水泥混凝土外加劑與水泥適應性的影響因素

李昊霖 LI Hao-lin

（安徽省公路橋梁工程有限公司，合肥 230031）

0 引言

適應性又被稱為相容性，如果將外加劑加入到符合國家要求的水泥當中，能夠得到預期的使用效果，就表示水泥和外加劑相適應，否則表示水泥和外加劑不適應。例如，通過對減水劑的合理應用，可以在使用相同水量的情況下，提升水泥的流動性，有效降低混凝土的單方用水量。如果從廣義上來進行分析，適應性又可以理解水泥漿的流動性、凝結時間和強度變化等。

1 影響因素

1.1礦物組成 其主要因素為C3A和C4AF的含量，如果這些成分含量相對較低，水泥和減水劑的適應性就會相對較好，其中C3A對適應性的影響相對較強。這主要是由于減水劑首先吸附C3A和C4AF。另外，C3A的水化速度要比C4AF強，并隨著水泥細度的增加不斷增加。如果在水泥當中包含較多的C3A成分，就會直接導致溶解于硫酸鹽的水分相對變少，從而導致產(chǎn)生的硫酸根離子量變少。

1.2細度 如果水泥越細，其比表面積就會相對較大，絮凝作用也就會變得更加明顯。為了避免出現(xiàn)這種絮凝結構，就需要在其中加入一定量的減水劑。為了得到足夠的流動效果，就需要在一定程度上增加對減水劑的使用。在通常的情況下，如果水泥越細，水泥的比表面積相對較高，減水劑對水泥飽和摻量的影響就會增大，難以保證水泥漿體的流動性。因此，在實際配置水灰比較高混凝土過程中，應該認真做好水比面積的控制工作，保證水泥與減水劑具有較強的適應性[1]。（圖1）

圖1 水泥混凝土外加劑加入裝置

1.3水泥顆粒的級配 水泥顆粒級配對水泥適應性的影響主要體現(xiàn)在水泥顆粒當中微細粉含量差異上，特別是其中小于3微米顆粒的含量，其對減水劑吸附性的影響最為直接。水泥當中小于3微米的顆粒含量隨著隨著水泥生產(chǎn)廠家的不同差異較大，通常會分布在8-18%之間。在使用開流磨系統(tǒng)之后，水泥比表面積得到了很大的提升，其對水泥與減水劑適應性的影響最為直接。

1.4水泥顆粒的圓形度 各種提升水泥圓形度的方法非常多，在過去通常會采用水泥粒子避免棱角磨去的方法，但在實際作業(yè)過程中，容易出現(xiàn)大量的微細粉顆粒，對水泥性能的影響非常直接。為了有效解決這個問題，可以直接采用圓形鋼球磨粉技術，能夠在很大程度上提升水泥顆粒的球化程度，還可以降低作業(yè)損耗，縮短水泥磨粉時間。在水泥顆粒的圓形度提升之后，雖然對減水劑飽和摻量影響不是非常大，但可以在很多程度上提升水泥漿體的初始流動度，在減水劑使用量較小的情況，這個現(xiàn)象會更加明顯。另外，在提升水泥顆粒圓形度之后，還可以在一定程度上提升水泥漿體的流動度。

1.5混合材料 在當前我國水泥使用過程中，往往會出現(xiàn)摻雜其它材料一同進行使用的情況。這些混合材料通常會包括高爐礦渣、粉煤灰、煤矸石、沸石粉、石灰石等。經(jīng)過大量實踐證實，如果使用減水劑和粉煤灰作為混合材料，能夠得到相對較好的水泥適應性。如果采用火山灰、煤矸石作為混合材料，難以得到較好的混合適應性，為了得到較好的減水效果，就需要使用更多的減水劑。如果在混合材料當中包含粉煤灰或者沸石，通常來說燒失量與細度火山灰有著非常直接的關系，燒失量越少，需要水量就相對較大，火山灰性越高。經(jīng)過大量實踐證明，混合材料對水泥與減水劑的適應性主要體現(xiàn)在如下幾個方面：①如果是采用礦渣來代替水泥漿體，隨著替代率的提升，漿體處置流動性也就越強。②如果直接使用粉煤灰來替代水泥漿體，在替代料超過30%之后，其初始流動性可以得到很多程度的降低。③如果直接使用沸石來替代水泥，容易導致漿體初始流動性不足情況的發(fā)生。在通常的情況下，隨著礦渣替代率的增加，水泥漿體流動保持性就會得到增強。在粉煤灰增加的情況下，漿體的流動損失率會在一定程度上增加。在沸石替代率超過15%時，漿體流動損失情況會表現(xiàn)得非常明顯。

