硅酸盐石灰石水泥性能增强剂(PLC)

标准
机械强度
强度增强剂
和易性
粉末流动特性
耐用性
与SikaGrind LS接触
结论

图1:2台石灰石含量相同的PLC在两种不同类型磨粉机中的粒度分布。

在图1a中，两个PSD图都显示了来自石灰岩的典型“肩”(范围1-10μm)。球磨机中的熟料明显比VRM中的熟料磨得少，这将导致机械强度降低。虽然VRM研磨熟料的程度较高，但石灰石的细度没有按比例增加。

图1 b:石灰石含量相同的两种水泥的细度参数。

图1b为相同石灰石含量的两种水泥的细度参数。粒度分布和筛渣表明，高细度不仅是石灰石的作用，而且是熟料的作用。

与抗压强度一样，细磨石灰石对混凝土的和易性(以坍落度或流场分布来衡量)也有积极的影响。出血通常不是PLC的问题。不影响和易性的石灰石的最大含量取决于材料的质量以及熟料和石灰石的粒度分布。一般情况下，石灰石用量不超过15%可提高混凝土和砂浆的和易性(见图3)。

图3:石灰石含量对恒w/c比、恒抗压强度砂浆(EN 196-1)和易性的影响

较高水平的石灰石添加需要较高的比表面积来补偿强度损失。强度增强剂可以在一定程度上缓解机械强度与工作性之间的挑战。另一个概念是使用强度增强剂与超塑化剂结合使用。

使用抗磨环境条件和保持塑化效果，尽管储存在碱性条件下的超级减水剂是由西卡首创的。⁶如今，这种方法得到了认可，并越来越多地应用于生产硅酸盐-石灰石水泥(见图4)。

图4:可工作性对于新水泥的市场接受度至关重要。在水泥添加剂中加入PCE可以改善水泥的低坍落度。

众所周知，由于石灰石颗粒之间的吸引力，硅酸盐-石灰石水泥具有较高的粘结阻力。这可能会阻碍卡车或筒仓的排放，因为固体会产生停滞区。

人们开发了许多经验测试方法，如休止角、堆积密度比较或包集法7来量化水泥的流动特性。封隔指数提供了一个数值来控制克服振动引起的固结所需的力。该试验是水泥生产过程中日常控制的一种辅助，不适用于规范目的。包固指数越高，粉体流动性越低。

要了解PLC的特性，就需要一种测试设备来测量明确定义的物理特性。环形剪切试验机8提供了流动特性的明确测量，这有助于新水泥的开发和筒仓的设计。在环形剪切试验机中，水泥样品被包含在环形剪切单元中(见图5)。垂直载荷FN通过盖子上的细加载杆施加。为了剪切样品，单元相对于盖子旋转(方向ω)，剪切所需的扭矩由作用于固定在负载梁上的杆上的力F1和F2决定。

图5:环剪试验机的剪切单元，Schulze环剪试验机XSMr。

用固结应力与无侧限屈服强度的比值来数值表征流动性。流动性数(FFC)越大，粉末的流动性越高。

作为创新配方的一部分，通过含有聚羧酸酯醚(PCE)的水泥添加剂来调节PLC的粉末流动性是完全可能的(图6)。必须注意使用正确的剂量。由于PCEs是一种非常强大的分散剂，因此粉末的流动性可能会变得过高，例如，当水泥需要在倾斜带上运输时，会产生负面后果。研磨站的粉尘负荷或滤袋的容量可能是另一个限制因素。SikaGrind配方中PCE的含量可以定制，以优化流动特性。

图6:SikaGrind-870(含pce强度增强剂)可提高水泥的流动性能。水泥样品是在实验室磨机中用恒定的研磨时间制备的，因此细度也随着SikaGrind的使用而增加。

水泥类型会影响混凝土的耐久性，是否有钢筋。主要课题是环境作用和碱-硅反应。根据EN 206-1将环境行为分为以下暴露等级:

XC:碳酸致腐蚀;
XS:氯化物诱发腐蚀(海水);
XD:氯化物腐蚀(除冰);
XF:冻融攻击;
XA:腐蚀性化学环境(例如硫酸盐)。

CEM II/A-LL在大多数欧洲国家用于除XA外的所有暴露等级。9 CEM II/B-LL正在上升，越来越多的水泥生产商在除XA外的所有暴露等级中获得该水泥等级的批准。

根据混合水力水泥标准规范ASTM C595/C595M-15, IL型水泥仅不允许作为中等(MS)或高(HS)抗硫酸盐水泥。

德国水泥生产商协会发起了一项研究项目，目的是确定粒径分布对含石灰石水泥和用石灰石生产的混凝土性能的影响^10、11：

某水泥厂在球磨机中通过互磨生产了四个成分相同的plc。所有水泥的石灰石含量均为30%。通过调整磨机和分离器的参数，得到不同的水泥面(Blaine)。相同的混凝土混合物(水泥= 300kg/m^3.， w/c = 0.60)制成立方体，按CEN/TS 12390-9进行冻融试验。混凝土在100次循环后，其自重损失必须小于10%，才能满足标准要求。尽管水泥N°1和水泥N°2的Blaine比表面积大得多，但它们不符合要求，而水泥N°4的Blaine较低，却达到了目标。

结论:

结垢等级与布莱恩不相对应，但熟料和石灰石的粒度分布是必不可少的。

SikaGrind对持久性的贡献是什么?

为PLC量身定制的SikaGrind是非常有效的研磨辅助。SikaGrind极好地降低了石灰石的结块倾向，从而减少了极细颗粒部分石灰石的份额，但提高了熟料的细度。通过这种方式，SikaGrind有助于减少孔隙率和氯化物扩散，这是避免点蚀的重要因素。此外，SikaGrind PLC性能增强剂提高了混凝土的和易性——进一步对耐久性产生积极影响，因为它避免了混凝土中形成蜂窝等。

图7:不同PSD的PLC抗冻融性能。布莱恩不是决定性因素。

图8: cem ii / a-ll 32.5r。熟料含量降低6%。

实践经验和研究成果符合目前硅酸盐灰岩水泥的发展趋势。生态和经济方面的考虑使石灰石成为最有趣的二次胶凝材料。在石灰石掺量一定的情况下，对混凝土的力学强度、水泥粉的流动性以及耐久性和和易性均有不利影响。

水泥添加剂可以帮助克服这些问题，但强度增强剂的效益是有限的。由于SikaGrind LS等性能增强剂对水泥性能和水泥产量的影响，它们可以增加PLC中石灰石的含量。

1. 洛奇尔:泽门特。《科学与技术》，Düsseldorf, 2000，第107页。
2. 哈里森:作为MAC的石灰石，国际水泥评论，2013年1月，第65页。
3. 网球,警察局;托马斯,M.D.A.;and Weiss, w.j.:关于水泥中石灰石含量高达15%的最新报告，SN3148，波特兰水泥协会，伊利诺伊州斯科基，2014年，第27-33页。
4. De Weerdt, K.:分离磨削与互磨-技术现状，SBF BK AO7022，特隆赫姆，2007，第12-13页。
5. 恩格尔森，c.j.:水泥制造中的质量改进剂-最先进的技术，报告2,SINTEF建筑和基础设施，奥斯陆，2008年，第14页。
6. Schrabback, j.m.:水泥市场的添加剂，世界水泥，2009年10月，第75-78页。
7. 硅酸盐水泥包凝指数测定的标准试验方法。
8. Schulze, C.:粉末和散装固体的流动特性，Wolfenbüttel, 2011，www.dietmar-schulze.de．
9. 瑞士工程师和建筑师协会:《自由与自由的结合》，Zürich, 2015。
10. 《德国经济评论》:VDZ-Tätigkeitsbericht 2009-2012, Düsseldorf, 2012，第89页。
11. 德国经济协会:VDZ-Activity Report 2012-2015, Düsseldorf, 2015, pp 136-139。