0 引言
随着混凝土技术的发展，外加剂已成为混凝土不可缺少的重要组成部分，也有人称之为混凝土的第五组分。然而，在实际应用过程中，并不是所有的水泥与外加剂都具有良好的适应性，主要问题表现在：外加剂按规定的剂量掺人混凝土中，不能产生应有的作用或效果，使混凝土流动度降低或流动度经时损失加大；外加剂掺量过多时，虽然混凝土流动性变好，但又出现离析、泌水、板结等不正常现象，不仅使混凝土匀质性得不到保证，严重时还会导致硬化混凝土出现塑性收缩裂纹等工程质量问题。本文着重研究水泥熟料、混合材、粉磨方式、石膏掺量及水泥储存时间等对水泥与外加剂适应性的影响。
1 小磨试验
1．1 试验原材料
熟料：为了对比，分别用本厂1号窑、2号窑生产的熟料及海螺熟料，化学成分见表1。混合材：石煤渣、钼铁矿尾矿、煤矸石、粒化高炉矿渣、石灰石，化学成分见表1。由于掺不同品种粉煤灰的水泥与外加剂的适应性差异较大，所以没做试验.
外加剂：由杭州3个预拌混凝土生产厂家提供的萘系外加剂。
样品制备：将各种原材料分别装人化验室统一试验小磨粉磨，其中熟料粉磨至比表面积为(350±10)㎡／kg，混合材及石膏磨至801um筛筛余≤2．0％。
1．2 试验方法的选择
尽管有资料[1,2]表明：Marsh筒法灵敏度高、简单易操作、重复性好、较常用的净浆流动度法效果好与外加剂在混凝土中的表现具有较好的相关性。但该方法目前在混凝土生产厂家几乎没有应用，国家标准中尚没有查到相关的规定，故试验采用预拌混凝土生产厂家广泛采用的GB 8077-2003的方法测定水泥净浆流动度。为与预拌混凝土生产厂家的试验方法保持一致，具体步骤为：称取水泥试样300g，倒入水泥净浆搅拌锅内，将5．4g外加剂加入87g水中搅拌均匀，开动搅拌机后，加入水与外加剂的混合液，搅拌4min，测其净浆初始流动度，通过比较流动度的大小判断水泥与外加剂的适应性。流动度大，表明该水泥与外加剂的适应性好，反之则差。
1．3 试验方案
对于不同熟料及不同混合材，分别采用L9(34)正交试验，试验方案如表2所示。
其中熟料只用我厂老线(1号窑)及新线(2号窑)生产的熟料，一方面减少试验次数，另一方面主要是探索我厂水泥与外加剂的适应性问题，以指导生产。熟料种类列为空列。用于分析试验误差。
由于篇幅所限，本文略去各次正交试验的具体数据，只将各次试验的数据分析汇总于表3。
1．4 试验结果分析
1．4．1 1号窑熟料
从表3可以看出，在1号窑熟料中掺入石煤渣后对于3种外加剂水泥的净浆流动性都不佳。试验误差对应的极值R最大，说明试验误差在该组试验中占主导地位，其他因素对水泥净浆流动度无明显影响。
在1号窑熟料中掺入钼铁矿尾矿，水泥净浆流动度明显增加，而且水泥对外加剂有选择性。a外加剂最好，b外加剂次之，c外加剂最差。随钼铁矿尾矿掺量的增加，流动度逐渐增加。可以看出试验误差仍居次要影响的位置。较佳的生产方案是石膏6．0％，钼铁矿尾矿15．0％。
在1号窑熟料中掺入矿渣后，水泥净浆流动度又有所增加，但水泥对外加剂的选择性更明显。随矿渣掺量的增加，流动度增加。但随石膏掺量的增加，流动度减小。较佳生产方案是石膏4．O％ ，矿渣15．0％。但实际生产中，掺入矿渣后，石膏含量不能太低，以免水泥早期强度发挥不出来。
在1号窑熟料中掺入煤矸石后，水泥净浆流动度继续增加。影响流动度的主要因素依然是外加剂，较佳生产方案是石膏4．0％，煤矸石12．0％。
综上所述，在使用1号窑熟料时，石煤渣是最差的混合材；在掺入矿渣和煤矸石后，水泥净浆流动度逐渐增加，且增幅较大，水泥对外加剂具有明显的选择性，同时要限制石膏掺量；掺入钼铁矿尾矿后，随其掺量的增加，流动度增大，而且它对外加剂的选择性没有矿渣和煤矸石明显。
1．4．2 2号窑熟料
与1号窑熟料相比，在2号窑熟料中掺入石煤渣后，水泥净浆流动度略有提高。影响流动度的主要因素是石煤渣掺量，其次是外加剂种类。随石煤渣掺量的增加，流动性变差。本组试验误差较小，较佳生产方案是石膏4．0％，石煤渣9．0％。
