浅谈外加剂与水泥适应性的影响因素

　　1.外加剂的掺量和掺加工艺的影响

　　1.1　混凝土外加剂的最佳掺量外加剂的掺量应按推荐掺量、使用要求、施工条件、原材料等因素通过试验进行确定。使用要求是指工程的使用要求，如早强还是缓凝，节约水泥还是改善性能等。施工条件是指现场工地条件，如当时的气温，保温养护措施，地上施工还是地下施工，以及工地的管理操作水平。混凝土原材料的变化较大，原材料的改变对外加剂的影响效果也不一样。以上条件的变化都将影响外加剂的使用效果，因此，工程确定使用外加剂品种后，应通过试验确定最佳掺量。对某一种水泥、某一配比的混凝土而言，任何混凝土外加剂都存在一最佳掺量，即在最佳掺量时，混凝土外加剂的性能会出现拐点。外加剂的掺量是获得最好的技术和经济效益的重要因素，其最佳掺量是根据试验、混凝土配合比来确定。各种减水剂的最适宜掺量不尽相同。萘系减水剂大约为水泥质量的0.5%－1.5%，此时强度增加为10%－25%。在混凝土外加剂大掺量或低掺量（相对最佳掺量而言）往往会出现截然不同，意想不到的效果。如“坍落度”损失的快慢、泌水大小、缓凝与促凝等。不同的外加剂有各自不同的适宜掺量范围，小于或大于该范围均不能发挥其本质作用。超掺量会使凝结时间延长，减水率和强度增长幅度不大，尤其是木钙，超掺量会使混凝土长期不凝结。高效减水剂超掺量会引起泌水严重，和易性不好，技术经济均不合理。使用高效减水剂由于减水率较大，一般都能达到12%～20%，所以在使用中一定要注意控制适宜的掺量，以避免因掺量过多引起强度下降，流动性过大，影响工程质量。因此施工单位在使用外加剂前，应按工程实际情况，验证确定外加剂的最佳掺量。

　　1.2　混凝土外加剂掺加工艺（先掺法和后掺法）改变混凝土外加剂的掺加工艺，根据以往工作经验和从事混凝土工程人员的调查，后掺法的混凝土的工作性能优于先掺法的混凝土，而达到同样的效果。后掺法的掺量往往更小，这与混凝土外加剂和水泥颗粒的吸附和分散有关。所以在工程实际中要根据试验决定采用先掺法还是后掺法。通过试验和工程实际应用表明：采用后掺法或滞水法、或少量多次掺加的工艺，这种方法的效果较好。

　　2.搅拌时间与搅拌速度的影响

　　混凝土搅拌时间会影响混凝土的含气量及混凝土外加剂对混凝土的分散效果、凝结时间，从而混凝土的工作性和硬化混凝土的力学性能和耐久性。搅拌机速度过快，会破坏水泥中的胶体结构和破坏水泥颗粒表面形成双电层膜，使混凝土凝结时间、坍落度损失、泌水量都受到较大影响，但在施工中一般搅拌1.5～3分钟。如果采用干掺法，减水剂应有载体分散或延长搅拌时间，保证混凝土搅拌均匀。采用溶液掺加时，配制减水剂的水必须从拌和水中扣除，以保证准确的水灰比。为减少坍落度损失，使减水剂更有效地发挥作用。可采用后掺法。对高效减水剂掺加方法不同，效果也不同。后掺法将使混凝土的和易性及强度比同掺法优越。当采用搅拌运输车运送混凝土时，减水剂可在卸料前2分钟加入搅拌运输车，并加快搅拌运输车转速，拌匀后出料，效果较好。

