1、水泥与混凝土外加剂相容性的试验研究 水泥与外加剂相容性是生产优质混凝土的重要影响因素，本文通过检测水泥净浆流动 度，对比不同矿物组成的熟料及不同条件下的水泥与外加剂相容性的差异，为高性能水泥 生产提供参考。 1 试验用材料 1）水泥、熟料：选择江山南方水泥生产过程中有代表性的样品及小磨制备对比样品。 2）混凝土外加剂：不同时间用户提供的多种外加剂。 2 试验方法 检测水泥、熟料掺入外加剂后的净浆流动度，外加剂掺量按用户提供的推荐掺量加入。 3 试验结果及分析 3.1 熟料矿物组成对净浆流动度的影响 表1 熟料净浆流动度试验记录 熟料矿物组成（%） 水泥净浆流动 度 (mm) 窑型 外加剂试样编
2、 号 C3S C2S C3A C4AF f-CaO A0 57.57 18.76 6.77 9.73 0.94 238 A1 56.77 19.87 7.27 9.46 0.89 257 A2 58.44 18.65 7.75 9.50 0.88 240 A3 51.54 22.45 8.17 9.83 1.06 249 A4 53.57 20.73 8.43 9.90 1.07 244 A5 56.88 17.83 8.86 9.96 1.10 238 5000t/d 江山南 方 B0 56.29 19.31 7.05 9.28 1.27 233 B1 47.52 26.68 7.96 9.
3、65 1.54 244 B2 50.08 25.96 7.98 9.44 0.98 238 B3 43.61 31.18 8.43 9.75 1.18 247 B4 56.25 16.88 9.12 10.12 1.75 255 2500t/d 江山南 方 C0 51.23 25.29 7.96 9.94 / 249 C1 55.64 20.61 8.24 9.15 / 247 5000t/d 常山南 方 温州用户提 供 聚羧酸1.0% 从表1熟料净浆流动度试验结果看： 江山南方5000t/d 和2500t/d 两条生产线熟料，其 C3A 含量从6.77%逐步增加至 9.12%，C 3S 含量
4、在43.61%至58.44%之间变动，检测熟料净浆流动度结果比较接近，熟料矿 物组成与净浆流动度之间没有形成一定的规律性，与常山南方5000t/d 的熟料相比，其净浆 流动度结果也未有明显差异。 3.2 水泥混合材料对净浆流动度的影响 3.2.1试验用材料 1）熟料：江山南方5000t/d 生产线生产的熟料； 2）矿渣：本地钢铁厂矿渣； 3）炉渣：本地电厂锅炉渣； 4）石煤渣 a：本地石灰窑煅烧石灰产生，燃烧较透，已在露天山上堆放几十年； 5）石煤渣 b：燃烧不完全，亦在露天山上堆放几十年，与石煤渣 a 不在同一片区； 6）自燃渣：劣质石煤在山上的自燃物。 7）煤矸石：取自本地。 3.2.2水
5、泥配方 熟料70%，混合材料30%，二水石膏3.5%。配合料5kg 化验室标准小磨分别粉磨 27min。 3.2.3不同混合材料的水泥净浆流动度见表2。 表2 不同混合材料的水泥净浆流动度试验记录 物料配比（%）试样编号 熟料 混合材 SO3 (%) 45m 筛余细度 (%) 水泥净浆流动度 (mm) 外加剂 D0 100 0 1.91 18.6 190 D1 70 矿渣30 1.79 18.1 217 D2 70 石煤渣 a30 2.15 15.6 196 D3 70 煤矸石30 1.84 16.2 143 D4 70 石煤渣 b30 1.99 14.2 137 D5 70 炉渣30 2.0
6、1 14.6 120 D6 70 自燃渣30 1.87 15.6 108 宁波用户提供 萘系 1.5% 从表2净浆流动度结果可以看出： 混合材料对水泥净浆流动度影响显著。其中以掺入矿渣的水泥流动度结果最大，说明 掺入矿渣可起到改善相容性的作用。石煤渣、炉渣及自燃渣都是属于火山灰质混合材料， 其总体是明显降低水泥与外加剂相容性的。掺煤矸石的水泥流动度比火山灰质材料略好一 点。不同火山灰质材料对相容性影响也各不相同，其中自燃渣的水泥净浆流动度最小，炉 渣次之，而石煤渣 a 配制的水泥流动度却超过熟料。可见不同来源的材料对流动度的影响 是不相同的。 3.3 石膏对净浆流动度的影响 试验样品：5kg
7、熟料，掺入适量石膏，化验室标准小磨分别粉磨33min 。 表3 不同石膏的水泥净浆流动度试验记录 物料配比（%） 编号 熟料 石膏（外掺） SO3 (%) 比表面积 （m 2/kg） 水泥净浆 流动度(mm) 外加剂 E0 100.0 荆门天然二水石膏 4.5 2.35 353 250 E1 100.0 台州脱硫石膏粉4.5 2.27 350 267 E2 100.0 乐清脱硫石膏粉4.5 2.31 344 247 E3 100.0 兰溪脱硫石膏粉4.5 2.06 344 259 E4 100.0 景德镇脱硫石膏粉 4.5 2.35 350 263 E5 100.0 贵溪脱硫石膏粉4.5 2.