在2号窑熟料中掺入钼铁矿尾矿后，水泥净浆流动性好于掺石煤渣的水泥，影响流动性的主要因素是钼铁矿尾矿掺量，其次是石膏掺量。再次是试验误差，而对外加剂没有选择性，也就是对外加剂的适应范围较宽；而且随着钼铁矿尾矿掺量的增加，流动性变差，正好与1号窑熟料的情况相反。较佳的生产方案是石膏5．0％，钼铁矿尾矿9．0％。
在2号窑熟料中掺入矿渣后，水泥净浆流动性较掺钼铁矿尾矿又有所增加，但对外加剂具有明显的选择性。影响流动度的主要因素是外加剂的种类，其次是石膏和矿渣掺量，而且随矿渣掺量的增加，流动性好转。较佳生产方案都是石膏5．0％ ，矿渣15．0％
在2号窑熟料中掺人煤矸石后，水泥净浆流动性略低于掺钼铁矿尾矿的水泥：影响流动度的主要因素依然是外加剂种类，其次是石膏掺量，然后是煤矸石掺量，而且随石膏掺量的增加流动性在增加，但随煤矸石掺量的增加流动性在变差，较佳生产方案是石膏6．0％，煤矸石9．0％
综上所述，对于2号窑熟料，除掺人钼铁矿尾矿后，对外加剂没有选择性外，掺人其它品种混合材后，对外加剂明显有选择性，除矿渣外，水泥流动性均随混合材掺量的增加而变差。
1．4.3 纯熟料及石灰石的影响
为比较纯熟料及石灰石对水泥与外加剂的适应性的影响，安排5组试验，见表4：通过流动度对比可以看出，海螺熟料对外加剂适应性最好，1号、2号窑熟料大体相当，但均好于掺混合材的水泥，说明目前我厂的熟料矿物组成与海螺熟料有较大的差别，而且与混合材的“匹配”也不是很理想
2 实际生产
2．1 大小磨机水泥净浆流动度间的差异
尽管小磨试验确定了较好的混合材及较佳生产条件，但因我厂目前使用的混合材主要是石煤渣．所以，仍以石煤渣为混合材将正常出磨水泥与小磨试验结果对比，确定其流动度差值大小，以指导生产。结果列于表5。
从表5可见，对于1号窑熟料，在其他条件不变的情况下，1号磨生产的水泥较小磨水泥净浆流动度高43mm，2号磨生产的水泥较小磨水泥净浆流动度高78mm；对于2号窑熟料，3号磨生产的水泥较小磨水泥净浆流动度高121mm。其差值主要是由于水泥颗粒级配不同引起的。其中1号水泥磨为带旋风式选粉机的闭路粉磨系统，2号水泥磨为开路粉磨系统，3号水泥磨为带辊压机的开路粉磨系统。
2．2 不同混合材对水泥净浆流动度的影响
将不同混合材掺人1号水泥磨(闭路粉磨水泥比表面积容易调整)中进行对比试验，采用熟料为1号窑熟料，石膏掺量5％，水泥比表面积340m ／kg，采用外加剂a。试验结果如表6所示。
从表6的结果看，用l2％的粒化高炉矿渣加3％的石灰石作混合材，水泥净浆流动发也只和小磨试验结果相当；而用5％的钼铁矿尾矿代替石煤渣后，水泥净浆流动度比单掺石煤渣时增加20mm；煤矸石和粉煤灰代替石煤渣后，水泥净浆流动度会下降。后来将水泥比表面积下降20㎡／kg，其净浆流动度也只上升10～l5mm，但各龄期强度下降幅度较大。
2．3 不同粉磨方式对水泥净浆流动度的影响
将2004年l2月与2005年1月的出磨水泥净浆流动度统计分析，分析结果列于表7，其中石煤渣掺量均为12％，石膏掺量均为5％ 。外加剂均为a
从表7的结果可知，带辊压机系统的开路粉磨系统(3号磨)，其水泥对外加剂的适应性最好，其次是普通开路粉磨系统(2号磨)，而带旋风式选粉机的闭路粉磨系统(1号磨)，水泥对外加剂的适应性最差。在生产过程中，将１号窑熟料从10％增加到30％配入3号磨中(与2号窑熟料混合使用)，其水泥净浆流动度没有明显变化，说明表7中流动度的差异主要是粉磨方式而不是熟料种类造成的。
2．4 熟料的净浆流动度的变化
将2004年12月与2005年1～2月熟料的净浆流动度随标准稠度用水量变化的情况列于表8。
表8的结果表明，熟料标准稠度用水量在22．5％时，熟料的净浆流动度最差，熟料标准稠度用水量在23．5％时，熟料的净浆流动度最好；熟料标准稠度在23％～25％时，熟料的净浆流动度基本变化不大；低热熟料C3A含量尽管很低，但其净浆流动度也与普通熟料相差无几。熟料的煅烧过程、冷却效果、岩相结构等，也可能是影响其净浆流动度的因素。
