多功能复合助磨剂对水泥改性的作用

多功能复合助磨剂对水泥改性的作用一、通用硅酸盐水泥的使用性能国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）中规定的品质指标,也代表了通用硅酸盐水泥最基本的物理化学性能。

对于建筑工程来说，水泥毕竟是一个半成品；在水泥混凝土的制备中，水泥虽然只占很小的一部分，但它的胶凝性却起到了至关重要的作用。

掺助磨剂的水泥消除了微细颗粒的集聚现象，增加了颗粒间的分散性，改善了水泥的流动性；在使用过程中，由于粉体间的孔隙率加大，使其标准稠度需水量增加。

多功能复合助磨剂还会使水泥强度增加，水泥的使用性能也随之发生一系列变化。

在水泥各种使用性能中，最重要的是耐久性。

水泥硬化水泥石结构在一定环境条件下，长期保持稳定质量和使用功能的性质称之为：耐久性。

影响耐久性的因素有很多，主要有抗渗性、抗冻性，以及对环境介质的抗蚀性和碱集料反应等。

1. 抗渗性抗渗性是指硬化水泥石或混凝土抵抗各种有害介质渗透的能力。

硬化水泥浆体的抗渗性一般用渗透系数k来表示。

根据水对硬化水泥浆体的渗透试验可知，当水渗入水泥水泥石时，其渗水速率可用下式表示：dq/dt=k·A⊿h/L式中: dq/dt——渗水速率（cm3/s）；A——试件的横截面面积（cm2）；⊿h——作用于试件两侧的水压差（cm水柱）；L——试件厚度（cm）；k——渗透系数（cm/s）。

由上式可知，当试件尺寸和两侧水压差一定时，渗水速率和渗透系数成正比，所以，常用渗透系数k表示抗渗性的高低。

2. 抗冻性抗冻性也是硬化水泥浆体的一项重要使用性能。

硅酸盐水泥在寒冷的地区使用时，其耐久性主要取决于抵抗冻融循环的能力。

据研究，寒冷地区的冻融循环对混凝土尤其是港口混凝土的破坏作用是相当严重的。

水泥的抗冻性一般是：以试块能经受－15℃～20℃的循环冻融、而抗压强度损失率小于25%时的最高冻融循环次数来表示，如200次或300次冻融循环等。

次数越多，说明抗冻性越好。

大量实践证明，水泥的抗冻性与水泥的矿物组成、强度、水灰比、孔结构等因素有密切关系。

一般增加熟料中C3S 含量或适当提高水泥石中石膏掺入量，可以改善其抗冻性。

在其它条件相同的情况下，水泥的强度越高，浆体结构抵抗结冰时膨胀应力的能力就越强，其抗冻性就越好。

另外，在低温下施工时，采用适当的养护保温措施，防止过早受冻，或在混凝土中掺加引气剂，使水泥石内形成大量分散极细的气孔，也是提高抗冻性的重要途径。

3. 环境介质的侵蚀硬化的水泥浆体与环境接触时，通常会受到环境介质的影响。

对于水泥耐久性有害的环境介质主要有淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。

在环境介质的侵蚀作用下，硬化的水泥石结构会发生一系列物理化学变化，降低强度，甚至溃裂破坏。

环境介质对水泥石的侵蚀作用可分为以下三类：（1）淡水侵蚀又称溶出侵蚀，它是指硬化水泥浆体受淡水浸析时，其组成逐渐被水溶解并在水流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象。

在各种水化产物中，Ca(OH)2溶解度最大，因而最先被溶解。

由于水泥中的水化产物都必须在一定浓度的Ca(OH)2溶液中才能稳定存在，当Ca(OH)2被溶出后，若水量不多，且处于静止状态，则溶液会很快饱和，溶出即停止。

但在流动水中，水流就会将Ca(OH)2不断溶出并带走，从而促使其他水化产物分解，特别在有水压作用而混凝土的渗透性又较好的情况下，将会进一步增大孔隙率，使水更易渗透，使溶出侵蚀加快。

水泥结构与淡水接触时间较长时，会遭到一定的溶出侵蚀破坏。

但对于抗渗性较好的水泥石或混凝土，淡水的溶出发展很慢，几乎可以忽略不计。

（2）酸和酸性水侵蚀又称溶析和化学溶解双重侵蚀，这是指硬化水泥浆体与酸性溶液接触时，其化学组分就会直接溶析或与酸发生化学反应形成易溶物质被水带走，从而导致结构破坏的现象。

