改善提高外加剂与水泥适应性的措施

李宝刚

摘要：混凝土外加剂与水泥之间的适应性问题长期以来影响着实际工程对外加剂的应用效果，使用的外加剂要进行适应性试验和掺量优选，使用过程中对外加剂质量和掺量要严格控制。水泥使用者在选用外加剂时,也应在试验的基础上选用适应性较好的外加剂,以达到预期的目的。

关键词：改善提高混凝土外加剂 水泥 适应性;措施

混凝土外加剂，除了自身必须具有良好的性能外，在使用过程中，还存在着一个普遍而又非常重要的问题，就是与水泥的适应性，外加剂与水泥的适应性定义可描述为：按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准要求的某种外加剂，掺入到按规定可以使用该种外加剂且符合有关标准要求的水泥中，外加剂在所配制的混凝土(或砂浆)中若能产生应有的作用效果，则称该外加剂与该水泥相适应；若外加剂的作用效果明显低于使用基准水泥的检验结果，或者掺入水泥中出现异常现象，则称该外加剂与该水泥适应性不良或不适应。

总体来讲，影响水泥与外加剂适应性的因素包括三个方面：一是水泥方面，其主要因素包括：水泥矿物成份、石膏种类及掺量、碱含量、游离氧化钙含量、混合材料种类及掺量、细度及颗粒组成、制成时间（新鲜程度）和温度等。二是外加剂方面。如高效减水剂的化学成份，分子量、交联度、磺化程度和平衡离子度，以及缓凝剂的种类与用量等：三是环境条件，如湿度、温度、时间等。

1.适应性问题中水泥方面的因素

1.1水泥熟料矿物成分：水泥熟料中四大矿物成分C3S、C2S, C3A、C4AF对外加剂的吸附能力是不一样的。经研究发现其中C3A对减水剂的吸附量远高于其它矿物成分，依次是C3A>C4AF>C3S>C2S,其原因主要取决于水泥水化速度及水化产物的比表面积。   由于C3A水化速度快，它对减水剂的吸附量也最大，因此，从适应性上讲，水泥熟料矿物中C3A的含量应量尽低一些，而C3S含量高一些较为有利。

1.2石膏的种类和掺量：石膏又分为二水石膏、半水石膏、硬石膏。根据有关标准，三种石膏都可作水泥调凝剂使用，而其中硬石膏溶解性能较差，使水泥因缺少调凝成份而产生速凝等异常凝结。就是半水石膏，也由于CaSO4.1/2H20→CaSO4.2H2O的结晶，水泥与水拌合后，反应就十分迅速，而且消耗大量水，不同水泥与高效减水剂相容性上的差别，这也是其中一个重要原因。石膏研磨细度不够，会影响石膏的溶解性，即使运用二水石膏也会产生速凝等现象。在C3A含量偏高的水泥中，调凝剂仍按常规用量（3—5%），无论选用何种石膏，凝结时间都会提前，这主要是水泥中C3A水化快，C3A含量增加，少量石膏不能满足它生成胶状钙矾石，从而影响了石膏的调凝效果。尽管水泥和外加剂都合格，但影响水泥与外加剂的适应性，使混凝土工作性变差，坍落度损失加大。水泥厂为了缩短熟料冷却时间，经常将温度较高的熟料与石膏同磨，二水石膏在150℃高温下会脱水成为半水石膏，温度再高至160℃以上，半水石膏还会成为溶解性较差的硬石膏，影响水泥的适应效果，使混凝土流动性变差，甚至出现假凝。

1.3混合材料：是指水泥制备过程中掺入水泥熟料并与熟料共同粉磨的活性混合材料，水泥中超细的混合材可以起到辅助“减水”作用，提高水泥中混合材的细度，在不降低混合材掺量的条件下，可提高水泥强度；在保持水泥强度的条件下，可以增加混合材的掺量，降低水泥生产成本，改善水泥与减水剂之间的适应性。不同种类混合材料对减水剂的吸附产生不同影响，矿渣对萘系减水剂的吸附量小于煤矸石，因此一般情况下掺矿渣的水泥对减水剂的适应性优于掺煤矸石的水泥。掺火山灰的水泥与减水剂的适应性较差，主要表现流动性差，经过损失也大。而掺不同品种粉煤灰时水泥与减水剂的适应性差异较大。使用优质粉煤灰（含碳量≤5% ）时塑化效果好，而使用粗粉煤灰，含碳量>5%的粉煤灰时塑化效果差。

