水泥与外加剂的相容性

水泥矿物组成对外加剂相容性的影响
C4AF矿物对外加剂相容性的影响： 若水泥中C3A、C4AF含量较高，大量减水剂被其吸附，占水泥成分
相对较多的C3S、C2S就显得外加剂吸附量不足，动电电位明显下降
，导致混凝土坍落度损失。
水泥中C3A、C4AF含量较高时，减水剂分散效果较差。混凝土坍落
度损失较大，需要采用较大的减水剂掺量和适宜的缓凝剂用量。
——Aiticin(加拿大)
一般情况下：饱和点掺量可有效表征减水剂在水泥表面的吸 附量。可以通过饱和点的变化来判定水泥与减水剂的相容性。减 水剂的饱和掺量随着拌合时间增大而增大，说明减水剂在不断消
耗。
影响水泥与外加剂相容性的因素
主要包括三个方面：
一是水泥方面：
主要包括：水泥矿物成分、石膏种类及掺量、碱含量、游离氧化钙含量、混合
水泥方面的影响因素
1.3混合材料的种类： 不同种类混合材料对减水剂的吸附产生不同影响。矿渣对萘系 减水剂的吸附量小于煤矸石。掺矿渣的水泥对萘系减水剂适应性 较掺煤矸石的水泥要好。掺火山灰的水泥与减水剂适应性较差。 主要表现在：水泥流动性差，经时损失大。掺不同品种的粉煤灰 时，水泥与减水剂的适应性差异较大：优质粉煤灰（含碳量≤5% ）塑化效果好，粗粉煤灰（含碳量>5%）塑化效果差。
C4FA对外加剂的吸附能力大不一样。C3A对减水剂的吸附量远远高 于其它矿物成分。依次是：C3A>C4FA>C3S>C2S， 原因主要取决于：
水泥水化速度及水化产物的比表面积。
1.2石膏种类和掺量：水泥温度过高，易造成二水石膏部分脱水转变 成半水石膏，导致水泥净浆发生快凝而影响水泥与减水剂的适应 性。石膏掺量过少，水泥中SO3含量较低，使用减水剂时会产生坍 落度损失很大，甚至急凝现象。
重要因素。
水泥与减水剂的相容性不好，可能是外加剂的原因 ，也可能是水泥品质的原因，也可能是使用方法造成的， 或是几种因素共同起作用引起的。具体问题具体对待，查 准原因，实现水泥与外加剂的“双向适应”性。
相容性的概念
所谓相容性，就是使用相同减水剂或水泥时，由于水泥或外
加剂质量变化而引起水泥净浆流动性、经时损失的变化程度以及 为获得相同流动性而导致减水剂的掺量的变化程度。
1.6 水泥细度及颗粒组成：
水泥中粗细颗粒级配恰当，则可得到良好的流变性能。水泥中3~30μm 的颗粒主要起到强度增长作用。而大于60μm的颗粒，则对强度不起作用
。3~30μm以下的颗粒只起枣强作用。但颗粒小于10μm的颗粒，需水量大
，因此流变性能好的水泥10μm以下的颗粒应小于10%。 一般情况下，随着水泥细度的提高，比表面积增大，对减水剂的 吸附量越大，减水塑化效应降低，经时损失相应加剧。
的缓凝作用。
作为调凝剂掺入水泥时，常因其含有较高的游离氧化钙和粘土矿物问题，易 导致较严重的相容性问题。
应严格控制其掺量（不超过5%）。
混合材种类和品质对外加剂相容性的影响
细磨石灰石粉：
石灰石粉达到一定细度和用量时，通常可达到较满意的相容性。 石灰石通常会伴生有粘土（尤其是蒙脱石、蛭石类）杂质矿物，其含量较高 时，因其具有很强的吸附性而导致相容性变差。 石灰石伴生的粘土，尤其是蒙脱石、蛭石类杂质矿物，对聚羧酸类减水剂相 容性产生不良影响，生产中应严加重视。 应严格控制其掺量（不超过5%）。
熟料煅烧温度越高，硅酸盐矿物固溶Al2O3、Fe2O3等成分的量增多，铁相固
溶体固溶Al2O3的量增大，固溶C3A、C4FA的含量越高，使熟料中C3A的含量减
少，C3A/C4FA的比例下降，对改善其相容性有利。 高温快烧的熟料，A矿发育良好，尺寸适中，边界清晰，水泥强度较高，与 外加剂相容性好。低温烧成的熟料，硅酸盐矿物活性较差，水泥强度较低， 熟料矿物中析出的C3A、C4FA的含量较高，水泥标准稠度用水量大，与外加
材种类及掺量、细度及颗粒组成、制成时间（新鲜程度）和温度等。
二是外加剂方面：
比如：高效减水剂的化学成分、分子量、交联度、磺化程度、平衡离子度以及 缓凝剂的种类和用量等。 三是环境条件：如湿度、温度、风速和季节等。
水泥方面的影响因素
1.1水泥熟料矿物成分：水泥熟料中四大矿物成分C3S、C2S、C3A、