酸和酸性水对水泥结构的侵蚀反应式如下：H+＋OH-= H2OCa2+＋2R- = CaR2酸类离解出来的H+离子和酸根R-离子，分别与浆体中Ca(OH)2电离出的OH -离子和Ca2+离子结合成水和钙盐。

由上可知，酸的侵蚀作用强弱，决定于溶液中的H+离子即酸性强弱。

溶液酸性越强，H+离子越多，结合并带走的Ca(OH)2就越多，侵蚀就越严重。

当H+离子达到足够高的浓度时，还能直接与水化硅酸钙、水化铝酸钙甚至未水化的硅酸钙、铝酸钙等作用而破坏水泥结构。

侵蚀性的大小与酸根阴离子的种类也有关系。

常见的酸，大多能和Ca(OH)2生成可溶性盐，如无机酸、盐酸和硝酸等，而磷酸与水泥石中的Ca(OH)2反应，则生成几乎不溶于水的磷酸钙，堵塞在毛细孔中，侵蚀速度就较慢。

有机酸不如无机酸侵蚀程度强烈，其侵蚀性也与其生成的钙盐性质有关。

一般情况下，有机酸浓度越高，分子量越大，侵蚀性越强。

上述酸侵蚀一般只在化工厂或工业废水中才存在，在自然界中，对水泥有侵蚀作用的主要是从大气中溶入水中的CO2产生碳酸侵蚀。

（3）硫酸盐侵蚀又称膨胀侵蚀，它是指介质溶液中的硫酸盐与水泥石组分反应形成钙钒石而产生结晶压力，造成膨胀开裂，破坏硬化浆体结构的现象。

硫酸盐对水泥石结构的侵蚀主要是由于硫酸钠、硫酸钾等能与硬化浆体中的Ca(OH)2反应生成CaSO4·2H2O，使固相体积增大了114%，在水泥石内产生很大的结晶压力，从而引起水泥石开裂以至毁坏。

4. 碱集料反应水泥属碱性物质,一般能够抵抗碱类的侵蚀，但当水泥结构中碱含量较高，而配制混凝土的集料中含有活性物质时，水泥结构经过一定时间后会出现明显的膨胀开裂，甚至剥落溃散等现象，称为碱集料反应。

碱集料反应主要是由于水泥中碱含量较高，而同时集料中又含有活性二氧化硅时，碱就会与集料中的活性二氧化硅反应，形成碱性硅酸盐凝胶。

由于碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水能力，在积聚水分的过程中产生膨胀而将硬化浆体结构胀裂破坏。

一般情况下，碱集料反应通常很慢，要经过相当长的时间后才会明显出现。

影响碱集料反应的因素很多，主要与水泥中含碱量、活性集料含量及粒径、水含量等有关。

掺加适量活性二氧化硅细粉或火山灰、粉煤灰等，可有效抑制碱集料膨胀。

要提高混凝土质量，防止碱集为反应，可采取如下措施：尽量降低水泥中碱含量，采取适当粒径的集料、降低活性集料含量，或根据实际掺加适量活性二氧化硅粉或火山灰、粉煤灰等。

二、水泥改性的新思路尽管目前通用水泥及其混凝土的力学性能基本上可以满足社会要求，但是对有些新发展的行业，或原有行业新的要求，现有水泥混凝土的性能还不够令人满意，例如：对核电站排放的废液的固化处理；对开发大西北(包括部分西南地区)的盐碱地建筑工程，如何抗盐腐蚀等问题。

同时，水泥混凝土施工性能和混凝土强度等级设计，因工程不同，对水泥的性能提出了许多不同的要求。

所以，水泥企业为了满足市场的需求，不得不对自己生产的水泥性能进行必要的调整。

这种适应性的改变，如果从水泥熟料的矿物组成、混合材料的品种及其掺加量、水泥产品粉磨细度等方面去解决，不仅涉及面广、战线拉的太长，而且生产成本必然增加较高；然而，采用掺入不同特点的多功能复合助磨剂的方法来解决，那么问题就会经济节省、方便快捷，且简单得多。