1.4碱含量：水泥的碱含量是指水泥中等当量氧化钠的含量,以重量百分率计。等当量氧化钠含量是指氧化钠与0.658倍的氧化钾之和。随着水泥碱含量的增大，高效减水剂对水泥的塑化效果变差。还会导致砼凝结时间缩短和坍落度损失变大，并存在有碱性骨料反应的潜在危险。应尽量使用碱含量≤0. 6%的低碱水泥。

1.5f-CaO: 熟料游离氧化钙是关系到水泥质量的重要指标，它表示生料燃烧中氧化钙与氧化硅、氧化铝、氧化铁结合后剩余的程度，它的高低直接影响水泥的安定性及熟料强度。立窑由于其烧成温度低等工艺条件所限，熟料中f-CaO含量较高，烧成质量不稳定，总体上其与减水剂的适应性不如旋窑。合理的游离钙控制范围应当为0.5~2.0%之间，加权平均值1.1%左右。高于2.0%及低于0.5%者均为不合格品。也就是放宽上限指标，增加考核下限。由于各厂的实际情况会千差万别，所以各厂的技术人员可以根据本工艺线的特点，制定出不影响熟料强度及水泥安定性所允许的最高游离氧化钙上限，及最大节约热耗的下限。

1.6水泥细度及颗粒组成：水泥中粗细颗粒级配恰当，则可得到良好的流变性能。水泥中3~30μm 的颗粒主要起强度增长作用，而大于60μm的颗粒则对强度不起作用，因此3~30μm以下的颗粒只起早强作用。但颗粒小于10μm的需水量大，因此流动性能好的水泥10μm以下的颗粒应当少于10%.我国多数水泥的生产只考虑细度，甚至用增加比表面积来提高水泥强度。在我国目前的多数生产条件下，水泥颗粒越细，细颗粒越多，需水量越大。需水量增大，必将加剧混凝土的坍落度损失。   一般情况下随着水泥细度的提高，水泥颗粒比表面积增加，对减水剂的吸附量越大，减水塑化的效应就降低，而且损失也会增加。水泥新标准实施后，某些厂家为达到早期强度的要求，过分提高水泥的细度，对于这类水泥，为了达到较好的塑化效果，必然要增加减水剂的掺量。

1.7水泥制成时间及温度：制成时间短的水泥有时温度较高，其对减水剂塑化作用影响较大，相对于存放一定时间的水泥来说，减水剂对刚出磨和出磨温度较高（≥50℃）的新鲜水泥塑化效果要差一些。这是因为新鲜水泥的正电性较强，对减水剂的吸附能力较大。水泥的温度越高，减水剂对其塑化效果也越差，混凝土坍落度损失也较快。因此，有些商品混凝土生产厂利用刚出磨还未来得及散失掉热量的水泥配制的混凝土往往表现出减水率低、坍落度损失过快，甚至在搅拌机内就异常凝结的现象，应引起高度重视并避免这种现象。

2.外加剂方面的影响因素

外加剂对适应性的影响，首先是高效减水剂的品质与性能，化学成分、分子量、交联度、磺化程度和平衡离子等。目前商用高效减水剂主要是萘系减水剂和三聚氰胺减水剂。前者用量最大，其中萘系减水剂中硫酸钠含量是影响其性能的一个重要指标，硫酸钠含量高减水效果差，坍落度损失相应增大。值得注意的是，有些生产厂家为了降低成本，提高竞争能力，采取了不正当的手段：一是使用品位低的粗萘，部分或全部取代高品位的工业萘；二是萘系减水剂中掺入成本较低的木钙，致使减水剂的质量下降。   随着科学技术的发展，目前学术界已研发出新型的聚羧酸盐系减水剂，氨基磺酸盐系减水剂用于工程实际，其与水泥具有很好的适应性。在考虑外加剂与水泥的适应性时，对流态高强泵送混凝土常常必须同时考虑外加剂与矿物掺合料（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉、膨胀剂等）的适应性。

拌制混凝土时可以采用后掺法或分批添加法等措施掺加减水剂，改善混凝土的工作性。后掺时，高效减水剂仅有少量被钙矾石所吸收，所以坍落度损失小。

3.环境条件的影响因素

在考虑水泥与外加剂的适应性能时，离不开一定的环境条件，最主要的有温度、时间、湿度等。如泵送砼坍落度值会随时间的延长而损失，会随温度的增加而加大损失速率，早强剂会随湿度的降低而损失强度等等。

结束语

外加剂与水泥的适应性问题由来已久，要从根本上认识和解决还需要有个过程。只要外加剂及水泥的生产开发部门都重视起来，加强相互的交流和协作，采取切实可行的有效措施，通过改善和提高减水剂与水泥的适应性以避免因适应性而对工程造成的危害是完全可以做到的。