等活性矿物含量，改善了与外加剂的相容性。
பைடு நூலகம்
混合材种类和品质对外加剂相容性的影响 火山灰、煤矸石、沸腾炉渣、窑灰：
具有较大内表面积（炉渣微结构疏松），需水量大，外加剂吸附量大，减水
率低，影响相容性。 高掺量易导致严重的混凝土坍落度损失和施工性能差等问题。 干法/半干法脱硫灰： 烟气脱硫产物、组成主要以硫酸钙、亚硫酸钙和残余脱硫剂为主，具有较好
C3A>C4AF>C3S>C2S C3A含量高时，减水作用减小！
水泥矿物组成对外加剂相容性的影响
C3A矿物对外加剂相容性的影响：
C3A含量过高会造成混凝土流动性低，坍落度损失大，外加剂掺量高等相容性不良
现象。水泥中的C3A含量控制在7%，对适应性有利。 C3A活性取决于其形态（晶态或玻璃态）：熟料采取快速冷却的方式可提高 C3A玻璃
外加剂方面的影响因素
1.3 萘系减水剂 有些厂家为节约成本，提高竞争力，采用不正当手段： 使用低品位粗苯，部分或全部取代高品位工业苯。 是萘系减水剂中掺入成本较低的木钙致使减水剂质量下降。 1.4 新型的聚羧酸盐系和氨基磺酸盐系高效减水剂 新型的聚羧酸盐系和氨基磺酸盐系高效减水剂，与水泥具有较好的适应
水泥方面的影响因素
1.7 水泥制成及温度： 制成时间短的水泥有时温度较高对减水剂塑化效果影响较大。 所以使用刚出磨或出磨温度较高（≥60℃）的水泥，就会出现减水 率低，坍落度经时损失快的现象。 建议： 尽量使用陈放时间稍长的水泥。就可避免出现上述现象。
外加剂方面的影响因素
1.1 高效减水剂的种类 目前商用高效减水剂主要有：萘系减水剂、三聚氰胺减水剂和新型的聚羧酸盐
系和氨基磺酸盐系高效减水剂。其中以萘系减水剂使用量最大。
1.2 外加剂对适应性的影响 首先是高效减水剂的性能与品质、化学成分、分子量、交联度、磺化程度、和 平衡离子等。 1.3 萘系减水剂 萘系减水剂中硫酸钠（Na2SO4）含量是影响其性能的一项重要指标。硫酸钠含 量高，减水效果差。坍落度经时损失相应增大。
性，但对流态高强泵送混凝土常常必须同时考虑外加剂与矿物掺合料（如
磨细石灰石粉、矿渣粉、粉煤灰、硅灰、膨胀剂等）的适应性。
环境条件的影响因素
环境条件的影响 在考虑水泥与外加剂适应性能时，离不开一定的环
境条件，最主要的有：温度、时间、湿度等。
如泵送砼坍落度值会随时间的延长而损失，会随温
度的增加而加大损失速率，早强剂会随湿度的降低而损
水泥与外加剂相容性—水泥熟料矿物主要特征
矿物名称
硅酸三钙 C3S 硅酸二钙 C2S 铝酸三钙 C3A 七铝酸四 钙C4AF 二水石膏 无水石膏
含量 %
42-60
水化特征
早期强度高，水化速度较快，水化热较高 早强低，后期强度较高；水化及凝结硬化缓慢， 水化热较低（通常以β型存在） 水化、凝结、硬化速度快，水化热高，早强高（ 其强度3天几乎已发挥，但绝对值低，后期强度 增进率低，甚至倒缩），干缩变形大，抗硫酸盐 性能差。 水化介于C3A与C3S之间，早期强度发挥快，后期 强度能够不断增长，抗冲击和抗硫酸盐性能较好 调节凝结时间，提高早期强度、减小干缩变形， 改善耐久性，抗渗性等性能。过量掺配将引起安 定性不良
水泥方面的影响因素
1.4 碱含量： 随着水泥碱含量的增大，高效减水剂对水泥减水剂的塑化效果 差，还会造成砼凝结时间缩短和坍落度经时损失变大。并存在有 碱—骨料反应的潜在危机。应尽量减少碱含量≤0.6%的水泥。 1.5 F-CaO含量： 熟料中F-CaO含量高，煅烧质量差，与外加剂相容性差。
水泥方面的影响因素
水泥与外加剂的相容性
主讲：杨小峰
库车天山水泥有限责任公司 2014.3.28
课
件
纲
要：
相容性的概念 外加剂与水泥的作用 水泥对相容性的影响 相容性的监控与调整
改善水泥与外加剂相容性的措施
原因分析与查找办法
序
言
随着预拌混凝土的飞速发展，混凝土配合比的设计 除了考虑混凝土的强度、耐久性之外，还要更加注意其工 作性能，水泥与减水剂的相容性是影响混凝土工作性能的
态含量，减少活性高的晶态含量，有利于适应性的提高。
