膠凝材料與混凝土減水劑適應性淺析

江濤

（廈門海投建材有限公司，福建　廈門 361022）

膠凝材料與混凝土減水劑適應性淺析

江濤

（廈門海投建材有限公司，福建廈門 361022）

在工程應用中經常會遇到混凝土減水劑適應性問題，該問題與混凝土所用的膠凝材料組分存在較大關系。本文主要分析總結了在日常工作中遇到的膠凝材料與減水劑適應性所存在的問題，并提出相應解決對策。

混凝土膠凝組分；混凝土減水劑；適應性

0　引言

目前普通硅酸鹽水泥與聚羧酸減水劑適應性差，容易出現泌水、泌漿、扒底、離析、坍損嚴重現象；而使用的萘系減水劑的適應性相對來說就比較好。有些水泥早期強度低，后期強度高；而有些水泥早期強度很高，但后期增長速度明顯變慢，這是什么原因造成的？而水泥混合材和混凝土中的摻合料是否相同？膠凝材料中到底哪些成分會影響混凝土減水劑的適應性？

針對以上問題，本文通過對硅酸鹽水泥、摻合料相關性能對混凝土減水劑的適應性進行論述，結合生產實際遇到的問題，提出相應解決對策。

1　硅酸鹽水泥

通用硅酸鹽水泥熟料主要由硅酸三鈣 C3S、硅酸二鈣C2S、鋁酸三鈣 C3A、鐵鋁酸四鈣 C4AF 組成。水泥熟料中的C3A 和 C3S 水化速度快、水化放熱大、早期強度明顯，而 C2S的水化速度慢、水化熱低、對后期強度有貢獻，C4AF 介于上述兩者之間。通常 C3S 和 C2S 的質量分數含量在 70% 以上，C3A 和 C4AF 的質量分數含量在 25% 左右。

不同礦物成分對減水劑的吸附作用大小不同，在相同條件下，水泥成分中對減水劑的吸附性能大小依次為C3A＞C4AF＞C3S＞C2S，若熟料中 C3A 和 C4AF 含量較大，會導致混凝土坍落度損失明顯。另外，如果水泥中的 C3A 或 C4AF含量突然明顯降低，將會減緩水泥水化速率，混凝土的需水量和減水劑用量也要相應減少，否則會出現泌水、泌漿、離析或扒底等現象。

目前攪拌站使用的普通硅酸鹽水泥，通過將水泥熟料摻加石膏、混合材、助磨劑等進行磨細成為成品。石膏起到調節凝結時間的作用；混合材起到調節水泥強度的作用；助磨劑作為水泥表面活性劑，起到改善物料的易磨性、減輕顆粒之間的黏性、提高物料流動性的作用。通過細度調節，可以控制早期強度和水化熱，一般來說，水泥顆粒越細，需水量越大，水泥水化速度快，早期強度越高，但對外加劑吸附增加，也會增大混凝土坍落度損失。

石膏作為調凝劑主要是為控制熟料中 C3A 的水化速度，生成鈣釩石，能夠在水泥顆粒表面形成保護膜，阻礙鋁酸三鈣的繼續水化，從而延緩了水泥的凝結。若石膏摻量不足，會造成水泥漿體流動性損失較大；但石膏摻量過多，反而會促使水泥凝結時間加快，并可能在后期引起硬化水泥的膨脹開裂。石膏品種對水泥質量影響較大，天然石膏以二水石膏Ca2SO4·2H2O、半水石膏 Ca2SO4·1/2H2O 或無水硬石膏 Ca2SO4為主，工業副產石膏包括脫硫石膏、磷石膏、氟石膏等。二水石膏對減水劑吸附較小，混凝土坍落度損失小；采用半水石膏或硬石膏時，對外加劑吸附加大，混凝土坍落度損失大；工業副產石膏用于通用硅酸鹽水泥前應經試驗證明對水泥性能無害。

水泥的到廠溫度對于混凝土坍落度損失有很大影響，水泥存放時間越短，出磨水泥溫度越高，減水劑對膠凝材料漿體的分散性能越差，尤其是當夏天的室外溫度超過 30℃，使用溫度超過 60℃ 以上的水泥，水泥水化的反應速度增加很快，混凝土拌合物經時損失明顯增大。

水泥中的堿含量對外加劑的相容性有一定的影響。堿含量是指水泥中鈉和鉀的含量。適當的堿含量可以激發水泥的早期強度；但當堿含量增大，會導致凝結時間縮短、坍落度經時損失變大等情況出現。

