均化,提高熟料的质量。
  c)使水泥熟料烧成后迅速冷却,使得水泥熟料矿物的晶形小,活性大。
  ②提高水泥的细度
  这种措施是水泥采用新标准后,多数水泥企业采用的度要措施之一。
  提高水泥细度更应注意其颗粒级配组成。一般认为小于3um的水泥颗粒水化很快,在水泥硬化前已基本完毕,对水泥强度的贡献不大,而大于60um的水泥颗粒水化很慢,28天也显示不出来。对相同筛余量或相同比表积的水泥,因颗粒级配不同,强度的差异可能很大。通常期望30~60um颗粒占50%以上为好。有些水泥生产企业用颗粒级配数据控制生产,这无疑是一种先进的方法。
  ③选用适宜的混合材。
  水泥颗粒属连续级配的颗粒紧密堆积体,加入两种或两种以上适宜混合材可加强填充效应,火山灰效应和微集料效应。有的水泥生产企业采用二种或多种混合材,提高水泥的质量。
  ④选择石膏的最佳掺量
  水泥的上述变化对混凝土外加剂特别对混凝土减水剂的影响如何?是各外加剂厂,建筑施工企业非常关心的问题。
  3.水泥标准的变化对混凝土减水剂的影响
  目前普遍认为,水泥与减水剂的适应性与其对减水剂的吸附量关系很大。水泥对减水剂的吸附形式和吸附产物有着不同的观点。一种观点认为减水剂吸附在水泥颗料表面上,在表面形面强电场的吸附屋,减水剂均为阴离子表面活性剂,从而颗粒带有相同的电荷使水泥颗粒分散。减水剂对熟料矿物有选择性吸附,吸附量从大到小的顺序为C3A>C4AF>C3S>C2S。另一种观点认为,减水剂主要吸附在水化产物上,水泥对减水剂的吸附量与其水化产物的数量和表面性质有关。水泥熟料矿物水化速率快的,水化产物比表面积大的,对减水剂的吸附量大,其对减水剂的适应性就差。众所周知,水泥熟料矿物的水化速率由快到慢的顺序依次为C3A、C4AF、V3S、V2S。许多学者的研究表明,C3A的吸附量较其它熟料矿物的吸附量大得多。C2S的吸附量非常小,有的研究者试验也认为,高C2S水泥对高效减水剂的适应性好,如果水泥以提高C3S、C3A矿物为技改措施时,必然使得减水剂对水泥的适应性。有的水泥生产企业的技改措施是降低C4AF,这种变化又会提高减水剂对水泥的适应性。
  如果提高水泥中的C3A含量,水泥中的石膏的量也应相应提高。研究表明C3A对减剂的吸附量大大高于(C3A与石膏的生成物)钙矾石的吸附量,提高石膏的用量,会提高适应性。
  混合材的种,细度,对减水剂的适应性也有影响。由于火山灰质混合材具有较大的内比表面积,吸附量大,一般来说,减水剂对掺矿渣混合材水泥的适应好。而对掺火山灰质混合材的适应性差。对于掺粉煤灰混合材的水泥,不同品种的粉煤灰,对适应性影响差异大,优质细粉煤灰,超细粉煤灰中含有球状玻璃体,对减水剂的吸附量小,适应性好。对粗粉煤灰,含碳量高的适应性差。
  综上分析,不同水泥企业采用不同的技改措施,水泥对外加剂适应性的变化也是不同的,外加剂企业必须根椐水泥的变化进行必要的试验研究工作,以使外加剂更好地更快地适应水泥变化的脚步,为我国的建筑事业做出更大的贡献。
  参考资料
  1.水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB/T17671—1999
  2.我国采用ISO水泥强度检验方法的情况及对水泥使用带业的影响。张大同中国建材研究院
  3.水泥生产适应ISO国际标准的技术措施。李彦云等中国建筑材料科学研究院
  4.通用水泥强度检验由GB法向ISO法过渡面临的若干问题。孙孝牡丹江水泥集团
  5.高贝利特水泥与高效减水剂相容性的研究赵平等中国建筑材料科学研究院
