如何調整外加劑在混凝土中的相容性

李國宏，余春榮，陳清，耿加會

（1. 舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；2. 建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024）

如何調整外加劑在混凝土中的相容性

李國宏1，余春榮2，陳清1，耿加會1

（1. 舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；2. 建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024）

外加劑是現代混凝土必不可少的組分，外加劑的使用促進了混凝土技術的革新。在使用的過程中，外加劑與混凝土原材料不相容的問題經常出現。為了避免在調整外加劑與混凝土原材料相容性過程中的盲目性、無序性，筆者根據實踐，將外加劑復配采用分步處理方法，將復雜的問題簡單化、程序化，先凈漿，再砂漿，最后混凝土試驗確定外加劑復配配方。

外加劑；原材料；混凝土；相容性；分步法復配

0 概述

商品混凝土經過 30 多年的發展，外加劑在混凝土使用過程中表現出來的優異性能已被業界廣泛認可。由于混凝土原材料復雜多變，再加上環境等影響因素，外加劑與混凝土原材料的相容性差的問題時常出現。國內專家學者針對這一問題進行了大量的試驗研究，在外加劑相容性的問題上取得了巨大的進步。但是，至今也沒有找到一個從根本上解決問題的辦法，混凝土及外加劑生產一線的技術人員主要依靠經驗解決相容性的問題，在方法上存在很大的盲目性。筆者根據外加劑復配的經驗，通過大量的試驗嘗試，利用分解理論將混凝土相容性問題分離成多個因素，逐個試驗分析。總結出采用分步解決混凝土各原材料與外加劑相容性的問題，此方法，僅供大家參考。

在使用外加劑的過程中經常遇到與混凝土原材料不相容的問題，常見的外加劑在混凝土中相容性差的具體表現為：

（1）外加劑用量大，混凝土初始坍落度偏小，擴展度更小，通俗說法就是“打不開”；

（2）混凝土坍落度損失快，出機后混凝土和易性很差，坍落度和擴展度迅速損失，5～10min 內完全損失；

（3）混凝土坍落度和擴展度都不小，混凝土泌水，有時會滯后 1～3h 泌水并且量大；砂漿包裹不住石子，發生離析，但卻并未伴大量泌水；

（4）混凝土對外加劑摻量敏感，摻量低時坍落度偏小，增加摻量可以滿足坍落度要求，混凝土泌水嚴重，30min 后坍落度損失嚴重。

1 影響外加劑相容性的因素

在混凝土中，影響外加劑相容性的因素很多，大致可以分為：外加劑自身的特點、水泥、礦物摻合料、砂石的質量、環境等因素。這些影響因素有時不是單一的，而是多個因素相互影響、共同作用的結果。影響外加劑相容性的因素不同，解決的辦法也不相同。具體采用哪種解決方案，要進行充分的試驗和具體的分析，對癥下藥，才能從根本上解決外加劑在混凝土中不相容的問題。

1.1 外加劑

減水劑是外加劑的主要品種，減水劑占外加劑總量的80%～90%。目前，市場上常見的高效減水劑主要有二類：一類是萘系及脂肪族類為代表的傳統高效減水劑，此類減水劑的減水性能相似，但萘系的含氣量稍高于脂肪族高效減水劑，脂肪族高效減水劑的緩凝性及泌水高于萘系產品；另一類是以聚羧酸鹽系、氨基磺酸鹽系（因價格高未大規模使用）為代表的高性能減水劑。我國的聚羧酸減水劑主要有兩種：一種是通常呈微黃色的聚醚類；另一種是通常呈現暗紅色的聚酯類。由于酯類的生產工藝相對復雜，現在市場上常見的是醚類產品。一般酯類的引氣性及保坍性能高于醚類，醚類的減水率較高，性能較穩定。聚羧酸系減水劑的合成原料和工藝的差異（如聚羧酸減水劑在合成過程中需要先消泡再引氣的工藝，所使用消泡劑與引氣劑的差別也影響聚羧酸減水劑產品的性能），造成聚羧酸減水劑產品的性能有很大的差別。聚羧酸減水劑的合成工藝直接影響外加劑的分子結構，原材料的質量與生產管理決定了產品的穩定性，聚羧酸減水劑可以分為保坍型、早強型、引氣型、高減水型等。聚羧酸減水劑與水泥存在相容性問題，對礦物摻合料，甚至對骨料的品質也存在相容性問題。聚羧酸減水劑也存在與傳統外加劑相容性的問題（如在有 Na2SO4存在的情況下，聚羧酸減水劑減水率變差），聚羧酸減水劑的復配技術難度大，而且復配技術尚不成熟，許多結論還存在很大爭議。

