混凝土与外加剂适应性分析

王 宏 高 飞 贺 涛（常德职业技术学院，湖南 常德 415000）

混凝土外加剂的特点是品种多、掺量少，在改善或提高新拌和硬化混凝土的性能中起着重要的作用。外加剂使用的普及程度是衡量一个国家混凝土技术水平高低的重要标志之一，特别是高性能外加剂与高性能混凝土已成为本世纪混凝土工程的“高新技术”[1，2]。

外加剂适应性是指在混凝土生产过程中水泥与外加剂出现不良反应，造成新拌混凝土工作性和其他性能出现问题的现象。

1 混凝土外加剂与水泥的适应性

水泥与水接触即发生水化反应，机械搅拌过程使水泥分散成碎片，但这样的分散体系是不稳定的，特别是小粒径的粒子更容易絮凝，一部分游离水被包裹在絮凝水泥粒子团中间，使游离水减少，拌合物稠度增大。外加剂的加入能够破坏水泥颗粒絮凝结构，提高水泥颗粒聚集体的分散度，改变结合水、吸附水和游离水的比例，提高水泥浆的流动性和稳定性，水泥混凝土与外加剂的适应性问题很大程度上与水泥有关。主要表现在减水效果低下或增加流动性的效果不好,凝结速度太快或缓凝,坍落度损失快，甚至降低混凝土强度等，造成混凝土不能顺利泵送施工，混凝土不能从罐车中正常排放、堵泵、堵管，混凝土在罐车假凝造成报废，浇注后假凝、过度缓凝使混凝土出现质量问题。 这些不适应的问题与外加剂的品种、作用机理、原材料的选用及制造工艺、水泥熟料矿物成份、细度及颗粒组成、石膏种类及其掺量、碱含量、掺合材料种类及掺量有关，其他如环境温度、加料方式和外加剂用量也会产生影响[3,4]。

1.1 水泥矿物组份与化学成份的影响

水泥熟料的矿物组成和化学组成对外加剂吸附量的多少，对于流动性及强度增长有很大的影响。 水泥加水后C3A、C4AF 开始水化，吸附较多的外加剂；C3S、C2S 水化速度相对较慢，外加剂吸附量较少。外加剂吸附量依次为C4AF、C3S、C2S。水泥新标准实行后，水泥厂为提高强度而增加C3A 与C4AF，其含量越高，水泥与外加剂适应效果越差[5,6]。

1.2 水泥细度与颗粒形貌的影响

为满足水泥新标准的强度要求，提高水泥细度是最有效的办法。 但水泥过细，一方面使水泥表面积增加，需水量大，另一方面使水泥中C3A、C4AF水化更快，加大了其对外加剂的吸附，降低了液相中外加剂浓度，增加了液体粘度，塑化效果变差，混凝土坍落度损失加快，导致混凝土坍落度经时损失过大，不利于施工操作。

1.3 石膏与碱含量的影响

水泥常用石膏作调凝剂，石膏又分为二水石膏、半水石膏、硬石膏。

在C3A 含量偏高的水泥中，调凝剂用量过少，无论选何种石膏，凝结时间都会提前。 尽管水泥和外加剂都合格，也会影响适应性，使混凝土工作性变差，坍落度损失加大。 半水石膏还会成为溶解性较差的硬石膏，影响适应性、混凝土流动性，出现假凝。

含碱量越低，水泥与外加剂相容性越好，高含碱量导致需水量增大，塑性效果变差。

1.4 新鲜水泥存放时间与温度的影响

新鲜水泥在生产后12 天内对外加剂吸附量较大，大部分15 天后趋于正常。由于新鲜水泥干燥度高，而且温度相当高（达80℃～90℃），早期水化快、水化时发热量大，所以需水量大，而且对外加剂的吸附量也大，同等掺量时，流动度变小，必然会产生对混凝土的需水量大、坍落度损失快、凝结时间短等许多怪现象[7]。 可通过调整增加外加剂掺量来解决新鲜水泥与外加剂不相容的问题，其调整幅度通过试验调配视水泥新鲜的程度和对外加剂的适应性而定。