  6.关于水泥与超塑化剂相适应性的几个问题王善拨广州市建材工业研究所  从2001年4月1开始,六大通用水泥全部采用新标准。即GB175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》、GB1344—1999《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥》。水泥的生产将会发生相应的变化,这样混凝土外加剂与水泥的适应性也产生一系列微妙的变化,应该引起我们足够的关注。
  一、新水泥胶砂强度检验方法的变化
  1999年2月8日发布了GB/T17671—1999(ISO法)《水泥胶砂强度检验方法》以取代GB177—85《水泥胶砂强度检验方法》,并于1999年5月1日在全国水泥企业开始实施。为叙述方便,现在将前者称为ISO法,后者称为GB法。
  ISO法等同采用了国际标准化组织的水泥强度试验方法ISO679:1789。ISO法和GB法均属软练法,但不同之处很多,主要的不同点列于表1。其主要的不同是胶砂组成和标准砂。灰砂比由1:25变为1:3;水灰比由0.44、0.46变为0.50(如果是火山灰质水泥,当胶砂流动度〈180mm时,还要以流动度不小于180mm的用水量来确定。标准砂由原来的二级配变为三级配。由此产生的直接结果是同一水泥ISO法的检验强度值比GB法强度值要低很多。
  表1GB、T17671—1999与BG177—85的对比
  内容GB\T19671----1999GB177----85标准砂颗粒范围0.08~2mm0.25~0.65mm级配粗砂 1~2mm三分之一中砂 0.5~1mm 三分之一细砂0.08~0.5 三分之一甲砂 0.4~0.65mm40%乙砂 0.5~0.4mm60%胶砂组成灰砂比水泥:标准砂=1:3。0水泥:标准砂=1:2。5水灰比除火山灰水泥外的通用水泥0.50硅酸盐、普通、矿渣水泥0.44火山灰、粉煤灰水泥0.46试件试件尺寸40mm×40mm×160mm40mm×40mm×160mm受压面积40mm×40mm40mm×62.5mm仪器搅拌机行星式双转双速成型机振实台(可用代用设备)振动台抗压机200kn,1%精度加荷速度2。4kn/s300kn,2%精度加荷速度5。0kn/s抗拆机5kn,1%精度加荷速度50k/s5kn,1%精度加荷速度50k/Ns试验室及养护条件基准温度20℃≧±20℃试验室20℃±2℃相对湿度≧50%17℃~25℃相对湿度≧50%养护箱20℃±1℃相对湿度≧90%20℃±3℃相对湿度≧90%养护水20℃±1℃试件放入时为清水,养护期间不允许全部换水20℃±2℃每二
  二、ISO法水泥胶砂抗压强度与GB法水泥胶砂抗压强度的关系
  中国建材院与其协作单位96年和97年进行了ISO法与GB法的水泥强度试验。抗压强度关系式列于表2。
  表2
  年份龄期(d)关系式相关系数标准差(Mpa)变异字数Cv(%)19963.28RISO=0.881 RGB-3.7580.971.33.019973.7.8RISO=0.9058 RGB-5.08670.982.04.6
  由表2计算得到水泥砂ISO强度与GB标号关系见表3。
  表3
  GB标号325425525625ISO强度(Mpa)199624.933.742.551.3199724.433.442.551.5
  从表3可以看出,同一水泥用ISO法检验较GB法检验强度数值约下降10Mpa。也就是GB62.5、52.5、42.5Mpa分别降为ISO52.5、42.5、32.5。
  ISO代替GB法后,原占我国水泥产量约30%的325号水泥,若不大幅度提高质量,则将被勒令停产,这对于我国水泥结构调整和提高水泥质量是有利的。