在進行外加劑復配工作前，應熟悉外加劑的品種、性能及優缺點。外加劑種類不同，性能會有很大的差別，使用效果也會大相徑庭。減水劑自身的合成工藝對相容性有重要的影響。例如，萘系和脂肪族高效減水劑合成本身就影響產品的質量，磺化程度影響減水劑的分散性，分子量、分子分布及聚合度聚合性質影響減水率。針對這些產品的不同特點進行復配，是有效解決外加劑相容性差的方法之一。

1.2 混凝土原材料對外加劑相容性的影響

水泥的主要成分為 C3S、C2S、C3A 及 C4AF，這些礦化成分其吸附活性順序通常認為應該是 C3A＞C4AF＞C3S＞C2S，一般來說，水泥 C3A 和 C4AF 的比例越大, 則減水劑的分散效果越差[1]。水泥中的石膏與 C3A 反應生成 AFt（鈣礬石）包裹在 C3A 的表面，阻止 C3A 的進一步水化，而水泥漿體中的可溶性的堿可以促進 C3A 的溶出，增加溶液中 C3A 的數量，可見，水泥中的 C3A、SO3及堿三者的平衡對水泥與外加劑的相容性有十分重要的作用，凡是影響三者平衡的因素，都會影響到外加劑在混凝土中的相容性[2]。另外，水泥的溫度、細度等因素也會影響水泥與外加劑在混凝土中的相容性。

粉煤灰、礦渣粉、硅灰、爐渣、煤矸石等礦物摻合料，其所需浸潤水量與水泥在相同數量級上，其成分性能的變動也造成與減水劑“相容性”的變化。特別是粉煤灰中作為燒失量成分的未燃煤，實乃焦炭顆粒，是強吸附劑，能大量吸附減水劑，其含量變化當然明顯影響粉煤灰與減水劑的“相容性”。又如煤渣、煤矸石等，或含有多孔材料成分，其孔隙內吸入的拌合水較多，溶解于水中的外加劑也將隨之被吸收，這種情況也影響著對減水劑的“相容性”。

砂、石在混凝土中占 70%～80%，砂、石的質量直接影響混凝土的質量，砂、石的含泥量和石粉含量對外加劑的影響都不容忽視，尤其是使用聚羧酸減水劑時，影響更加突出。有研究表明[3]，粘土礦物高嶺土和伊利石對減水劑的吸附量很大，分別是水泥的 5～10 倍和 2～5 倍，膨潤土的吸附量更幾乎是水泥的 50 倍左右。所以，含泥量嚴重影響著砂、石對外加劑的“相容性”。至于石粉，不同于泥粉，對外加劑的吸附很小，但因粉粒徑接近于摻合料，也是需要“浸潤水份”的，石粉含量變化大也會引起拌合物稠度變化，顯得影響著砂、石對減水劑的“相容性”。

2 混凝土與外加劑相容性分步調整

影響外加劑在混凝土相容性的因素很多，調整外加劑與混凝土原材料的相容性也是一項復雜的工作。只有找到影響外加劑在混凝土相容性的原因，才能有的放矢，有效避免調整方案的盲目性，最終找到最佳的解決方案。筆者將各種原材料分解開，一個一個地分析，找到影響外加劑相容性的根本原因。

2.1 初步確定外加劑配方

2.1.1 凈漿流動度試驗

根據 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》規定的試驗方法：水泥 300g；水 87g；外加劑摻量——萘系、脂肪族類摻量（折固）0.6% 左右，固含量的 20% 聚羧酸摻量 0.4%～0.6%。萘系、脂肪族類摻量（折固）0.6% 左右。在進行水泥凈漿實驗時，為避免外加劑成分之間相互干擾，只使用水泥和減水劑母液進行試驗，不加入其他復配外加劑（俗稱“小料”）。觀察水泥與減水劑的相容性，若水泥凈漿流動度達到 220mm 左右，固含量的 20% 聚羧酸類摻量 0.4%～0.6% 時，流動度達 250mm 左右，漿體有適量的氣泡且漿體有光澤，則說明該減水劑與水泥相容性較好，可以直接進行下步復配試驗。