　　3.混凝土外加剂品种的影响

　　混凝土外加剂中所含不同的官能团如：-OH，-SO₃，-COOH，-CH₂等对水泥颗粒影响不同，外加剂的分子量，形状不同都会影响外加剂的性能。混凝土外加剂呈阴离子表面活性剂还是呈阳离子表面活性剂。水泥中C₃A，CAF，C₃S等吸附分散效果不相同，也直接影响水泥中SQ₄^2-的溶解度，从而导致混凝土外加剂与水泥适应性的问题的。在泰安地区大多数外加剂都是β－萘硫磺酸甲醛高缩合物的钠盐，在施工中当外加剂与所用水泥的适应性不好，更换水泥又不可能时可以要求外加剂厂家调整外加剂的成分，以达到外加剂与水泥的适应性良好。混凝土外加剂中碱含量高，则对混凝土早期强度有利，但新拌混凝土坍落度损失快。有些外加剂引气量过大，而且气泡不均匀、不封闭。气泡过大导致新拌混凝土坍落度损失快，而且使硬化混凝土抗冻、抗渗等耐久性下降。

　　4.水泥的影响

　　在混凝土组成材料中水泥对外加剂混凝土的性能影响最大，不同的减水剂品种对水泥的分散、减水、增强效果不同。对于同一种减水剂，由于水泥矿物组成、混合材料品种及掺量、含碱量、石膏品种及掺量的不同，其减水增强效果也很不相同。

　　4.1　矿物成分水泥的矿物组成中以C₃A，C₃S对水泥的水化速度和强度的发挥起决定作用。C₃A含量高的水泥减水效果较差。影响水泥适应性的主要是C₃A。在水泥中一般以石膏作为调凝剂。一般说来，C₃A含量低的水泥，其适应性良好，坍落度损失小。减水剂加到水泥中后，首先被C₃A吸附。在减水剂掺量不变的条件下，含量高的水泥，由于被C₃A吸附量大，必然使得用于分散C₃S和C₂S等其他组分的量显着减少，因此C₃A含量高的水泥减水效果较差。需要较多的CaSO₄·2H₂O作为调凝剂。若混凝土拌合物中SO₄^2-浓度不足，新拌混凝土坍落度损失快。通常水泥适应性不好，水泥在生产过程中采用回转窑干湿法生产，使水泥混凝土物组分晶相状态细度石膏发生不同程度的变化，从而导致混凝土外加剂与水泥适应性问题的产生。水泥中吸附外加剂能力C₃A＜C₄AF＜C₃SII＜C₂S。其水压速率与其关系近似成正比。当新鲜水泥存放一段时间后，由于其中f-CaO减少使混凝土拌合物需水量减少，坍落度损失减缓，从而改善了混凝土外加剂与水泥适应性，水泥中亲水性掺合料保水性好。火山灰质水泥保水性差，易泌水。一般水泥需水量大小和坍落度损失大小按规律：PI.PII＞P.O＞P.S＞P.F＞P.P泌水性正好与其相反。水泥熟料中碱含量过高，就会使水泥凝结时间缩短，使其早期强度及流动度降低，因此，碱含量高的水泥减水效果较差。用硬石膏或工业副产石膏作调凝剂的水泥，对不同种类的减水剂使用效果不同，如木钙、糖蜜缓凝剂掺入用硬石膏作调凝剂的水泥后会出现速凝、不减水等现象，在使用中必须注意。在工程中选用外加剂时，应根据工程材料及施工条件通过试验确定。

　　4.2 细度水泥过细，水化速度快，需水量大，保水性好，但坍落度损失快减水效果大，而且水泥过细，混凝土收缩大，含气量下降，降低了混凝土的抗渗、抗冻耐久性。

　　4.3 石膏石膏是水泥熟料中的主要胶凝材料。石膏细度大，使石膏溶解度不够，产生速凝。石膏用量不够，不能有效控制C₃A的水化。一般在混凝土中，CaSO₄·2H₂O调凝效果优于CaSO₄·1／2H₂O。石膏与水泥熟料的粉磨温度通常较高，从而使二水石膏脱水或半水石膏再脱水成石膏，从而导致混凝土外加剂与水泥适应性较差。有的石膏在使用木钙或糖蜜类减水剂时会产生速凝现象，特别是用无水石膏或工业氟石膏时。