  中国建筑科学研究会同有关单位在统一试验条件下进行的混凝土试验,也得到相近的结果。ISO胶砂强度与GB强度与混凝土的关系式为:
  R压砼=0。642·R压ISO(c\w-0.559)
  R压砼=0。545·R压GB(c\w-0.661)
  当w/c=0.50,强度结果见表4
  表4
  水泥强度(Mpa)32.542.552.562.5砼强度(Mpa)R压ISO 配R压砼 30.139.348.657.8R压GB 配 R压砼23.731.038.346.9
  三、大通用水泥标准
  六大通用水泥标准修改的主要内容有以下二点
  a)等级的设置:
  将原来的水泥标号改为强度等级,与混凝土规范一致了。用原标号的抗压强度值作为等级划分的依据。每种水泥按强度划分成六个等级。
  硅酸盐水泥设有42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级,其他的五大通用水泥均设有32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。
  b)水泥强度龄期与指标
  新水泥标准强度龄期统一为3d、28d、两个龄期,原通用水泥中的强度指标值不变,只在个别地方做了调整,新增列水泥等级强度指标按原标准指标间的差值补充修改。
  四、水泥标准修改后对混凝土外加剂相容性的影响的初步探讨
  水泥标准起草单位进行的大量研究和对比试验表明,我国原各种牌号的水泥用ISO方法检测,28天抗压强度值下降12~20%。强度下降的程度随水泥原材料性能,均化条件,管理控制等方面的不同而有差异。从品种上看下降的情况为:
  表5
  水泥品种PⅠPⅡPOPS强度值下降(%)12.216.718.319.1
  从烧成的窑型上看,以普硅水泥为例
  表6
  窑型新型干法窑湿法窑量窑强度下降(%)161920
  总的来说ISO法实施以后,我国各主要水泥将下降一个标号。绝大多数水泥生产厂都要解决适应ISO标准的问题。
  1.我国原标准的水泥与国外先进国家的主要差距。
  ①水泥熟料矿物组成中活性较高的C3S、C3A含量低,而活性较低的G4AF、C2S含量高,立窑更甚。
  表7
  国内外矿物组成(%)在在在C3SC2SC3AC4AF国外水泥熟料5720810国内新型干法窑5324810湿法和中空窑5420714立窑40~5026~345~912~16
  C3S活性高水快对水泥的早期强度,凝结时间影响较大。C3A是熟料矿物组成中最具活性的组分,水化速度很快,且与水泥的调凝组分石膏反应生成钙砚石,对水泥早期强度发挥重大作用,我国水泥尤其立窑水C3A,C3S含量低,使得水泥的早期强度低。
  ②水泥细度的差距
  美国、英国、日本、法国、德国等国的波特兰水泥细度(0.08mm方孔筛筛余)筛余波动于0.4~2.4%,大多小于1%。我国的筛余波动于0.5~0.8%,且多数在3~5%。筛余大于5%的占20%,各地的小水泥厂产品更要粗些。
  水泥细度及其颗粒组成对水泥水化的影响很大,粗颗不能充分发挥熟料矿物的活性,不能完全水化必定影响水泥的强度。
  2.水泥厂的主要技改措施
  为提高水泥质量,适应ISO标准的要求,水泥生产企业当前采取的最有效的技术措施主要有以下几点。
  ①提高水泥熟料的质量
  a)改变水泥生料的配料。提高水泥熟料中的C3S、C3A是矿物含量。有的采用降低生料中铁含量从而降低C4AF的含量。这些措施对提高水泥的早期强度是十分有效的。
  b)加强生料、燃料的均化,提高熟料的质量。
  c)使水泥熟料烧成后迅速冷却,使得水泥熟料矿物的晶形小,活性大。