對于遇到水泥凈漿流動度 ＜140mm 的情況，根據上述影響因素分析，我們可以初步判斷可能是由于 C3A、SO3與堿三者平衡關系遭到破壞，不能有效地控制水泥的水化。采用添加新的外加劑辦法，調節 C3A、SO3與堿三者平衡關系的方法進行調整。為了便于觀察新添加的外加劑對凈漿的影響，先通過提高用水量或改變減水劑摻量的方法，將水泥凈漿流動度調到 180mm 以上。再通過調節 C3A、SO3與堿三者平衡關系來解決水泥與減水劑的相容性。攪拌站所使用的水泥，C3A的含量是固定的，也很難進行調整，僅能改變 SO3和堿的含量來使 C3A、SO3與堿三者之間的關系達到平衡。可以參照馮浩[4]測 pH 值的辦法，先測水泥的 pH 值：用三份水溶解一份水泥，充分攪拌后沉淀澄清，取一滴清液滴在 pH 試紙上，觀察試紙背面變色程度以確定水泥的堿性（一般 pH 值在 12 以上），初步判斷水泥的堿性。偏高也就是 SO3少了，要再加少量含 SO3的鹽，偏低應當把外加劑 pH 值略微用堿調高。

在調節 C3A、SO3與堿三者之間平衡時，也要注意減水劑自身的特性。萘系高效減水劑在合成的過程中不可避免地含有 Na2SO4，而脂肪族高效減水劑是在堿性環境下合成的，脂肪族的 pH 值較高。了解這些特性，可以根據各自的優點進行復配使用，調節 SO3和堿與 C3A 的平衡，有時也會取得良好的效果。

在水泥與外加劑凈漿試驗做到滿意的流動度以后，接著按照生產實際 C30 混凝土配合比將水泥、粉煤灰、礦粉所占的百分比，再按 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行凈漿流動性試驗，測試初始的凈漿流動度及經時損失與水泥凈漿流動度時的差別。一般情況下，由于礦物摻合料的礦物組成、顆粒級配、顆粒形態與水泥的差別，摻加礦物摻合料后初始凈漿流動度會增加，經時靜漿流動度損失會減少，外加劑的相容性得到一定改善。如果發現加入礦物摻合料后初始凈漿流動度及經時損失明顯變差，則礦物摻合料的對外加劑相容性產生不利的影響。此時，將三元膠凝材料改為二元膠凝材料，再進一步試驗確認是哪種材料有問題。

2.1.2 添加緩凝組分控制凈漿流動度損失

確認按照 C30 混凝土配合比的膠凝材料比例的凈漿流動度滿足復配要求后，緊接著用調整緩凝劑摻量的辦法控制 1h凈漿流動度損失不超過 30mm，根據試驗結果找出一、二種較好的復配組分并確定各組分的復配摻量。

由于水泥中的 C3A 的水化受到石膏的抑制作用，因此，緩凝劑的大部分作用是針對 C3S 的水化而發生作用的。不宜使用過多的緩凝組分，防止各緩凝組分之間相互影響。一般選用對 C3S 作用好的葡萄糖酸鈉作為緩凝組分進行試驗，如果保坍效果不佳，可以采用兩種組分復合使用。常用的復合組合：對于礦物成分 C3S 含量多的水泥，可以采用葡萄糖酸鈉或其他羥基羧酸鹽，六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉；對于 C3A 含量多的水泥，采用葡萄糖酸鈉，復合三聚磷酸鈉、硼砂、改性淀粉、糊精（DE 值在 20 以上）；C4AF含量偏高的水泥，用三聚磷酸鈉比其他磷酸鹽有效；對于C3A、C4AF 含量偏高的水泥，聚羧酸減水劑的保坍效果優于萘系等傳統高效減水劑。另外，單糖對葡萄糖酸鈉有增效作用，這也是在高溫環境下，液體葡萄糖酸鈉的效果好于粉劑葡萄糖酸鈉的原因。

若外加劑的摻量是膠凝材料的 2%，一般葡萄糖酸鈉的用量在 20～40kg/t 左右，用葡萄糖酸鈉復合三聚磷酸鈉、硝酸鋅或硫酸鋅、糊精按克分子比 3:1。

在復合使用緩凝保坍組分時，應注意各組分份的的使用摻量的上限，并考慮各組分疊加后的緩凝性能。防止各組分緩凝摻量疊加過高，造成緩凝事故，并根據氣溫變化及時調整摻量。另外，在復合使用防凍劑、膨脹劑、早強劑等外加劑時，應通過試驗重新確定各組分的使用摻量。

