解决水泥适应性

表1
各种混凝土所要的坍落度
影响流态混凝土坍落度损失的因素包括： (1) 水泥的矿物组成; (2) 游离水分的含量; (3) 混合材和矿物细掺料的品种和掺量; (4) 混凝土的配合比和强度等级; (5)环境因素的影响。
1．1．水泥的成分对坍落度损失的影响 水水泥矿物组成、特别是C3A和C3S的含量， 含碱量，混合材品种和掺量，石膏的形式和掺量， 以及水泥粒子的形貌、颗粒分布和比表面积等都 会影响坍落度损失的速度。其基本规律是： (1)含C3A高(> 8%)、碱含量高(> 1%)、比 表面高的水泥使坍落度损失速度加快。 (2)掺硬石膏作调凝剂的水泥、或在水泥粉磨过程 中使部分二水石膏转变成半水石膏或无水石膏以 及三氧化硫含量不足时，使坍落度损失难以控制 或损失较快。 (3)水泥中含活性大或需水量比大的混合材使坍落 度损失较快，反之则损失较小(如石灰石粉、矿渣 及粉煤灰等)。
解决水泥适应性的有效方法 复合超塑化剂(CSP)配方设 计（软件）
北京工业大学——陈建奎教授
[摘要] 用于商品混凝土的复合超塑化剂(CSP)应能 有效控制新拌混凝土的坍落度损失、减少泌水和 离析、改善混合物工作性，满足远距离运输、泵 送，浇筑(现浇或水下浇筑)、振捣(振捣或不振 捣自密实)等施工工艺的要求。CSP包括：高效 缓凝减水剂、泵送剂、高效缓凝引气减水剂、多 功能复合防水剂、高效复合防冻剂和超缓凝减水 剂等。根据商品混凝土的类型、强度和抗渗等级、 原材料组成和配合比，施工工艺和环境条件正确 选择CSP的品种和成分是确保高工作性和施工质 量的关键问题。通常、CSP由高效减水剂、缓凝 剂、引气剂和辅助剂组成。可以根据混凝土原材 料组成、配合比、工作性要求和环境温等参数实 现CSP的组成和配方设计。
1．3．矿物细掺料的影响 矿物细掺料对流态混凝土坍落度损失的影 响主要在三个方面： (1)矿物细掺料的需水量比应小于100%， 否则坍落度损失较快; (2)矿物细掺料的活性适中，活性大时使坍 落度损失较快; (3)矿物细掺料的细度应适中，比表面太大 使混凝土用水量增大、坍落度损失加快 。


1．4．.混凝土配合比及砂率的影响 在配制流态混凝土时合适的砂率能保证好的 工作性和强度，必须按公式计算得到最佳砂率。 而传统配合比设计方法认为砂率越低强度越高， 显然不能满足流态混凝土对工作性的要求。另外、 实验证明砂率低时流态混凝土保水性差，容易产 生泌水、离析和板结。砂率高时坍落度损失较快， 不能满足工作性要求。砂率公式为：
2.2.CSP配方设计步骤(实例) A种525R硅酸盐水泥，掺18％粉煤处，碎 石大粒径25mm，中砂Mx=2.80，掺CSP配 制C60HPC。初始坍落度22cm，90分后大于 18cm，泵送浇筑梁柱，要求提前脱模，早强。 混凝土配合比见表2。 CSP配方计算 (1) CSP的减水率
(2)CSP掺量 μ= 9.17η= 9.17×25.5% =2.34％ 2.35％计算配方)

当μ≤1.5% 时：

当μ＞1.5%时：

(3) 等效缓凝系数(Nt) 等效缓凝系数(Nt)是以掺0.10％的蔗糖的 相对初凝时间为1.0时，其他缓凝剂的相对初凝 时间与其之比值： T= ()t0－t1)/t0－－－ (3-1) Nt = T / T0 (3-2) 式中： t0— 不掺外加剂时水泥的初凝时间(h) t1— 掺一定量缓凝剂时水泥的初凝时间(h) T— 掺缓凝剂时的相对初凝时间 T0 —掺0.10％蔗糖时的相对初凝时间 Nt一 等效缓凝系数。
2.1.CSP配方设计参数 CSP配方设计参数是由商品混凝土的原料性 质、配合比、施工工艺和环境温度等确定的。 （1) CSP的减水率(η)－ 取决于FLC或HPC的用 水量、基准混凝土用水量和初始坍落度值。

