影响混凝土外加剂与水泥适应性的主要因素

摘 要：通过外加剂与水泥的适应效果的论述，指出了影响混凝土外加剂与水泥适应性的主要因素，并提出了改善外加剂与水泥适应性的一些措施。

关键词：外加剂 水泥 适应性

中图分类号：TU528.042 文献标识码：B 文章编号：1003-1324（2006）02-0054-03

　　在相同配合比下，同掺量同品种外加剂，往往由于所用水泥品种不一样，其应用效果差异极大。同样外加剂在一种水泥中应用效果好，而在另一种水泥中应用效果不佳，或根本没有效果，甚至会出现工程事故，这就是外加剂与水泥的适应性。

1 外加剂与水泥的适应效果

　　在预拌混凝土中，要求配制的混凝土能够满足设计的龄期强度、有一定的工作性、较好的耐久性和其它特殊的功能要求。外加剂与水泥的适应效果见表1。

2 影响外加剂与水泥适应性的主要因素

2.1 水泥矿物组成的影响

　　影响水泥适应性的主要是水泥矿物中的铝酸三钙（C₃A）及硅酸三钙（C₃S）的含量，试验分析水泥中C₃A 含量低而C₃S 含量高对外加剂适应好，而C₃A 含量越高，适应效果越差。

2.2 调凝剂的影响

2.2.1调凝剂(石膏)的形态

　　水泥常用调凝剂为石膏（硫酸钙），石膏又分为二水石膏（CaSO₄·2H₂O）（又称生石膏），半水石膏（CaSO₄·1/2H₂O）（又称熟石膏或烧石膏），硬石膏（CaSO₄）（又称无水石膏或天然石膏）。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，一些外加剂如糖钙、木钙等与硬石膏同用，不但不能促进石膏溶解，反而会降低硬石膏的溶解度，使水泥因缺少调凝成份而产生速凝等异常凝结。

2.2.2石膏的细度

　　如石膏研磨细度不够，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。

2.2.3石膏的用量

　　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，混凝土凝结时间都会提前，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。

2.2.4 石膏研磨温度

　　水泥厂为了缩短熟料冷却时间，经常将温度还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。

2.3 碱含量的影响

　　(1)水泥中的碱主要来源于所用原材料，特别是石灰和粘土，当然这些碱相当一部分可以在水泥生产中挥发，但许多水泥厂为了节约能源，将挥发废气进行回收利用，这就使挥发的碱又沉淀下来，无形中使水泥含碱量增高。

　　(2)减水剂用于高碱水泥，减水率会急剧下降。试验表明，减水剂用于高碱水泥，混凝土增强效果下降，体积稳定性不好。

　　(3)缓凝剂的作用机理是能够吸附在水泥颗粒的表面，形成一层吸附膜，在一定时间内有效地阻止水泥水化，而大量的碱会破坏吸附膜，使水泥继续水化，失去了缓凝作用，如将缓凝剂用于有一定保塑要求的混凝土，则会加速坍落度损失，达不到保塑保坍效果。

2.4 水泥细度的影响

　　许多混凝土工程为了缩短工期，要求所用水泥有一定早强效果，而提高水泥细度是最有效的方法，水泥过细水化速度快，水化热高同时水泥比表面积的增加，更加降低了液相中残留外加剂溶度，增加了液体粘度，不能适应泵送，预拌混凝土要求。另外，过细水泥还会降低混凝土中的含气量，降低混凝土的抗渗、抗冻性能。

2.5 掺合料的影响

　　根据国家标准，允许在水泥中掺入一定量的掺合料，常用掺合料有：粉煤灰、火山灰、煤矸石等，由于掺合料的性能不同，也会影响外加剂对水泥的适应性。表2 为掺煤矸石普通水泥与未用掺合料水泥应用外加剂后的不同测试结果。

　　从表2 可以看出，虽然应用同一种高效缓凝减水剂，掺量也相同，掺煤矸石水泥混凝土的减水率只有标准水泥的一半，即使外加剂掺量增加0.5%，

掺煤矸石水泥的减水率也没有标准水泥高，煤矸石影响水泥效果的主要原因是煤矸石的比表面积大，吸附能力较强，外加剂掺入后，大部分被它吸附，而占较大比例的水泥粒子得不到外加剂的吸附分散，从而影响了减水效果。

2.6 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。

2.7 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。

2.8 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 改善外加剂对水泥适应性的措施

　　（1）改变外加剂的掺入时间，即采用后掺法或滞水法，这种方法效果比较明显。

　　（2）适当增加外加剂的掺量，增加混凝土中外加剂残留率也有比较明显的效果。

　　（3）掺入部分活性掺合料。试验证明具有一定活性的水硬性材料或自硬性材料，在满足一定的技术要求条件下与外加剂同掺，不但节约水泥，改善混凝土工作性，提高混凝土强度，还能改善外加剂对水泥的适应性。

　　（4）正确设计调整混凝土配合比，在不影响工作性的前提下，保证石膏有一定的溶解度。

　　（5）有效控制液相中Ca²⁺、OH^－、SO^2-₄ 离子的平衡。

　　（6）采用多种复合外加剂。

　　多品种外加剂的复合使用，不只是外加剂性能上的取长补短，更重要的是不同分子结构的外加剂同掺，由于分子间的相互作用，应用技术效果有较为明显的提高。

　　将普通减水剂与高效减水剂同掺，在总掺量不变的情况下，减水率增加了15%～20%。在减少15%总用量情况下，减水增强性能不变，不但降低了成本，混凝土有些性能比单一掺用还有所提高，对水泥适应性也有所改善。

4 结论

　　混凝土外加剂与水泥的适应性是一个复杂的问题，其影响因素也较多。外加剂与水泥适应性的问题必须引起生产单位和工程应用部门的高度重视。由于质量检验部门对外加剂和水泥性能的检测都是依据有关国家标准进行的，往往完全符合有关标准的水泥和外加剂，当在共同作为混凝土的原材料配制预拌混凝土时就出现了不相适应的现象，就有可能导致原材料供应方和生产单位相互推卸责任。随着国家工程建设的大量推进和外加剂应用范围的不断扩大，外加剂与水泥适应性问题将会更复杂。为更好地服务于实际工程，深入开展混凝土外加剂与水泥适应性问题的研究，并针对具体问题寻求必要而有效的技术措施是当务之急。