复合型水泥助磨剂不仅对水泥生产过程中的优质、节能、高产、改善产品性能等某一方面或几方面有积极作用、无负作用；而且掺入这种助磨剂的水泥产品，除符合国家标准中对水泥质量的各项品质指标要求之外，还与水泥混凝土外加剂具有良好的适应性；不影响或有利于改善水泥的使用性能，尤其是提高水泥混凝土制品的耐久性和耐腐蚀性，其体积更稳定，水化热更低、施工性能更好。

生产通用硅酸盐水泥熟料，原料混合物必须在高温下锻烧，才能使化学反应得以进行；而利用简单的化学方法处理以工业废渣为主、含铝硅酸盐的物料，就可以得到生产水泥所需要的活性混合材料。

生产时不必开采天然资源，也不需经高温假烧，过程简单，是一种节省能耗、节省资源、并以工业废弃物为再生资源、基本不排放对环境有污染物质的清洁型胶凝材料。

它符合科学发展观的基本要求，值得深入研究并逐步推广。

利用复合助磨剂中的化学激发组分，激活工业废渣、混合材料中的潜在水硬性，不仅可以最大限度发挥外界工艺因素，对通用硅酸盐水泥改性的有力的作用，确保混凝土制品质量要求；而且给国家和生产企业带来更多的社会效益和经济效益。

三、多功能复合助磨剂对水泥性能的影响混凝土在环境和介质的长期作用下，强度、形体和内部结构等都会发生某些变化，但不至于使其开裂、变形和损坏，这样的混凝土就被认为具有耐久性。

混凝土除要求具有一定的强度安全承受载荷外，还应具有耐久性，如抗渗、抗冻、耐磨、耐热、耐风化等。

混凝土耐久性是一个综合性的技术指标，根据其使用条件及所处环境，作出分析，并找到解决的办法，是保证建筑工程质量百年大计的重要环节。

1.掺普通助磨剂的水泥某些缺陷如下：（1）后期强度下降或增进率低水泥助磨剂中含盐和碱，能够激发水泥的早期强度，却对水泥的后期强度帮助不大，甚至使28天以后的强度下降或增进率低，影响工程质量。

水泥中含碱外加剂及环境中提供的碱（Na2O、K2O）含量较多，集料中含有碱活性组分，是造成碱集料反应的必要条件。

（2）钢筋锈蚀氯离子是导致混凝土钢筋锈蚀的必要条件。

氯离子一般来自助磨剂、防冻剂、早强剂CaCl2及海水或含氯离子集料。

（3）急凝、缓凝急凝主要是水泥熟料中C3A含量高，水泥中石膏掺加量不足，或以溶解速度较慢的硬石膏代替溶解速度较快的二水石膏，与减水剂不相溶而引起的。

另外，熟料或水泥中碱含量高或游离钙过高、水泥过细等都应该适当加大石膏的掺量，以有效地防止混凝土急凝。

（4）起砂与脱皮在水泥生产中，使用以碱或盐为主要成分的带激发性质的助磨剂后，降低了水泥中熟料成分。

在水泥水化时其液相中Ca(OH)2的浓度比硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥低，其配制的混凝土和砂浆表面层的Ca(OH)2浓度甚至低到在碱性激发作用后，还不能使表面硬化。

混凝土制品内部硬化后，引起构件表面起砂，严重时还会导致表面脱皮。

因此，使用优质的多功能复合助磨剂非常必要，它会为以上问题的解决提供帮助。

2. 多功能复合助磨剂对水泥性能的影响助磨剂对物料的化学反应有影响，能改变产品的颗粒形状、尺寸和颗粒组成，再加上本身的存在，因此对产品性能必然会产生影响。

不同类型、不同品牌的助磨剂对产品性能的影响不一，情况复杂，使用中应特别关注。

（1）掺加助磨剂后，产品平均粒径明显变化小，细粒含量明显增加；颗粒形状的变化小，圆形度增加。

在添加助磨剂（三乙醇胺）的情况下，促进了β-C2S的无定形化。

熟料中的C3S在掺加助磨剂粉磨10小时后，与不掺加助磨剂比较，晶粒尺寸和晶格形变分别由77.9nm、0.440降为47.6nm、0.2939，说明助磨剂对提高颗粒的易粹性和变形能和消耗具有重要作用。

（2）助磨剂对产品性能的影响集中在水泥上，体现于混凝土及其制品，主要表现在蠕变、凝结时间和强度等方面。