2　混合材

水泥混合材包括活性混合材和非活性混合材兩類。活性混合材是指一些通過磨細在常溫具有能與水泥水化產物Ca(OH)2反應，生成具有膠凝性質的水化產物能力的礦物材料。主要包括符合 GB/T 203—2008《用于水泥中的粒化高爐礦渣》、GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》、GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和 GB/T 2847—2005《用于水泥中的火山灰質混合材料》。火山灰質材料包括火山灰、沸石巖、硅藻土、煤矸石、燒頁巖、燒黏土、煤渣、硅質渣等。非活性材料是在水泥中起填充作用而又不損害水泥性能的礦物質材料。包括指標達不到活性材料要求，以及一些惰性的礦物質材料如石灰石和砂巖等。

而混凝土中的常用礦物摻合料包括粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、沸石粉、石灰石粉等。其采用的標準與水泥中所使用的混合材標準相同。在水泥中加入“混合材”后經粉磨就是水泥，而在混凝土中加入就屬于“礦物摻合料”。礦物摻合料多數是以 SiO2和 Al2O3為主要成分的材料，一般具有活性效應、形態效應和微集料效應。活性效應是指礦物摻合料的活性組分能夠與水泥水化后析出的 Ca(OH)2及水在常溫下起化學反應，生成膠凝性產物；形態效應是指礦物摻合料中含有大量的球形顆粒，可提高混凝土工作性，減少用水量；微集料效應是指礦物摻合料具有比水泥更細的顆粒，可以填充到水泥顆粒間隙，提高混凝土的密實度，改善混凝土的孔結構。

當水泥混合材采用礦渣粉、粉煤灰和石灰石粉時，對外加劑的相容性較好；當采用火山灰、煤矸石、沸石等比表面積大、吸附性強的混合材時，對外加劑的相容性會較差。

粒化高爐礦渣中含有氧化鈣成分，而粉煤灰中的氧化鈣＞10% 為高鈣粉煤灰，具有一定的水硬性；氧化鈣≤10% 為低鈣粉煤灰，具有火山灰性質，能與水泥水化析出的 Ca(OH)2及水在常溫下起化學反應。游離氧化鈣水化速度慢，且生成Ca(OH)2時體積會膨脹而使結構穩定性變差，導致混凝土抗壓強度下降，所以游離氧化鈣含量應予嚴格控制。

3　不同減水劑與水泥適應性的差異

目前市場上普遍使用的萘系減水劑和聚羧酸減水劑。萘系減水劑在配合比設計時由于用水量較大，對于水泥適應性較好，而且對于混凝土用的骨料含泥量要求不高，也已應用多年，對于大多數的材料變化已基本適應，但在其生產過程中的強酸強堿反應會對環境造成一定影響。目前還有一定的市場份額。

聚羧酸減水劑與萘系減水劑相比，具有減水率高、保坍性好和節能環保等特性，目前正逐步取代萘系減水劑，但對于聚羧酸減水劑與水泥、粉煤灰和礦粉等膠凝材料，以及砂石骨料的含泥量適應性要做大量的試驗研究。

4　相應解決對策

為解決膠凝材料與混凝土減水劑的適應性，在選擇水泥時盡量選擇大廠旋窯熟料生產的水泥，進廠水泥溫度控制在60℃ 以內，水泥可通過火車、輪船運輸或中轉庫進貨，可有效降低水泥溫度，并使水泥有一定的陳化時間；重點定期關注水泥熟料的 C3A 和 C3S 含量是否有大的變化；嚴格對每批水泥進行檢測，要做標準稠度用水量和凝結時間試驗，并控制 SO3含量在規定范圍，如發現混凝土坍落度損失較大，可通過做留樣和新進貨的水泥與外加劑的適應性交叉試驗來查找原因。

對于礦粉和粉煤灰等摻合料，要把握其細度或比表面積。對于粉煤灰可通過電子顯微鏡來觀察篩余顆粒中是否含有玻璃微珠來判斷是否是假的粉煤灰。對于每批礦粉或粉煤灰要做活性指標試驗。

減水劑的使用需要與水泥做適應性試驗，通過減水劑的多組分復配解決坍落度損失、泌水、泌漿、緩釋、離析或扒底等情況。

[1] GB 50119—2013．混凝土外加劑應用技術規范[S]．

[2] 于東威．預拌混凝土[M]．北京：中國建筑工業出版社，2013．

[3] 鄧其林．淺析聚羧酸高性能減水劑與水泥適應性[J]．福建建材，2014(8): 38-39．

[4] 林燕妮．水泥與高效減水劑相容性的研究[J]．福建建材，2005(1): 25-28．

［通訊地址］福建省廈門市海新路東側新垵嶺（361022）

Analysis on adaptability of binder to concrete chemical admixture

Jiang Tao
(Xiamen Haitou Building Materials Co., Ltd., Xiamen361022)

In the engineering application, it is often encountered in the problem of adaptability of concrete chemical admixture, and it has a great relationship with the binder component. This paper mainly analyzes the problems existing in the daily work and the adaptability of chemical admixture, and puts forward the corresponding solutions.

binder component; chemical admixture; adaptability

江濤，男， 高級工程師，工商管理碩士， 現任廈門海投建材公司總工。