浅谈混凝土外加剂与水泥的适应性影响及改善措施

1.0 前言
  随着混凝土技术的发展，外加剂已成为混凝土配制中不可缺少的重要组成部分，外加剂的应用使混凝土从过去以强度为中心的普通混凝土发展成为高工作性能，高耐久性能混凝土。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。
常见的混凝土减水剂与水泥的适应性问题具体表现为 ：水泥净浆流动度小 、减水率低 、混凝土坍落度损失较快 、混凝土和易性差 、混凝土强度发展不理想等。
目前，国内水泥生产所用的原材料种类丰富、来源复杂，水泥生产方式及生产所用设备也各不相同。因此 ，即使生产同一品种 、同一强度等级的水泥 ，其矿物组成、粉磨细度 、颗粒级配等特性也会有较大差别，因而外加剂就很难对每种水泥都发挥出相同的作用，即存在外加剂与水泥适应性的问题。水泥特性中影响外加剂与水泥适应性的主要因素包括 ：①水泥熟料的矿物组成 ；②石膏的形态及掺量 ；③水泥细度；④水泥中混合材的掺量与种类 ；⑤水泥中的碱含量；⑥水泥的放置时间(新鲜程度 )及温度，⑦外加剂自身的因素；⑧混泥土配合比的影响；⑨搅拌时间和搅拌速度的影响等。
2.0  影响外加剂与水泥适应性的因素
2.1 外加剂自身的因素
外加剂的自身的原因主要有以下几个方面: ( 1) 品种不同；( 2) 结构官能团的不同；( 3) 聚合度不同；( 4) 复配组分不同。这些影响会通过不同的方式会影响与水泥的适应性。而不同厂家生产出来的外加剂也会有很多差异, 主要原因有:( 1) 生产制作工艺；( 2) 厂家制作过程的技术水平；( 3)质量管理水平。因此, 不同的厂家生产出来的产品必然有差异。
2.2水泥的矿物组成对外加剂的影响
水泥中的铝酸盐含量与硫酸盐形态和含量是影响水泥适应性的主要因素。水泥中主要矿物成分主要有硅酸三钙 (C₃S )、硅酸二钙 (C₂S )、铝酸三钙 (C₃A )、铁铝酸四钙 (C₄AF )等，不同矿物组成主要是由生产水泥的原材料和生产工艺决定的，水泥的矿物组成中对外加剂分子的吸附作用是不一样的，其吸附顺序为 C₃A > C₄A F >C₃S > C₂S，可见，铝酸盐矿物对外加剂分子的吸附能力大于硅酸盐矿物，其原因是铝酸盐矿物在水化初期动电电位呈正值，因而对外加剂分子的吸附能力较强，而硅酸盐矿物在水化初期其动电电位呈负值，因此对分子的吸附能力较弱。在外加剂掺量相同的情况下：水泥中铝酸盐矿物含量越高，外加剂的分散效果越差，外加剂对水泥的适应性越差；水泥中硅酸盐矿物含量越高 ，外加剂对水泥的适应性越好。
2.3掺合料的影响
  混凝土的矿物掺合料主要有：粉煤灰、矿渣、磷渣、沸石、火山灰、硅灰等。在混凝土中掺入粉煤灰等矿物掺合料，有利于提高水泥浆体的流动性，提高外加剂的使用效果，改善外加剂与水泥的适应性。由于具有颗粒表面接近球型、活性低、吸水量少、改善颗粒级配等特点，粉煤灰是目前使用最广泛、效果最好的掺合料。
另外，沸石与煤矸石对减水剂分子的吸附性强 ，与聚羧酸减水剂的适应性较差 。
2.4水泥中石膏的形态和掺量
石膏作为水泥的缓凝剂，在水泥生产中用于调节水泥凝结时间，其遇水后溶解为钙离子、硫酸根离子，在水泥水化初期能抑制C₃S水化速率，得到水泥和混凝土能所需要的工作性能，因此水泥中硫酸盐的数量和溶解度至关重要，但不同品质 、不同形态的石膏溶解度和溶解速度差异较大，它们对水泥的缓凝作用不同。在水泥生产过程中，水泥磨内温度偏低时产生半水石膏少，不能抑制 C3A 的早期水化，导致急凝，与外加剂相容性变差；水泥磨内温度偏高时几乎全部二水石膏都转化为无水石膏，易导致水泥假凝；水泥磨内温度适当高，使部分二水石膏转化为溶解速度大的半水石膏，能很好地抑制C₃S 的早期水化，与外加剂适应性好，石膏中的结晶水越多，水泥和外加剂的适应性越好。三种结晶形态的石膏对木钙 、糖钙外加剂的吸附能力为：无水石膏 > 半水石膏 > 二水石膏。因此，石膏的成分 、溶解度含量直接影响混凝土的凝结时间，也影响混凝土外加剂与水泥的适应性。
同时水泥中石膏的掺量对外加剂也有影响，石膏掺量宜控制在 1.3％～2.5％ (以 SO3 百分比计算 )，如果石膏掺量不够或细度不够，使石膏不能充分溶解，当溶解度含量小于 1.3％时，不能阻止水泥快凝 ，容易产生速凝现象 ，溶解度含量大于 2.5％时，凝结时间的增长也很少。在水泥凝结时间控制范同内，适当提高水泥中 SO3的含量，有利于改善水泥与外加剂的相容性，但适宜的 SO3含量应根据水泥中C₃S 的含量 、碱含量 、水泥比表面积及生产水泥的品种来确定。