式中：W－ FLC的用水量(kg/m3) W0 － 坍落度7cm～9cm的基准混凝土用水量， 与石子最大粒径有关 Δη－坍落度从7～9cm提到16～24cm所 需的减水率增量 Δη＝0.005×Slo－0.04 Slo－配制混凝土的初始坍落度16～24cm。
(按
(3)CSP的Nt值 在20℃时，A种水泥掺FA时Nt =0.40。 那么，气温25℃时：Nt = (1+0.06×5)×0.40 = 0.52 (4)Δt 由于要求提前脱模、早强，因而选择Δt小的STPP缓凝剂 控制坍落度损失。 (5) CSP的配方 CSP的有效成分： NF+STPP = 2.35%×0,40 = 0.94% STPP的Nt=0.52 时其掺量为水泥重量的0.055%，那 么NF的掺量为 0.94%－0.055 = 0.885%。 CSP配方： NF 0.885 % STPP 0.055 % W 1.410 % Σ 2.350 % 掺量 2.35 %
Nt的变化规律 Nt值取决于HPC或FLC的胶凝材料组成和环境温 度(见表5)，CSP的Nt值为所有缓凝组分的Nt的总和， 即 Nt = ∑(Nt)i 。 水泥(C)： Nt = Nt0 C+FA； Nt = 0.65Nt0 C+UEA： Nt= 1.10Nt0 C+FA+UEA；Nt = 0.65x1.10Nt0= 0.715Nt0 温度对Nt值的影响： Nt2= (1+0.06Δ) Nt1 ΔT =T2一T1 式中： Nt1－温度T1时的等效缓凝系数 Nt2－温度T2时的等效缓凝系数
1．.新拌混凝土坍落度损失 配制流态混凝土、商品混凝土、泵送混凝土 和高性能混凝土时，为了满足施工工艺要求必须 控制新拌混凝土的坍落度损失。主要控制初始坍 落度和入泵前的坍落度，这二者之间是运输时间 或工艺过程的要求。坍落度损失快时不能满足施 工工艺的要求。如果初始坍落度较大(.>20cm)， 同时要求坍落度不损失，这样会使混凝土凝结较 慢、拌合物长时间保持大流动状态容易造成泌水 和离析或使表面产生干缩裂缝。因此、对于流态 混凝土是根据施工工艺的要求控制坍落度损失， 而不是坍落度不损失或损失越慢越好。因为对于 泵送和浇筑工艺以坍落度为15cm～18cm更有 利。现将不同类型的混凝土所要求的初始坍落度 列入表1。
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(6) 计算结果与试配 表2 C60 HPC 试配结果
表2中列举了C60HPC的混凝土试配结果， 说明全计算法配合比设计和CSP配方设计相结合 能精确计算混凝土配合比及其复合超塑化剂配方。 CSP配方设计可用于缓凝减水剂、缓凝高效减水 剂、超缓凝高效减水剂、高效泵送剂、高效引气 减水剂等的配方计算，并且可用于外加剂系列产 品的配方设计。CSP配方设计的研究、开发和应 用已经近10年，取得了良好的技术经济效益。
式中：Ves－干砂浆体积(l/ m3 ) Ves=Vc +Vf +Va + Vs Vc. Vf. Va .Vs － 分别表示水泥、细 掺料、空气、砂子的体积(l/m ) Ve － 浆体体积(l/m3 ); Ve=W+Vc+Vf+Va; W － 用水量(l/m3 ) 由此式可以看到各种因素对砂率的影响： (1)砂率随着用水量增加而增大; (2)砂率随着浆体体积增加而减小; (3)砂率随着石子最大粒径的增大而减小。
复合超塑化剂的组成和掺量取决于胶凝材料 的组成和混凝土配合比。在相同原材料构成系列 (C20～C60)流态混凝土时，因为用水量的变化 较大，所以CSP的掺量变化范围也较大。但是、 对于一定的混凝土体系所要求的缓凝组分的成分 和剂量是相对固定的。这样、在变化的掺量与相 对固定的缓凝组分之间产生了矛盾。外加剂生产 厂为了满足工程应用的要求需频繁调整外加剂配 方是为了解决这种矛质。CSP配方设计是针对一 定的混凝土体系的，能较好地解决这种"变化与 固定"的矛盾，得到适应性好的CSP配方。而作 者新近研发的”复合超塑化剂(CSP)配方设计软 件”(中国版权局计算机软件著作权受理号 200519496)使得调整配方的复杂过程变得简 单、快捷、精确和智能化。
CSP对水泥适性问题与水泥的矿物组 成、含碱量、可溶性SO3含量、比表面积、 颗粒组成和形貌，矿物细掺料的品种和掺 量，以及混凝土的原材料和配合比有关。 解决水泥适应性问题必须针对不同水泥混 凝土建立相应的CSP配方体系。作者研发 的”复合超塑化剂(CSP)配方设计软件” 将使CSP配方设计和解决适应性问题变得 简单、快捷、精确和智能化。 [关键词]：商品混凝土、复合超塑化剂 (CSP)、配方设计、软件、水泥适应性。

