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    為什么多數現代水泥的堿含量都未到達理想值?

    來源:    發表日期:2018/4/18 15:12:29    點擊量:183 次

    作為當今世上使用最廣泛的建筑材料——混凝土技術不斷發展。現代的混凝土不僅僅是水泥水和粗細骨料的特殊混合物。他包含著越來越多的常用礦物成分、化學外加劑、纖維等。混凝土仍是公用建筑的主要市場,未來市場前途也很大,性能各異的未來混凝土也能快速發展。現在水泥遠遠優于四十年前使用及生產的水泥。智能混凝土的發展源于新興混凝土科學的出現:種基于外加劑和運用精密科學儀器觀測混凝土微觀結構甚至納米結構的科學。


    配制早強混凝土不再要求高C3S、C3A含量和高細度,僅僅是降低水灰比或水膠比便可。混凝土的抗壓強度與水泥顆粒的細度和用量密切相關。實際上,配制200MPa級活性粉末混凝土(RPC)的水泥較粗,C3S和C3A的含量也較低,使用這樣的水泥更容易控制流變性。當混凝土的強度為20MPa或25MPa時,現行的水泥標準非常安全;但在摻用高效減水劑配制高性能混凝土時,那些標準就不那么合適了。而且,當前我們強調得更多的是28d抗壓強度,而對耐久性重視不足。在特殊環境下,使配制混凝土結構在整個服役周期都能維持28d抗壓強度非常重要。最后,水泥和混凝土還將不斷發展,適應各種環境,以滿足可持續性發展要求。這意味著在水泥熟料中將摻入更多的礦物材料,并降低水膠比,從而提高混凝土的服役周期、盡可能延長膠凝材料和骨料的使用周期。


    根據混凝土生產商和承包商的反映,減水劑(木質素磺化鹽減水劑)和水泥之間的相容性問題由來已久,盡管現在的高效減水劑不經常出現該問題。


    但是,相對與以上的觀點。相容性問題的科學資料非常稀少。它似乎并沒有引起外加劑和水泥生產商的重視。而且,每次都能找到解決該問題的方法:替換外加劑或不摻外加劑,沒人去關心該問題怎樣發生。在文獻中發現罕見實例(Ranc[14]、Dodson和Hayden[15]),最常見的誘因似乎是石膏中的無水硫酸鈣含量較高。當然,水泥生產商可以通過摻加石膏或石膏與無水硫酸鈣混摻,使SO3的含量滿足現行標準要求,但當無水硫酸鈣的含量太高且使用木質素磺化鹽時,硫酸根離子的溶解度將大大降低(Ranc[14])。高性能混凝土摻用高效減水劑使其水灰比或水膠比很低,不相容問題的出現概率也大大增加;換句話說,該水灰比遠低于標準試驗水灰比。在這種情況下,不可能去除高效減水劑來解決問題,需要更詳細地研究該問題。當然,該問題在水泥工業仍然沒有被充分重視。外加劑工業應當更重視該問題,因為高性能混凝土是一個非常有前景的市場:每方高性能混凝土的高效減水劑用量多達數升。不相容問題不會在每種水泥和外加劑中出現,但還是引起了外加劑公司的注意,很多大學研究者也在盡力從基礎方面去分析該問題。


    據我所知,理解和解決相容性問題的強烈愿望是外加劑科學發展的原因之一。


    盡管我們還沒有完全認識高效減水劑如何與所有水泥及硅酸鹽水泥中的硫酸鹽相反應,但從眾多案例中我們已經找到了一些解決不相容問題的有效方法。雙導法是其中之一。


    高效減水劑分兩次加入:第一次是攪拌開始時,第二次是攪拌結束時或混凝土澆筑前,還可摻入很少量的緩凝劑或硫酸鈉。但是,水泥高效減水劑的結合問題仍未解決。


    事實上,如果現在的水泥和以前水泥的SO3含量沒有改變,


    則熟料中的SO3含量就不真實。不久以前,熟料中的SO3含量通常為0.5%數量級,但有時也會高達1.5%甚至更高(有關報道表明,最高可達2.5%)。水泥標準允許的最大SO3含量仍為3.5%,水泥公司有時需要限制加入熟料中的硫酸鈣用量。從純粹化學的角度來看,現在水泥的SO3含量是相同的;但從硫酸根離子的溶解度來看,化學分析測得的SO3主要來自堿性硫酸鹽,或者溶解在熟料C2S中,或者在粉磨期間以石膏的形式加入熟料中。


    謝布魯克大學Jiang等的最近研究表明,從流變學的角度來說,很多水泥都存在一個最佳可溶性堿含量。但是,為了取悅商家,滿足堿含量的限制要求而毫無必要地降低堿含量,以避免潛在的或想像的堿-骨料反應,因而多數現代水泥的堿含量都未到達理想值。

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