水泥中石膏形态对外加剂滞后现象的影响探析

王庆 1，刘猛 1，夏瑞杰 2，朱晨 1

2．武汉源锦建材科技有限公司，湖北 武汉 430083）

摘要：为了解水泥中石膏形态对外加剂作用滞后现象的影响，文章利用XRD检测法，简单分析了水泥中的化学组成和矿物组成。在此基础上，从水泥中的石膏形态对混凝土拌合物坍落度反增长的影响入手，研究了水泥中不同石膏形态对外加剂作用滞后的影响，结果表明：掺加硬石膏的水泥与外加剂的适应性相对较差，泌水现象严重；掺加半水石膏的水泥易引发外加剂作用滞后现象；二水石膏的水泥与外加剂适应性良好，饱和掺量较小，但初始流动度较大，需要控制拌和温度与二水石膏的含量。

关键词：水泥 石膏形态 外加剂滞后现象

前言：

自1935年木质素磺酸盐减水剂被成功研制以来，外加剂在工程中的应用价值逐渐彰显，为混凝土技术的创新发展提供了支持。外加剂的科学应用，不仅可以改善新拌和混凝土施工性能，而且可以从微观层次优化混凝土结构。但是，在外加剂类型持续增加进程中，外加剂与水泥之间的不适应状况愈发凸显，比如，水泥中不同石膏形态对外加剂滞后现象具有较大的影响，易引发不可估量的工程损失。基于此，从外加剂与水泥中石膏形态不适应现象原因入手，分析水泥中不同石膏形态对外加剂滞后现象的影响非常必要。

一、试验准备

2. 原材料

胶凝材料：分别掺有二水石膏、半水石膏、硬石膏，三种形态石膏的P·O42.5R水泥，编号为①、②、③。以及本地销售的二级粉煤灰。

骨料：粗骨料为连续级配、直径为5.0~31.5mm的碎石；细骨料为细度模数3.3的机制砂。

外加剂：萘系高效减水剂（UNF-5）、脂肪族磺酸盐甲醛缩合物（FAS）、共聚羧酸高效减水剂（PC）。

3. 混凝土配比

依据C30混凝土强度设计配合比，水泥与粗骨料、细骨料、粉煤灰、水之间的质量比重分别为255/1000/865/100/160。进而依据2.0%~2.5%的比重，加入UNF-5、FAS、PC减水剂。

二、试验过程

2. 水泥配制

依据GB/T50080-2016的相关要求，依据前期设计配比，将水泥与粗骨料、细骨料、粉煤灰逐次倒入搅拌器^[1]。采用间隔搅拌法，预先搅拌1.0min后，再次搅拌0.5min，缓慢加入水、外加剂后搅拌2.0min。

2、XRD检测

XRD检测即X射线衍射试验。试验者可以通过按压样品室内按钮拉开样品室门，将样品架插入仪器样品卡槽内^[2]。进而操作计算机桌面上“Standard Measurement”图标输入试块名称启动测试仪器，并选择起始角度、终止角度与管电流电压后执行测试。

3. 坍落度试验

倒出拌合物后进行坍落度试验，坍落度特指混凝土的可泵性能、塑化性能，具体试验时需要润湿坍落度筒、底板，在坚硬水平面上将坍落度筒放置在底板中心并用脚踩踏板。同时分三层将拌和物均匀装填入坍落度筒，沿螺旋方向振捣密实，每层高度为筒高的1/3。刮出并抹平顶层多余混凝土后，由垂直方向快速而平稳拔出坍落度筒，整个过程操作时间应在2.5min内^[3]。进而进行坍落度筒高度、坍落后混凝土试体最高点的逐一测量，并计算两者差值，即为混凝土拌合物坍落度值。若坍落度筒提升至离开试体时出现一侧剪坏、整体崩塌情况，则需要进行再次取样测定。试验完毕后将拌合物留存60min再次搅拌均匀后开展坍落度试验。

三 试验结果及分析

2. XRD检测结果分析

表1水泥化学组成XRD检测结果

编号	Al2O3	CaSO4	SiO2	K2O	CaSO4·1/2H2O	MgO
①	5.66	0.10	20.80	0.65	1.42	2.71
②	5.55	0.09	18.25	1.00	2.11	3.20
③	4.25	0.15	16.25	0.52	3.42	1.52

