水泥与混凝土外加剂适应性分析

2020-02-20李永军

四川水泥 2020年1期

李永军

（山西东义集团特种水泥有限公司，山西孝义 032300）

0 前言

为满足建筑业的快速发展需要，水泥混凝土需具备质轻、耐久性、水化热低、流动度大、密实性高、早期强度高、高强、易于养护、容易成型、生产成本低等优点，这类优点的实现离不开混凝土外加剂的支持。为更好应用混凝土外加剂，正是本文围绕水泥与混凝土外加剂适应性开展具体研究的原因所在。

1 水泥对混凝土外加剂的影响

水泥和外加剂的适应性存在双向性特征，两者适应性会受到水泥的细度、温度、颗粒级配、矿物组成、化学成分、含碱量等因素影响，本节仅对其中部分影响因素进行深入探讨。

1.1 化学成分与矿物组成影响

外加剂吸附能力会直接影响水泥的化学成分和矿物组成，这种影响会最终体现在水泥的流动性和强度增长方面，一般来说吸附外加剂的量越少，水泥浆体的流动度越大。硅酸二钙、铝酸三钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙等属于水泥矿物的主要组成，生产工艺和原材料直接决定水泥的生产工艺，水泥矿物组成对混凝土外加剂的影响依次为“铝酸三钙＞硅酸三钙＞铁铝酸四钙＞硅酸二钙”。以铝酸三钙为例，由于早期强度提高快、需水量大、水化反应快，如果铝酸三钙的含量超过8%，将大量吸附混凝土外加剂，这将提升外加剂的作用损失，引发浪费问题，铁铝酸四钙也会引发同类问题。因此，水泥中的铁铝酸四钙与硅酸二钙含量的严格控制必须得到重视，这将直接影响混凝土的最终性能[1]。

1.2 水泥细度和颗粒级配影响

为提高产量、降低成本，水泥生产厂家为提高水泥强度，往往会提升水泥研磨细度，但水泥的需水量也会因此增加，并加大对外加剂的吸附量，引发作用损失情况。研磨时间的升高还会导致水泥温度提升，无水石膏的占比会因此加大，这将导致水泥与混凝土外加剂的适应性变差。结合实际调研可以发现，水泥颗粒级配受到的高效减水剂饱和掺量影响不大，但在相近水泥比表面积的条件下，如保持较大的水胶比或减水剂掺量，水泥颗粒中小于3μm的微细部分颗粒会在很大程度上影响浆体的初始流动性，流动性会随含量增大而提升。此外，水泥微细颗粒含量也与浆体流动度损失联系紧密，减水剂的浓度还会直接影响流动性的保持效果。

1.3 水泥的碱含量影响

水泥原材料属于水泥中碱的主要来源，比如水泥中的石灰和粘土。如果水泥的碱含量小于0.5%或高于0.8%，水泥很容易与混凝土外加剂产生不适应。水泥含碱量直接影响其相容性，含碱量越高则相容性越差，且含碱量提高会导致水泥早期水化速率加快，凝结时间的缩短将导致混凝土塑性效果变差、坍落度损失增大。为降低水泥的碱含量影响，可将可溶性的硫酸钠加入水泥，或掺入粉煤灰、矿粉，以此降低水泥碱含量带来的影响。

2 混凝土外加剂对水泥的影响

混凝土外加剂可细分为四类，包括改善混凝土拌合物流变性能、调节凝结时间和改善硬化性能、增强耐久性、改善其他性能的外加剂，本节主要介绍常用混凝土外加剂对水泥的影响。

2.1 减水剂影响

作为典型的表面活性剂，减水剂能够吸附于水泥和矿物掺合料颗粒表面，改变其电学特征和空间位阻特征，通过对颗粒间相互作用影响，减水剂可达到分散颗粒和胶凝材料塑化目的，水泥等胶凝材料颗粒表面特性也会因减水剂而改变。深入分析可以发现，减水剂的应用能够分散固体颗粒，并破坏水泥浆体中的絮凝结构，混凝土拌合物中自由水含量会因絮凝结构包裹水分释放而增加，最终提升混凝土拌合物流动性能。在考虑减水剂与水泥适应性时，减水剂的分散性、减水率、掺量等必须得到重视[2]。

2.2 膨胀剂影响

作为能够补偿混凝土收缩的外加剂，膨胀剂的作用机理可简单概括为限制膨胀，混凝土的抗渗防裂性能可由此得以提升，其耐久性、密实度、强度也能够在多向约束条件下得到保障。但结合实际调研可以发现，混凝土膨胀剂的应用很容易出现无法产生预期膨胀的问题，严重的还会导致混凝土在中后期出现开裂、变形等质量问题。同时，钢筋抗锈蚀能力、混凝土的耐久性也会受到膨胀剂影响。膨胀剂带来的负面影响原因较为复杂，混凝土的徐变和收缩属于其中的主要原因。在水化及硬化过程中，膨胀剂不仅会自身出现膨胀，还会导致其他成分膨胀，这便能够较好补偿水泥和混凝土的收缩。考虑到因种类不同存在的膨胀机理区别，膨胀剂的应用需关注膨胀产生物差异，一般工程会采用硫铝酸盐系膨胀剂。

2.3 缓凝剂影响

作为能够推迟水泥水化反应的外加剂，缓凝剂可有效延长混凝土凝结时间，新拌混凝土的塑性可由此保持较长时间，这不仅能够较好服务于浇筑施工，还能够提高施工效率并避免后期性能不良影响出现。缓凝剂可细分为无机缓凝剂和有机缓凝剂，一般的有机缓凝剂具备表面活性，可吸附在颗粒和液体的固-液界面、胶凝材料上，实现表面性质变化，混凝土结构的形成过程也会因较厚的水膜层形成而出现变化，晶体的相互屏蔽可取代颗粒接触。而对于无机缓凝剂来说，其能够与水泥生成钙矾石等复盐，沉淀会因此形成于水泥矿物颗粒表面，最终实现对水化进程的抑制。缓凝剂的作用机理极为复杂，使用时需关注掺量和品种的确定，如使用超量和选择不当，早期强度急剧下降的混凝土将最终影响成品强度，这种影响源于过度缓凝导致的过量混凝土内部水分散失，水泥水化产物过少、水化程度过低自然会影响强度。在缓凝剂的使用过程中，水泥和缓凝剂的匹配适应状况、施工季节、施工工艺等因素必须得到重视，掺量的控制也不容忽视。

3 水泥与混凝土外加剂适应性的改善措施

水泥与混凝土外加剂适应性问题极为复杂，向来受到业界人士重视，而在具体的混凝土生产过程中，预防和处于两者间适应性属于不可避免的过程。结合相关实践应用，本文认为水泥与混凝土外加剂的适应性增强应从原材料生产、原材料选择、外加剂掺入方法、施工环境四方面入手。在具体实践中，混凝土配比确定环节需充分考虑较高的气温突然骤降、混凝土凝结时间等因素影响，避免混凝土强度降低等现象发生。如确定混凝土配合比存在外加剂与水泥不适应问题，混凝土厂家必须开展针对性分析与研究，确定原因，并针对性调整配合比，实现坍落度损失的最大程度减少，提高出厂坍落度。如施工现场出现外加剂与水泥不适应问题，施工单位应首先排除不适合的水泥和混凝土外加剂，由此遵循一般规则并开展多次试验，即可不断缩小水泥和混凝土外加剂的选择范围，配合针对性的混凝土试拌，即可有效处理外加剂与水泥不适应问题，如无法完全处理这类问题，则需要尽可能降低不适应带来的损害，保证工程质量。