混凝土外加剂与水泥相容性的探讨

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(1.吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132001；2.吉林铁道勘察设计研究院有限公司，吉林 吉林 132001)

引言

混凝土外加剂是现今混凝土材料必需的组成部分。在混凝土拌制过程中，虽然外加剂的用量不多，但其对有效提高混凝土性能、降低建设成本有着极其重要的作用。采用外加剂已成为提高混凝土质量、改善施工性能、节约原材料、缩短施工周期、降低工程成本、满足工程要求的重要途径。

混凝土外加剂种类多、成分复杂，如何在保证混凝土质量的前提下正确使用混凝土外加剂，以达到改善混凝土某些性能的目的，是当前土建工程从业人员研究的重要课题之一。

1 混凝土外加剂与水泥相容性对混凝土质量的影响

我国幅员辽阔，不同地区矿产资源的成分不同，水泥的生产工艺不尽相同，生产的水泥品种也不同；同一强度等级的水泥，熟料的矿物组成也可能存在较大差异。这些差异导致在实际应用中经常会出现混凝土外加剂与水泥不相容的问题。在混凝土配比相同的情况下，相同掺量、相同品种的混凝土外加剂常常会由于水泥品种不同，其应用效果的差异较大。同种混凝土外加剂在某种水泥中的应用效果较好，而在其他种类水泥中的应用效果可能会较差，甚至出现相反的效果，导致质量事故。

混凝土外加剂与水泥不相容给混凝土工程带来的质量问题主要表现在以下几个方面。

(1)新拌制的混凝土坍落度损失快，影响混凝土的浇筑和振捣。

(2)施工时，混凝土硬化以后强度出现明显下降，达不到质量要求，造成经济损失。

(3)混凝土的抗渗性和耐久性明显降低，收缩性加大，给混凝土的后期使用带来诸多不便。

(4)混凝土泌水、离析、分层现象比较严重，致使混凝土质量明显降低。

(5)预拌混凝土在搅拌过程中出现不正常的凝结，影响混凝土的均匀性。

(6)大体积混凝土存在裂缝，致使工程质量受到较大影响。

2 混凝土外加剂与水泥不相容的原因

2.1 水泥方面的原因

2.1.1 生产水泥的原材料

常用的原材料有：石灰石、白垩、黏土、页岩、铁矿石等。因矿石成分的不确定性，导致水泥中矿物组成变动性大，使水泥与外加剂不相容。

2.1.2 生产水泥时加入的混合材

常用的混合材有：火山灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣、煤矸石、沸石、石灰石、石英岩、炉渣、硅锰渣、硫酸铝渣等。有些材料的内比表面积大，如沸石、硫酸铝渣吸水量大，炉渣、矿渣呈多孔结构，这些材料与外加剂的相容性均较差。

2.1.3 生产水泥时加入的调凝材料

水泥的调凝材料有：二水石膏、无水石膏、硬石膏、磷石膏、氟石膏、电石渣等。工业上使用的废石膏大多呈酸性，与天然石膏相比，其溶解度低，导致水泥由于缺少硫酸根离子而凝结异常，影响其与外加剂的相容性。二水石膏的调凝效果要比半水石膏和无水石膏好得多。水泥的粉磨温度通常较高，容易使二水石膏脱水或半水石膏再脱水成硬石膏，致使混凝土外加剂与水泥的相容性变差。

2.1.4 水泥的矿物组成

水泥中的主要矿物成分C3A、C3S是影响其与外加剂相容性的主要因素，通常C3A含量低的水泥，其适应性良好，坍落度损失小；而C3A含量高的水泥，需要较多的石膏作调凝剂。如果混凝土拌合物中硫酸根浓度低，则新拌混凝土坍落度损失快。

2.2 外加剂方面的原因

2.2.1 外加剂的掺量

同一品种水泥在相同的配合比下，存在着外加剂最佳掺量的问题，因此在掺拌之前一定要通过试验确定最佳掺量。掺量对混凝土的技术经济效果影响很大，掺量过大或过小都可能造成质量问题。