8、13 353 252 E6 100.0 江西氟石膏粉3.3 2.23 355 278 温州用户提供 聚羧酸1.0% 从表3净浆流动度结果看： 脱硫石膏配制的水泥与外加剂相容性总体略好于天然二水石膏配制的水泥，但不同来 源的脱硫石膏对流动度影响还是有区别的，氟石膏配制的水泥在本次三种石膏对比中与外 加剂相容性最好。 3.4 水泥助磨剂对净浆流动度的影响 在检测水泥助磨剂大磨试验效果时，同时检测掺与不掺助磨剂的水泥净浆流动度，试 验结果见表4。其中：编号 F0和 G0为掺有助磨剂的生产样品，编号 F1和 G1为停掺助磨剂 的空白样，停掺助磨剂时，增加熟料耗5%（保持强度结果基本一致） ，按比例减少
9、磨内混 合材，其它不变。 表4 助磨剂对比样品净浆流动度试验记录 编号 水泥助磨剂 水泥净浆流动度 (mm) 外加剂 F0 掺1.5 248 F1 停掺 202 G0 掺1.5 273 G1 停掺 233 温州用户提供 聚羧酸1.0% 对比表4两组试验结果看出： 掺助磨剂的水泥比未掺助磨剂水泥的净浆流动度分别提高了46mm 和40mm ，说明掺上 述助磨剂是能明显改善水泥与外加剂相容性的。分析其中的原因，主要是磨内掺助磨剂后， 降低了粉磨过程中形成的静电吸附包球现象及超细颗粒的再次聚结趋势，水泥流动性增强。 3.5 水泥中矿粉外掺对净浆流动度的影响 试验样品：水泥磨正常生产样，矿粉由磨尾掺入。
10、试验结果见表5。其中：编号 F0和 F1未掺矿粉，编号 G0和 G1磨尾掺入10% 矿粉。 表5 矿粉外掺水泥净浆流动度试验记录 编号 水泥助磨剂 磨尾矿粉掺量 水泥净浆流动度 (mm) 外加剂 F0 掺1.5 / 248 G0 掺1.5 10% 273 F1 / / 202 G1 / 10% 233 温州用户提供 聚羧酸1.0% 对比表5两组试验结果看出： 磨尾掺10%矿粉（矿粉比表面积 460m2/kg）的水泥比未掺矿粉水泥的净浆流动度分别 提高了25mm 和31mm，说明外掺上述矿粉是能改善水泥与外加剂相容性的。 3.6 水泥 SO3含量对净浆流动度的影响 试验样品： PO42.5水泥配
11、方，石膏掺入量2%4.5%，配合料5kg 化验室标准小磨 分别粉磨28.5min。 表6 不同 SO3含量的水泥净浆流动度试验记录 编号 脱硫石膏掺量 (%) SO3 (%) 初凝 (min) 终凝 (min) 水泥净浆流动度 (mm) 外加剂 H0 2 1.70 160 220 222 H1 3 1.93 155 215 239 H2 4 2.36 173 240 235 宁波用户提供 脂肪族1.5% H3 4.5 2.50 168 225 233 从表6净浆流动度结果看出： SO3含量1.70%时的水泥流动度最小，随着 SO3含量增加，水泥流动度结果有提高，在 SO3含量为1.93%时，流
12、动度达到本次试验结果的最大值，随后 SO3含量增加，其净浆流动 度又有所减小，但变动的幅度很小。 3.7 水泥粗细程度对净浆流动度的影响 试验样品：编号 I0、J0为江山南方 2#、4#水泥磨生产的 PO42.5水泥，称为原样，与 之进行的对比样编号 I1、J1，系原样品 2kg 分别在化验室标准小磨粉磨3min 后制得。 表7 不同粗细程度的水泥净浆流动度试验记录 编号 生产磨机 比表面积 (m2/kg) 45m 筛余细度 (%) 水泥净浆流动度 (mm) 外加剂 I0 2#磨（原样） 363 8.0 259 I1 2#磨（对比样） 381 6.7 208 J0 4#磨（原样） 416 9.