2.2 確定外加劑最佳復配配方

按照 GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術規范》中附錄 A《混凝土外加劑相容性快速試驗方法》的相關規定測試，砂漿配比為去除石子的工程實際混凝土施工配合比，砂漿的水膠比與混凝土的水膠比相比低 0.02，聚羧酸減水劑應按混凝土配合比摻量降低 0.1%，砂漿數量不宜少于 1L，砂漿擴展度應達到 (350±20)mm。然后分別測試經時 30min 或60min 的砂漿流動度，單位為 mm。用 GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術規范》中附錄 A“混凝土外加劑相容性快速試驗方法”既可以有效地判定減水劑之間的差異，也可以有效判定外加劑與混凝土使用的砂之間的相容性。

在外加劑相容性的調整過程中，經常會遇到的凈漿試驗與混凝土試驗的相關性差的情況。這是由于 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》水泥凈漿試驗方法的水膠比是 0.29（或 0.35）與 GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術規范》的砂漿試驗方法的水膠比可能會不相同，水膠比的差異會造成水泥中 C3A、SO3與堿溶解度的不同。因此，在試驗前，應在保持母體用量不變的情況下，對外加劑的復配成分做調整。有以下幾個配方：（1）原配方不變；（2）原配方的緩凝成分不變，按照 0.29/砂漿水膠比對補充的 SO3與堿進行調整；（3）將原配方的復配成分均按照 0.29/砂漿水膠比進行調整。最后觀察這三種外加劑配方哪一個配方更優。

2.3 混凝土試驗檢驗外加劑復方

經過上述相關的試驗，基本上可以確定外加劑的復配配方，進行最后一步試驗——在混凝土中檢驗這個復配配方。

用生產 C30 配合比做混凝土試驗，不宜少于 10L，加入混凝土的全部材料，數量也擴大 10 倍以上，試驗結果有可能需要調整，大可不必重新推倒重來，增加高效減水劑用量也是有必要的。外加劑凈漿試驗做成功混凝土有可能不行，如果凈漿試驗都不行，用在混凝土中更不行。

遇到混凝土離析、泌水時，我們可以通過摻用糊精、纖維素、酰胺等保水組分進行調整。加入適量的引氣劑也可以有效防止離析泌水，尤其是聚羧酸減水劑加入引氣劑后，在減少泌水的同時，又能保持坍落度損失。此外，降低用水量，減少外加劑摻量，增加砂率及細粉料用量也能有效控制泌水、離析。因此，在很多情況下僅僅靠調整外加劑的辦法很難得到滿意的結果，配合比的調整也是十分必要的。

外加劑在混凝土中每方就那么六、七公斤，作用有限，外加劑不是“萬能藥”，僅僅靠外加劑解決不了所有的問題。有時根據混凝土試驗反應出的結果，靈活調整混凝土配合比的砂率、骨料的級配、膠凝材料種類及用量可以取得良好的效果。在調整外加劑在混凝土適應性的問題上，其實只有 40% 的問題用外加劑可以解決，約 30% 的問題可以通過混凝土材料和配合比解決，剩下的 30% 通過同時調整混凝土配合比和外加劑或通過水泥廠來調整，通過水泥廠調整比調整外加劑更有效。

3 結語

外加劑在混凝土中的相容性是一個綜合性、復雜的、多變的的問題，涉及到水泥、礦物摻合料以及骨料砂石的質量都影響到外加劑的使用。外加劑在混凝土原材料中用量最小，外加劑不是“萬能藥”，解決不了混凝土的所有問題。

筆者在工作中使用的分步解決外加劑在混凝土中相容性的方法，看似復雜，實際上避免了外加劑組分之間的相互干擾，可以準確判斷問題的根源所在。在使用的過程中可以不必嚴格按照步驟進行，也可以做過凈漿試驗一步過度到混凝土試驗，但砂漿試驗對聚羧酸減水劑的應用價值更高。

[1] 耿加會．混凝土坍落度損失與對策[J]．商品混凝土，2012(05): 36-37．

[2] 楊華，耿加會．調整外加劑在混凝土中相容性方法探究[J]．商品混凝土，2012(10): 25-27．

[3] 王子明，程勛，李明東．不同粘土對聚羧酸減水劑應用性能的影響[J]．商品混凝土，2010(03): 24-26．

[4] 馮浩．甄別及調整外加劑與水泥相容性的試驗方法[J]．混凝土世界，2011(11): 34-36．

［通訊地址］河南省舞陽縣（人民路東段）惠達公路工程有限公司（462400）

李國宏（1966—），男，總經理，主要從事混凝土技術研究、外加劑復配。