2 外加剂与混凝土掺合料适应性问题

混凝土生产中经常要掺加一些掺合料，如粉煤灰、矿渣、沸石粉、硅灰等矿物掺合料，这些掺合料有时会出现外加剂适应性问题，原因是掺合料的化学成份复杂，活性不同，与外加剂中的化学成分可能出现复杂反应，从而出现与外加剂适应性不良，表现为初始坍落度低或坍落度经时损失大。比如粉煤灰含碳量高时，会由于碳吸附较多减水剂使坍落度下降；粉煤灰、沸石粉需水量过高时也造成坍落度下降；掺硅灰的混凝土变粘流动性差，矿渣相对外加剂适应性稍好。出现掺合料与外加剂适应性不好时，通常是在试验基础上改掺更合适的掺合料，但也可在泵送剂基础上再掺加一定量高效减水剂，一般也能解决这个问题。但如果是水泥中掺合料与外加剂出现问题，则要考虑更换外加剂品种或对泵送剂中的某些成分进行调整。

3 外加剂本身与混凝土的适应性

混凝土外加剂均是表面活性剂，作用在混凝土组成材料表面，降低其表面能，以提高新拌混凝土的流动性和稳定性。 不同外加剂特别是化学合成的高效减水剂，由于化学成分、分子结构、极性和非极性基团的种类及其在分子中的数量、聚合度等的不同，其对水泥的适应性也不相同。 同一类型的外加剂，由于生产厂家不同，原材料及生产工艺参数不同，其使用效果及与水泥的适应性也不一样[1,8]。

目前使用的外加剂，单独使用一种的情况很少，基本上是复合外加剂[8,9]。如在使用泵送剂时，为提高早期强度加早强剂，为提高抗渗性能加膨胀剂，为防冻害加防冻剂等，这种情况下经常会出现外加剂适应性问题。因为在多种外加剂复合使用时混凝土拌合物中存在多种化学组分，这些化学成分之间以及它们与水泥水化反应之间可能出现的相互反应变得非常复杂，甚至难以控制，出现适应性不良的可能性增大。后果是混凝土出现假凝、速凝，或者过度缓凝甚至长时间不凝。如在配制高强与高性能混凝土时，高效减水剂的掺量通常要接近或等于其饱和掺量，需要特别注意控制高效减水剂的适宜剂量，需要与其外加剂和矿物掺合料使用，才能获得预期的效果，对于不同的高效减水剂品种，产生这种现象的敏感性不一样，有时掺量在增减0.1%～0.2%范围内变动，就会从减水率还不够理想跃变为稳定性不佳的另一极端，这种情况给混凝土配制和施工质量控制都带来不便，或者说更高的要求[10]。 不同生产工艺、种类或配方与掺量的外加剂对水泥适应性有差别，应通过试验确定，选用质量稳定、适应性好的外加剂；同时根据不同设计与施工要求，选择相应的各类外加剂，结合现场实际使用材料，进行试配，确定合理施工配合比与外加剂适宜掺量。

4 结语

经验表明混凝土生产过程中要注意保持水泥及外加剂品牌的相对稳定，不要频繁更换以免出现外加剂适应性问题，在使用早强水泥及掺助磨剂的水泥时尤其要注意外加剂适应性问题，早强水泥一般因为含有较多的C3A 或C3S，相对容易产生外加剂适应性问题；助磨剂对物料的化学反应有影响，能改变产品的颗粒形状、尺寸和颗粒组成，再加上其本身的存在，必然会对水泥产品性能产生影响。 而不同类型、不同品牌的多功能复合助磨剂对水泥产品性能的影响不一，使用中应特别注意与外加剂相容性问题。 外加剂适应性问题要从水泥品种、掺合料成分、外加剂组成成分以及配合比几个方面着手,采取合理的措施,确保混凝土生产顺利进行,避免因外加剂适应性问题给商混企业带来不必要损失。

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