13、9 189 J1 4#磨（对比样） 445 7.1 155 衢州用户提供 萘系1.8% 对比表7两组试验结果看出： 在对比样 I1比原样 I0比表面积增大18 m2/kg，45m 筛余细度下降1.3%的情况下，水泥 净浆流动度下降51mm，下降幅度大；在对比样 J1比原样 J0比表面积增大29 m2/kg，45m 筛余细度下降2.8%的情况下，水泥净浆流动度下降34mm，下降幅度亦非常明显。两组试验 表明，水泥的粗细程度对净浆流动度影响明显，特别是水泥的比表面积，与流动度的相关 性非常好。 3.8 水泥磨对净浆流动度的影响 江山南方水泥磨主要包括2台闭流磨，规格为 4.213m，配辊压机；3台
14、开流磨，规 格为 3.813m，配辊压机。检测两种磨机水泥的比表面积、颗粒级配及净浆流动度，可 见开流磨和闭流磨生产的水泥有明显的差异，试验结果见表8。 表8 不同水泥磨水泥净浆流动度试验记录 颗粒级配（%） 编 号 磨机号 比表 面积 (m2/kg) 3 m 332 m 3265 m 45m 65m 80m 水泥净 浆流动 度(mm) 外加 剂 K0 2#（闭流磨） 350 15.93 58.30 24.48 10.42 1.28 0.09 245 K1 5# （开流磨） 388 18.04 56.99 23.06 10.87 1.92 0.20 180 K2 3#（开流磨） 409 19.
15、03 55.42 22.72 12.48 2.83 0.57 158 宁波 用户 提供 萘系 1.5% 从表8试验结果可以看出： 闭流磨生产的水泥，其365m 的中间颗粒多于开流磨，3m 和45m 的两头颗 粒都小于开流磨，说明闭流磨生产的水泥粗粉少，超细粉也少，颗粒相对集中，同时闭流 磨水泥比表面积明显比开流磨小，其净浆流动度明显比开流磨好。可见，选择不同的磨机 能影响到水泥的颗粒级配，进而影响水泥与外加剂的相容性。 3.9 水泥新鲜度对净浆流动度的影响 表9 不同新鲜度的水泥净浆流动度试验记录 编号 生产日期 试验日期 水泥净浆流动度 (mm) 外加剂 7月31日 174 L0 7月31日
16、 8月23日 187 宁波用户提供 脂肪族1.5% 从表9净浆流动度结果可以看出： 水泥存放23天后，净浆流动度扩大13mm，说明水泥进行陈化一段时间后，与外加剂 相容性会得到一些改善。根据观察，水泥在存放量大，贮存条件好（密封干燥）的情况下， 存放时间对流动度的影响相对小些，相反，在阴雨天气，水泥贮存条件差的情况下，存放 时间对流动度的影响会更加明显。 3.10 水泥生产季节对净浆流动度的影响 统计不同季节4#、5#磨生产的水泥净浆流动度，其流动度平均值见表10。 表10 不同季节的水泥净浆流动度试验统计 水泥平均净浆流动度(mm) 水泥强度等级 生产时间 4#磨生产 5#磨生产 外加剂 2
17、012年1月-4 月（冬季） 248 251 2012年7月-9 月（夏季） 222 202 衢州用户提供 聚羧酸1.0% 2013年4月-5 月（春季） 239 241 42.5 2013年7月-9 月（夏季） 214 230 温州用户提供 聚羟酸1.0% 从表10净浆流动度结果可以看出： 4#、5#水泥磨的水泥，2012年冬天的净浆流动度分别比当年夏天的流动度高出26mm 和49mm；2013年春天的流动度分别比夏天的流动度高出 25mm 和11mm。说明水泥与外加 剂相容性是受到高温季节影响的。 4 结论 1）在本次熟料与外加剂相容性试验中，熟料矿物组成的变化对净浆流动度的影响不 明显，
18、也无规律；不同窑型，不同来源的熟料，其净浆流动度亦无明显的差异性。 2）水泥中的混合材料、石膏、助磨剂及外掺矿粉对水泥与外加剂相容性都是有影响 的。其中混合材料为矿渣和外掺矿粉的水泥，其净浆流动度提高，与外加剂相容性得到改 善，而掺火山灰质混合材料及煤矸石的水泥，其净浆流动度减少，不利于相容性。试验中 掺不同石膏的水泥与外加剂相容性有不同，其净浆流动度按大小顺序分别为掺氟石膏的水 泥大于掺脱硫石膏的水泥，掺脱硫石膏的水泥大于掺天然二水石膏的水泥。另外试验表明 掺助磨剂对改善水泥与外加剂相容性是非常明显的。 3）在一定的范围内，水泥中 SO3含量过高过低都不利于相容性，其含量控制有最佳值。 水泥
19、的粗细程度对外加剂相容性影响明显，其表现为水泥比表面积增大，水泥的净浆流动 度同步减小，两者之间的相关性非常好。水泥企业在原燃材料、设备无法作大的调整情况 下，可通过比表面积的控制作为改善与外加剂相容性的重要手段。 4）水泥粉磨设备对水泥与外加剂相容性也是有影响的，其中闭流磨因水泥中超细粉 含量减少，其与外加剂相容性要比开流磨好。从相容性角度出发，水泥企业可选择闭流磨 来生产42.5级水泥，开流磨用来生产32.5级水泥。 5）水泥新鲜度、水泥生产季节对水泥与外加剂相容性亦产生影响，陈化过的水泥与外 加剂相容性好于刚生产的水泥，而高温干燥天气却不利于相容性。这也是每年夏季来临， 相容性问题容易成为混凝土用户投诉水泥厂的重要原因。