及时获得合适数量可溶解的硫酸盐（二水或半水石膏）可抑制 C3A快速水化。减少 对外加剂的吸附，进而提高相容性。石膏掺量不足将导致闪凝，掺量过多或因磨温 过高则半水石膏析出导致假凝。 相同煅烧制度下：熟料中溶剂矿物越多、溶剂矿物中 C3A含量越多、硅酸盐矿物中 C3S含量越多，其水泥对应的外加剂饱和点掺量将增大，浆体流动性经时损失加剧 ，与外加剂相容性越差。
剂相容性差。
水泥矿物组成对外加剂相容性的影响
三率值对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响： 在煅烧温度较低，高温段熟料冷却速度较慢的烧成制度下，三率值 中铝氧率对相容性的影响较大。铝氧率升高，相容性显著变差。 在煅烧温度较高，高温带熟料冷却速度较快的烧成制度下，三率值
中饱和比对相容性的影响更加显著。饱和比升高，相容性显著变差
水泥矿物组成对外加剂相容性的影响
冷却速度对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响：
熟料在高温范围（1450℃~1200℃）的快速冷却，可有利于A矿保持良好的
品型，防止C2S的粉化。硅酸盐矿物活性较高，溶剂矿物多以玻璃体存在。 大量减少中间相矿物CA3和C4FA的析晶。因而对于快冷熟料，即使CA3和 C4FA计算含量较高，由于大部分以玻璃体存在，所磨制的水泥仍与外加剂相 容性较好。凝结时间正常，水泥强度较高。 慢速冷却时：熟料中的β-C2S转变为α-C2S，熟料易粉化，矿物活性降低， 造成CA3和C4FA大量析晶。水泥与外加剂相容性差。 高温段冷却速度越快，结晶CA3和C4FA的量越少，可显著改善相容性。
失强度等。
混凝土减水剂的发展历程
第一代：普通减水剂（减水率≥8%）
木质素磺酸盐 糖蜜类 第二代：高效减水剂（减水率≥12%）
β-萘磺酸盐甲醛缩合物
多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 三聚氰胺（蜜胺）系减水剂 氨基磺酸盐减水剂 脂肪族羟基磺酸盐减水剂 第三代：高性能减水剂 第一类聚羧酸：甲基丙烯酸—甲基丙烯酸甲酯型聚羧酸盐（日本） 第二类聚羧酸：烯丙醚型聚羧酸盐（日本） 第三类聚羧酸：酰胺—酰亚胺型聚羧酸盐（美国） 第四类聚羧酸：聚酰胺—聚乙烯乙二醇支链
燃烧气氛对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响：还原气氛对相容性不利。
混合材种类和品质对外加剂相容性的影响
粉煤灰：
优质的粉煤灰、超细粉煤灰：由于其球形玻璃体的滚珠效应，对外加剂适应
性较好。 较粗粉煤灰、含碳量较大的粉煤灰：含有较多多孔结构，未燃尽的碳对外加 剂吸附量大，对外加剂的相容性差。 超细矿粉（矿渣粉、锂渣粉）： 除具有较好胶凝性和火山灰性外，还具有微填充效应，提高了混凝土的密实 度，有助于提高水泥与外加剂的相容性。 大掺量的超细矿粉，起到了微集料效应，有效减少了水泥及水泥中C3A、C3S
存在的相容性问题主要有： 流动性变差、减水率低或根本无减税效果，坍落度损失快，甚至降低混凝土强度， 凝结速度太快、缓凝，混凝土泌水、分层离析现象，或拌合物板结、发热等现象。
详见： JC/T 1073-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》
相容性的概念
减水剂掺量不大，就达到饱和点，且1小时的流动度变 化小，就认为减水剂与水泥的相容性好；反之，则称其 相容性差。
水泥矿物组成对外加剂相容性的影响
C3S矿物对外相容性的影响： C3S含量的提高，改善了水泥熟料的易磨性，从而使水泥细颗粒含 量相对增加。 水泥因细颗粒比例过高，导致早期水化消耗了较多的水分，需水 量较大。初始流动度属正常范围，但经时损失高于一般水泥。
水泥矿物组成对外加剂相容性的影响
煅烧温度对熟料矿物及水泥外加剂相容性的影响：
极性
阴性
15-32
阴性
4-11
阳性
10-18 约5.0
阳性 强阳性 强阳性
水泥矿物组成对外加剂相容性的影响
四种矿物对外加剂的吸附速度及吸附量： C3A>C4AF>C3S>C2S 足量的SO42-可使FDN在C3A上吸附量由150mg/g降低至12.4mg/g。
四种矿物对外加剂吸附活性顺序：