2．5 SO3对水泥净浆流动度的影响
将正常生产中熟料成分接近、水泥比表面积相等(均为343㎡／kg)的水泥净浆流动度列于表9。
从对比结果看，水泥中SO3含量与净浆流动度没有明显的线性相关性。而且生产过程中，将SO3含量提高到2．4％左右，水泥净浆流动度也无大的改观；SO3再提高后，水泥28d强度会下降。
2．6 储存时间对水泥净浆流动度的影响
出磨水泥存放3d与7d取样进行净浆流动度测量，其结果几乎与出磨次日一样，即使库存1个月的水泥，其净浆流动度的增加值也不超过101mm。
3 生产效果评价
1)从生产实际情况可以看出，带辊压机的开路磨生产的水泥与外加剂的适应性最好，其次是普通开路磨，闭路磨生产的水泥与外加剂的适应性最差。这主要是水泥颗粒分布不同所致，一般来说，水泥颗粒分布范围越窄，其堆积空隙率越大，需要更多自由水来填充这些空隙，因此，水泥净浆流动度较差。
2)粒化高炉矿渣与熟料共同粉磨时，由于其细度不能保证，比表面积低，较粗颗粒中水淬时形成的多孔状结构未被破坏，对外加剂有明显的吸附作用，所以不能有效改善水泥与外加剂的适应性。采用分别粉磨，将高细度矿渣掺入水泥中，可有效改善水泥与外加剂的适应性，这是目前预拌混凝土生产厂家最流行的做法。对同一粉磨方式，钼铁矿尾矿可以改善水泥与外加剂的适应性，而石煤渣、煤矸石作混合材，水泥与外加剂的适应性较差，主要是它们的多孔结构对外加剂的吸附量较大的缘故。
3)熟料中C3A含量的高低与其所磨制的水泥与外加剂的适应性尚有不确定因素。资料[3]认为，C3A含量高的水泥与外加剂的适应性差。实际上，尽管低热水泥熟料C3A含量很低，但低热水泥流动度并没有大幅上升，而且熟料标准稠度用水量从25％下降到23％后，其净浆流动度变化不大。
4)对同一粉磨方式，水泥细度越细，水泥与水接触的面积越大，越容易吸附外加剂，液相中有效的外加剂含量降低，净浆流动度越小。
5)水泥存放时间的影响：一般认为，刚出磨的水泥由于粉磨产生的电荷，颗粒问相互吸附、凝聚能力以及对外加剂组分的吸附能力较强，因此，与外加剂的适应性较差。但由于水泥库的密封作用，出磨水泥3～7d出厂时，其净浆流动度增加值不超过5mm，即使库存超过1个月的水泥，其净浆流动度增加值也不超过101mm。也就是说，水泥在密封较好的水泥库中储存，不会明显改善其与外加剂的适应性。
6)出磨水泥的净浆流动度的调整：
①将1号水泥磨筛余由<1％调整至2．0％～2．5％，2号水泥磨筛余由<1．5％调整至2．5％～3％而保持比表面积不变；
② 在1号或2号水泥磨中掺入5％钼铁矿尾矿代替石煤渣；
③ 将3号水泥磨筛余由<2．0％调整至3％～4％，而保持比表面积不变。
通过上述调整，水泥与外加剂的适应性达到了用户的要求。
4 结束语
通过正交试验和生产实际情况的分析可知：
1)影响水泥与外加剂适应性的因素很多，水泥与外加剂的适应性是双向的，不仅要求水泥适应外加剂，而且也要求外加剂适应水泥；水泥与外加剂的适应性既取决于外加剂品种和质量，也取决于水泥品种和质量；
2)水泥熟料化学成分与矿物组成对水泥与外加剂适应性的影响尚需进一步的探索；
3)开路粉磨可有效改善水泥颗粒级配，从而改善水泥与外加剂的适应性，而且效果很明显；
4)对于同一粉磨方式，矿渣的细度只有达到完全破坏其水淬时产生的孑L状结构，才能降低其对外加剂的吸附作用，从而改善水泥与外加剂的适应性；钼铁矿尾矿可以改善水泥与外加剂的适应性，但由于其活性所限，掺量不能超过10％，否则水泥各龄期强度都会有不同程度的下降；石煤渣、煤矸石等火山灰质混合材及石灰石对水泥与外加剂的适应性影响较大。
参考文献：
[1] 徐海军、文梓芸．超塑化剂与水泥相容性测定方法应用技术研究[J]．水泥，2004，(10)：12-14．
[2] 吴笑梅，樊粤明，简运康．用Marsh筒法研究水泥与减水剂的适应性问题[J]．水泥，2002，(12)：12-14．
[3] 姚 燕，王文义．我国水泥标准同国际接轨后改进产品质量的分析[J]．水泥。2003，(6)：1-6．