  ②提高水泥的细度
  这种措施是水泥采用新标准后,多数水泥企业采用的度要措施之一。
  提高水泥细度更应注意其颗粒级配组成。一般认为小于3um的水泥颗粒水化很快,在水泥硬化前已基本完毕,对水泥强度的贡献不大,而大于60um的水泥颗粒水化很慢,28天也显示不出来。对相同筛余量或相同比表积的水泥,因颗粒级配不同,强度的差异可能很大。通常期望30~60um颗粒占50%以上为好。有些水泥生产企业用颗粒级配数据控制生产,这无疑是一种先进的方法。
  ③选用适宜的混合材。
  水泥颗粒属连续级配的颗粒紧密堆积体,加入两种或两种以上适宜混合材可加强填充效应,火山灰效应和微集料效应。有的水泥生产企业采用二种或多种混合材,提高水泥的质量。
  ④选择石膏的最佳掺量
  水泥的上述变化对混凝土外加剂特别对混凝土减水剂的影响如何?是各外加剂厂,建筑施工企业非常关心的问题。
  3.水泥标准的变化对混凝土减水剂的影响
  目前普遍认为,水泥与减水剂的适应性与其对减水剂的吸附量关系很大。水泥对减水剂的吸附形式和吸附产物有着不同的观点。一种观点认为减水剂吸附在水泥颗料表面上,在表面形面强电场的吸附屋,减水剂均为阴离子表面活性剂,从而颗粒带有相同的电荷使水泥颗粒分散。减水剂对熟料矿物有选择性吸附,吸附量从大到小的顺序为C3A>C4AF>C3S>C2S。另一种观点认为,减水剂主要吸附在水化产物上,水泥对减水剂的吸附量与其水化产物的数量和表面性质有关。水泥熟料矿物水化速率快的,水化产物比表面积大的,对减水剂的吸附量大,其对减水剂的适应性就差。众所周知,水泥熟料矿物的水化速率由快到慢的顺序依次为C3A、C4AF、V3S、V2S。许多学者的研究表明,C3A的吸附量较其它熟料矿物的吸附量大得多。C2S的吸附量非常小,有的研究者试验也认为,高C2S水泥对高效减水剂的适应性好,如果水泥以提高C3S、C3A矿物为技改措施时,必然使得减水剂对水泥的适应性。有的水泥生产企业的技改措施是降低C4AF,这种变化又会提高减水剂对水泥的适应性。
  如果提高水泥中的C3A含量,水泥中的石膏的量也应相应提高。研究表明C3A对减剂的吸附量大大高于(C3A与石膏的生成物)钙矾石的吸附量,提高石膏的用量,会提高适应性。
  混合材的种,细度,对减水剂的适应性也有影响。由于火山灰质混合材具有较大的内比表面积,吸附量大,一般来说,减水剂对掺矿渣混合材水泥的适应好。而对掺火山灰质混合材的适应性差。对于掺粉煤灰混合材的水泥,不同品种的粉煤灰,对适应性影响差异大,优质细粉煤灰,超细粉煤灰中含有球状玻璃体,对减水剂的吸附量小,适应性好。对粗粉煤灰,含碳量高的适应性差。
  综上分析,不同水泥企业采用不同的技改措施,水泥对外加剂适应性的变化也是不同的,外加剂企业必须根椐水泥的变化进行必要的试验研究工作,以使外加剂更好地更快地适应水泥变化的脚步,为我国的建筑事业做出更大的贡献。
  参考资料
  1.水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB/T17671—1999
  2.我国采用ISO水泥强度检验方法的情况及对水泥使用带业的影响。张大同中国建材研究院
  3.水泥生产适应ISO国际标准的技术措施。李彦云等中国建筑材料科学研究院
  4.通用水泥强度检验由GB法向ISO法过渡面临的若干问题。孙孝牡丹江水泥集团
  5.高贝利特水泥与高效减水剂相容性的研究赵平等中国建筑材料科学研究院
  6.关于水泥与超塑化剂相适应性的几个问题王善拨广州市建材工业研究所

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