2.5碱含量的影响
  水泥中的碱主要来源于所用原材料，特别是石灰和粘土。含碱量越低，相容性越好，高含碱量则会加速水泥的早期水化速率，导致需水量增大并且加快工作度损失，塑性效果变差。
2.6新鲜水泥存放时间与温度的影响
  通常情况下,水泥越新鲜，减水剂对其的适应性越差。这是因为新鲜水泥干燥度高，早期水化快水化时发热量大，所以需水量大 ，而且对减水剂的吸附量也大，因而表现出减水剂减水率低，混凝土坍落度损失快的现象。另外，当水泥温度小于 70 ℃时对减水剂的塑化效果影响不大，当水泥温度超过80℃时对减水剂的塑化效果降低明显，当水泥温度更高时，可能造成二水石膏脱水变成无水石膏，需水量及外加剂吸附量明显增大，坍落度损失也会明显加快，使外加剂适应性变差。
因此，当某些预拌混凝土生产厂用刚出磨的还未来得及散失热量的水泥来配置混凝土时 ，往往是减水率低，坍落度损失过快 ，有的甚至在搅拌机内就出现异常凝结现象，应引起重视并加以避免 。
2.7 混凝土配合比的影响
（1）施工配合比虽然是设计问题，但它也会影响外加剂对水泥的适应性，
如泵送混凝土适当提高砂率可提高混凝土可泵送性，但砂率过高也会影响混凝土的保塑性能，增加混凝土坍落度的经时损失率。
（2）实践证明，降低水灰比可以提高混凝土强度，而在较低水灰比条件下
配制掺外加剂混凝土应有一最低用水量，这不但是保证混凝土有一定工作性，更
重要的是保证水泥在水化时，石膏有足够的溶解用水，石膏在缺水时会大大影响
溶解度，影响外加剂对水泥适应性。
2.8 外加剂品种的影响
（1）外加剂中含钠盐过高对混凝土早期强度是有利的，但用于预拌混凝土
    中则会加快坍落度损失。
（2）有些引气剂引气量过大，且气泡性能不好会影响混凝土体积稳定性。
（3）有一些膨胀剂与减水剂同掺，特别是和铝酸三钙含量高的水泥一起使
     用，会降低减水率增加坍落度损失，甚至会造成速凝。
2.9 搅拌时间和搅拌速度的影响
（1）混凝土的搅拌时间会影响混凝土中的含气量以及混凝土外加剂分散的
匀质性，从而影响新拌混凝土的工作性。
（2）如果搅拌速度过快，水泥颗粒表面形成的双电层膜受到剪切应力的破
坏，影响对水泥的适应性。
3.0  混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施
下面是针对水泥与外加剂不相适应的一些常见现象可以采取的措施。但必须指出的是，有时候导致水泥与外加剂出现不相适应的原因是多方面的和相互交织的，具体采取那种解决措施要进行多方面的前期试验和细致周密的分析，此类问题要水泥厂、外加剂厂和混凝土制备单位及施工单位联系解决。
3.1、高效减水剂塑化效果不佳
3.1.1、高效减水剂磺化和聚合度不理想，由减水剂生产厂提高磺化度，调整聚合度或适当提高减水荆的掺量。
3.1.2、水泥C₃A含量较高或石膏和C₃A比例太小，由砼制备单位采用减水剂后掺法，适当在混凝土中补充硫酸根离子或提高减水剂掺量。
3.1.3、水泥含碱量过高，由水泥厂生产厂尽量降低水泥碱含量或适当补充硫酸根离子.
3.1.4、水泥比表面积较大，提高减水剂掺量。
3.2、当高效减水剂用木钙或糖钙调凝时，出现不正常凝结。
3.2.1、水泥中有无水石膏存在或半水石膏存在，应采用后掺法或适当补充硫酸根离子，水泥应避免采用无水石膏或半水石膏。
3.3、掺高效减水剂后不能有效控制砼坍落度损失
3.3.1、水泥中C₃A含量过高或石膏与C₃A比例不恰当，应在高效减水剂中加入适量的阳离子羧甲基或选择合适的缓凝组分。
3.3.2、水泥比较新鲜或水泥温度过高，应适当增加高效减水剂的掺量或用掺合料替代部分水泥。
3.3.3、使用等级较低的粉煤灰，应增加高效减水剂的掺量或减小粉煤灰使用量甚至不掺。
4.0  总结
外加剂与水泥的适应性是一个错综复杂的问题，出现外加剂与水泥的不适应问题，应根据情况，以实验为基础，分析查找原因。需要混凝土生产单位、外加剂供应方、水泥供应方以及混凝土施工单位共同联系，密切配合，共同研究解决方案，而不是互相推诿责任。
 
 
 
 
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编辑：小薇