(2) CSP的掺量(μ) 试验证明，中国的萘系高效减水剂(如 UNF-5)掺1.0％时，其减水作用相当于 MT-100掺0.75%的效果。CSP(浓度 40％)掺量≤1．5％时，减水作用相同时， 其掺量相当于UNF掺量的60％；CSP掺量 >1．5％时为66%。根据CSP的掺量与 等效减水系数(Mt)及减水率的关系：

1．5．环境温度的影响 温度影响水泥水化和硬化速度，随着温度增 高水泥水化和硬化速度加快。因此环境影响流态 混凝土的坍落度损失速度。其表现为： (1)气温低于10℃时流态混凝土坍落度损失较慢 或几乎不损失; (2)气温在15℃～25℃时，由于气温变化大使坍 落度损失难以控制; (3)气温在30℃以上时，水泥的凝结时间并不进 一步加快，同时气温变化范围小，因此坍落度损 失反而容易控制。
(7)适当降低砂率可延缓坍落度损失。 以上延缓坍落度损失的方法可单独使用或复合使 用，但是首先是CSP的等效减水系数和等效缓凝 系数必须满足流态混凝土的工作性要求。

2.复合超塑化剂(CSP)的配方设计 商品混凝土应用的复合超塑化剂(CSP)不同于一 般的高效减水剂，它在满足大的初始坍落度要求 时，还能控制坍落度损失，减小泌水和离析。因 为商品混凝土首先必须其有好的工作性，否则不 能进行正常施工。通常CSP的主要成分应包括高 效减水剂、缓凝剂、引气剂、稳定剂等。
3.CSP对水泥的适应性 3.1..高效减水剂对水泥的适应性 高效减水剂对水泥的适应性是通过坍落度损失程度判 断的。高效减水剂在低水灰比的混凝土中一个突出的问题 是不同程度上存在坍落度损失快：而在另一些情况下，水 泥和水接触后，在开始60～90分钟内，大坍落度仍能保 持，没有离析和泌水现象。前者，外加剂和水泥是不适应 的，后者是适应的。适应性取决于水泥矿物组成(主要是 C3A、C3S)、可溶SO3和碱含量。 (1)适应性好(充分兼容)：高可溶SO3和高碱量水泥; (2)适应性稍差(兼容稍差)：中等可溶性硫酸盐和碱含量的 水泥; (3) 不适应(不兼容)：可溶性硫酸盐少和低碱水泥。最佳可 溶性碱量为0.4%—0.6％。 解决CSP对水泥适应性问题必须针对不同的胶凝材料 采用相应的CSP组成体系，CSP配方设计的优点就在如 此。
4)水泥的形貌、颗粒组成及分布不合理(指磨机类 型和粉磨工艺)使坍落度损失较快。 5)出厂温度较高的水泥(指散装水泥)使坍落度损失 较快。 1．2．游离水分的含量 水 水泥浆体中存在结合水、吸附水和游离水， 游离水的存在使浆体具有一定的流动性。这三种 水分的比例在水泥水化过程中是变化的。水泥加 水后、C3A开始水化、消耗大量水分产生化学结 合水。随着初期水化进行产生大量凝胶，使分散 体的比表面积大大增加，由于表面吸附作用产生 大量吸附水(凝胶水)。结合水和吸附水的产生使 游离水减少、浆体的流动性逐渐降低产生流动性 经时损失。通过掺复合超塑化剂产生分散作用和 控制水化过程可以使结合水和吸附水量减少、而 游离水相应增多，因此能减小流动度损失。
(4)凝结时间差(Δt) 各种缓凝剂不但缓凝作用不同，而且对水化 速度也不相同。因此除了设置等效缓凝系数之外， 还需设置第二个参数，即凝结时间差： Δt = t2 －t1 式中：t1 － 掺一定量缓凝剂时混凝土的初凝时间 (h) t2 － 相同条件下的终凝时间(h) Δt－ 凝结时间差(h) 在掺量相同时 Δt：STPP<PN<LM<TA。 根据这四个参数：η，Mt，Nt，Δt，可以确 定用于FLC,HPC的CSP的组成及掺量，实现 CSP配方设计。

1．6．.延缓坍落度损失的方法 (1)增加超塑化剂掺量、提高初始坍落度; (2)调整CSP中缓凝组分的组成和剂量; (3)采用木钙配制泵送剂时其掺量不得超过 0.15%，并且同时掺稳泡剂; (4)采用高效缓凝引气减水时应同时掺稳泡 剂; (5)发现欠硫化现象时应补充可溶性SO3; (6)能延迟水化诱导期的早强剂也能控制坍 落度损失; (7)适当降低砂率可延缓坍落度损失。