2.2.2 外加剂的掺加方法

大量的混凝土外加剂的试验表明，后掺法比先掺法的混凝土工作性能要好，而且要达到相同的效果，后掺法的掺量在通常情况下会更小，这与混凝土外加剂与水泥颗粒的吸附和分散有关。

2.2.3 掺加外加剂后的搅拌时间

搅拌时间会影响混凝土的工作性，包括坍落度、凝结时间、离析、泌水等现象以及混凝土的强度和耐久性。若搅拌速度过快，会破坏水泥浆中的胶体结构和水泥颗粒表面形成的双电层膜，致使混凝土的凝结时间、坍落度损失、泌水量受到较大影响。

2.3 其他原因

2.3.1 施工环境

若施工时气温较高，水泥水化速度快，同时混凝土表面水分蒸发过快，混凝土内的游离水通过毛细管源源不断地补充到混凝土表面。一方面水泥水化加快，另一方面混凝土中的游离水由于大量被蒸发，致使新拌混凝土坍落度损失加快。

2.3.2 混凝土配合比

混凝土配合比对外加剂相容性的影响较大，如砂率、石子的形状和级配、水灰比等参数，对混凝土的保水性、流动性、粘聚性、密实性等均有重要影响。另外，有些预拌混凝土厂家为了追求最大利益，用较少的胶凝材料配制较高强度等级的混凝土；用较小的水灰比配制较密实的混凝土，这些都易引起外加剂与水泥的不相容。

3 混凝土外加剂与水泥不相容的预防

3.1 水泥的质量控制

对于水泥生产厂家来讲，水泥产品一定要满足水泥产品国标的质量要求，确保各项技术性能的稳定。只有这样，才能保证在外加剂质量不变的前提下与水泥有较好的相容性。

3.2 外加剂的质量控制

对于外加剂生产厂家来讲，任何一种性能的外加剂都要满足相关标准的质量要求，按照GB 50119—2013《混凝土外加剂应用技术规范》正确地选用混凝土外加剂，掺量要合理、准确。

3.3 预拌混凝土的制备

对于预拌混凝土生产厂家来讲，在拌制混凝土的过程中，不得因为水泥和外加剂供应不及时而临时更换品种；不得随意更换混凝土掺合料；不是同一厂家的外加剂不得混在一起搅拌；骨料不得含有大量的泥块，保证混凝土骨料的质量。

混凝土生产不能一味地追求降低成本，要注意水泥或掺合料对外加剂的实际需要，在掺配之前要做相容性试验，取得最佳掺量，做到既经济又合理。

3.4 科学合理地设计混凝土配合比

混凝土配合比对水泥与外加剂相容性的影响很大，尤其要注意以下几点：

(1)正确使用保罗米公式，严格按公式选取水灰比和水泥用量，按混凝土的性能要求设计配合比。

(2)砂率对混凝土的流动性影响很大，砂率过大会使混凝土的流动性降低，使坍落度损失过快。

(3)粗骨料的形状、吸水量、颗粒级配，对混凝土流动性、粘聚性、保水性以及密实性等的影响很大。

(4)降低水灰比可以提高混凝土的强度，通过试验可以找到一个水灰比的最佳值，从而使混凝土的各项性能得到改善，同时使水泥水化时有足够量的水溶解石膏，保证硫酸根离子的浓度，改善外加剂与水泥的相容性。

4 结语

混凝土外加剂与水泥相容性的问题是当今混凝土研究的重要课题之一，随着研究的不断深入和工程技术人员的实践摸索，混凝土外加剂与水泥相容性的问题一定会有更好的解决办法。对于从业人员来讲，在使用外加剂之前一定要进行其与水泥的相容性试验，严格按GB 50119—2013《混凝土外加剂技术规范》选用外加剂，以确保混凝土工程质量。

参考文献：

[1] 李崇智.《混凝土外加剂与水泥相容性与复配应用技术》专题讲座[R].北京：北京建筑工程学院，2012.