如表1所示，①、②中CaSO₄含量、CaSO₄·1/2H₂O含量差值不显著，③中CaSO₄含量、CaSO₄·1/2H₂O含量最高，但MgO、K₂O、Al₂O₃含量较低。

3. 坍落度试验结果及分析

混凝土坍落度试验结果如下：

表2 混凝土坍落度试验结果

试块	外加剂品种	外加剂掺量 %	初始坍落度/mm	初始扩展度/mm	60min坍落度/mm	60min扩展度/mm
①	UNF-5	2.0	210	576	187	545
②	UNF-5	2.0	202	545	210	578
③	UNF-5	2.0	208	530	165	555
①	FAS	2.3	212	569	185	545
②	FAS	2.3	208	558	210	589
③	FAS	2.3	218	500	170	508
①	PC	2.5	255	615	212	550
②	PC	2.5	235	589	235	600
③	PC	2.5	215	520	180	525

由上表可知，③水泥拌和的混凝土在60min后坍落度损失值较高，②水泥拌和的混凝土60min后坍落度均出现增长现象，且②水泥拌和的混凝土60min后坍落度增长幅度较大，与水泥石膏脱水程度变化规律相同，表明随着水泥中石膏脱水程度的加深，60min后混凝土坍落度增长值会增加。

从商混视角进行分析，①水泥具有更加优越的外加剂适应性，可以适应PC、FAS、UNF-5等不同类型的减水剂，保证了水泥拌和混凝土优良的初始性能，且60min后混凝土坍落度损失值处于正常状态；

②水泥拌和的混凝土PC、FAS、UNF-5等不同类型的减水剂初始作用并未发挥，初步判定这一现象出现的原因是PC、FAS、UNF-5等不同类型的减水剂掺量不足，为了进一步改善混凝土性能需要进一步增加上述外加剂的掺和量。而60min后外加剂作用完全释放，且伴随混凝土坍落度显著增长甚至离析。这一外加剂反应滞后情况的出现，是由于②水泥拌和的混凝土水化最初的60min内，半水石膏转变为二水石膏与氢氧化钙、C₃A等物质发生反应，反应产物为钙矾石，抑制了水化反应以及混凝土对PC、FAS、UNF-5等不同类型的减水剂离子的吸附作用，导致PC、FAS、UNF-5等不同类型的减水剂作用均延迟释放。与此同时，混凝土浆体塑性朝着更大的方向发展，表现为坍落度由低水平向高水平发展现象。进一步分析可知，半水石膏是外加剂作用滞后的主要因素，随着水泥中半水石膏含量的增加，外加剂滞后程度会进一步加大。

③水泥拌合的混凝土与外加剂适应性较差，初始坍落度与60min后坍落度差值处于较高的数值。这主要是由于水泥中石膏的结晶形态差异导致其对糖钙减水剂、木钙的吸附能力存在较大差别，吸附能力最强的为CaSO₄，CaSO₄·1/2H₂O次之。在以硬石膏为调凝剂的水泥中掺加糖钙减水剂、木钙后与水拌和，无水石膏表面可以吸附过多糖钙减水剂、木钙分子，形成减水剂吸附膜层密实包裹石膏，促使其无法溶出为水泥浆体系所需的硫酸根离子，进而出现C₃A大量水化，且混凝土坍落度损失过快、异常快凝现象。

四 结论

石膏为水泥常用调凝剂，包括二水石膏、硬石膏、半水石膏几种类型。其中硬石膏因对水钙、糖钙的溶解性不佳，极易致使水泥因调凝成分缺失而出现假性凝固现象；而二水石膏在120℃下会因严重的脱水反应转变为半水石膏，含半水石膏量多的水泥，极易致使外加剂作用滞后，威胁工程质量。基于此，可以在了解水泥中石膏形态对外加剂滞后现象的影响的基础上，严格把控半水石膏含量，并采取恰当的降温措施，保证水泥获得更加良好的外加剂适应性。

参考文献：

2. 赵悟,杨泽文,宋儒霖,陈阳.振动搅拌对机制砂混凝土性能影响研究[J].新型建筑材料,2021,48(07):71-74.

3. 王奕,李长荣,庄昌凌.氧化铝/氧化镧X射线衍射及拉曼光谱研究[J].光谱学与光谱分析,2021,41(08):2480-2483.

4. 夏开飞.混凝土坍落度检测装置技术研究[J].四川建材,2021,47(07):28-29.