　　5.掺合料的影响

　　通常水泥中掺加粉煤灰或磨细的矿渣有利于新拌混凝土的流动性，而且使其坍落度损失减缓。但需水量比的关系为：Ⅰ级＞Ⅱ级＞Ⅲ级。Ⅰ级坍落度损失小，但保水性差，易泌水。掺膨胀剂的混凝土其坍落度损失快，水泥与混凝土外加剂适应性较差，掺矿渣混合材的水泥比普通水泥减水效果好。

　　6.环境温度、湿度的影响

　　混凝土拌合物的凝结时间、硬化速度和早期强度的发展与养护温度有密切关系。掺八高效减水剂后，这种现象更加明显。特别是凝结时间的影响在20℃以下较显着。温度高，水泥的水化速度加快，而且混凝土表面水分蒸发加快，混凝土内游离水通过毛细血管源源不断地补充到混凝土表面。这样，水泥水化加速，而混凝土的游离水大量被蒸发而减少，从而使新拌混凝土坍落度损失加快。而且某些混凝土外加剂的缓凝效果在30℃以上作用大大降低。醇酮酯在高温下，对C₃S缓凝效果较好。因此在高温下，大多需要提高混凝土外加剂的掺量和防止水分蒸发。木钙具有缓凝性和引气性浇筑后要较长时间才能形成一定的结构强度，在养护时如果用蒸养必须延长静停时间或减少掺量，否则混凝土容易产生微裂缝、表面疏松、起鼓及膨胀等质量缺陷。但使用高效减水剂时，由于其引气量较低，缓凝性也较小，用于蒸养时不需要延长静停时间。所以在掺外加剂的混凝土施工中一定要注意养护，避免养护过程中水分蒸发。混凝土强度值虽然也随着温度降低而降低，但在5℃养护条件下，3d强度增长率仍然较高，因此高效减水剂可用于日最低气温0℃以上施工的混凝土。

　　7.施工配合比的影响

　　施工中配合比虽是设计问题，但它对混凝土外加剂与水泥适应性的影响很大。据有关资料和试验表明：砂率过高会使混凝土拌合物流动性降低，保塑性降低，坍落度损失加快。在混凝土配合比中，石子的形状、吸水量、级配也严重影响混凝土的施工性、保水性、粘聚性、流动性、保塑型、可密实和成型性。在实验中，降低水灰比W／C以提高混凝土的强度，而在低水灰比W／C下，有一个最佳单位用水量。在最佳用水量下，混凝土外加剂对水泥混凝土的各项性能能充分发挥使混凝土拌合物的保水性能，保塑性能等工作性状态改善，保证了水泥在水化时，石膏有足够的溶解用水，从而保证了外加剂的浓度，是外加剂和水泥适应性得到了改善。砂石骨料的粒径、品种和用量对减水剂混凝土的含气量、减水率和强度有一定的影响。砂的粒径对混凝土的含气量的影响较大，含气量的峰值出现在粒径0.3～0.6mm的范围内，这是由于砂的表面粗糙凹凸不平，易于聚存气体，当砂的粒径大于该范围时，由于表面积小，吸附空气量少，拌合物内含气量小：而粒径小于该范围时，拌合物易于凝聚成团，阻碍了气体的进入，故含气量也小，混凝土的减水率随含气量的增加而相应提高。因此，以中砂配制的混凝土减水率最佳。粗砂和细砂次之，特细砂则减水效果最差：石子粒径在20～40mm时，对减水率的影响不显着，粒径小于20mm时，则含气量增加，大于40mm时，则含气量减小：石子品种对混凝土减水率有较大的影响，卵石表面光滑，表面积小，而碎石表面粗糙多棱角，表面积大，在要求混凝土坍落度相同的情况下，碎石需增加用水量和砂率，如砂率不增大，则碎石混凝土的减水率低于卵石混凝土。

　　8.结束语

　　制备高性能混凝土需选择优异的混凝土外加剂：合适的胶凝材料（水泥、硅灰或磨细矿渣粉等掺合料）；较低的水灰比设计：搅拌、运输、养护等严谨的工艺条件都是非常重要的，缺少哪个环节都很难得到预期效果。其中混凝土外加剂是制备高性能混凝土最为关键的技术。