1.6外加劑種類對水泥凈漿流動性的影響 在本次實際試驗過程中，直接使用的是江蘇博特有限公司生產(chǎn)的萘系外加劑和聚羥酸高性能外加劑。外加劑對水泥流動性的影響，如圖2所示。從圖2分析可知，在不考慮外界因素作用下，不論是水泥磨粉20分鐘，還是粉磨30分鐘，外加劑的2的使用效果好明顯好于外加劑1。通過在混凝土中摻入一定比例的外加劑，外加劑憎水基團會定向吸附在水泥顆粒表面，親水基團會指向溶液，從而有效構成吸附膜。由于外加劑存在定向吸附作用，會讓水泥膠粒表面帶有相同符號的電荷，在同性相斥的作用下，讓水泥在加水初期形成絮凝狀結構的分散體，從而讓絮凝狀結構可以從水中釋放出來，從而在一定程度上提升水體的流動性。與其它外加劑相比，聚羥酸類外加劑一個主要特點是可以在主鏈上形成不同作用的基團，一般情況下羥酸外加劑對水泥的流動性會影響更大，在高強度混凝土制備過程中，加入一定比例的聚羥酸外加劑，可以起到更好的制備效果。但在聚羥酸系外加劑使用過程中，其對水泥原材料的性能有著相對較高的要求，在實際使用過程中，容易出現(xiàn)拌合物粘稠、粘底的情況現(xiàn)象，建筑在后期使用過程中還容易出現(xiàn)泌水和分層的現(xiàn)象，在拆模之后還容易出現(xiàn)麻面、砂線、氣孔現(xiàn)象，這與聚羥酸類外加劑與水泥、礦物摻合料不相容因素有著非常直接的關系，聚羥酸外加劑是所有種類外加劑中與水泥適應性最差的一種外加劑，外加劑種類對水泥初始凈漿流動度的影響如圖2所示。

圖2 外加劑種類對水泥初始凈漿流動度的影響

1.7攪拌時間與攪拌速度的影響 攪拌時間長短對混凝土含其量及混凝土外加劑對混凝土的分散效果，有著相對比較直接的影響，并間接對混凝土工作性和力學性能、耐久性造成影響。如果攪拌機運行速度過快，容易對水泥當中的膠體結構和水泥顆粒表面的雙電層膜造成破壞，最終導致混凝土凝結時間、坍落度受到非常大程度的影響，需要將其攪拌速度控制在1.5-3分鐘。如果采用是干摻法，通過對減水劑合理進行使用，可以保證混凝土扮勻效果。如果需要采用溶液進行摻加，在配置減水劑過程中，需要將水從拌和中扣除掉，從而保證水灰比設計合理性。為了保證混凝土的坍落度，讓減水劑的作用得到充分的發(fā)揮，可以直接使用后摻法。與高效減水劑摻加方法不同，通過對后摻法合理進行使用，可以保證混凝土的易和性。如果需要采用攪拌車來運輸混凝土，減水劑可以在卸料前2分鐘加入到攪拌運輸車當中，合理提升攪拌車攪拌速度，提升出料效果。

1.8環(huán)境溫度和濕度所造成的影響 混凝土拌合物凝結時間、硬化速度和早期強度與養(yǎng)護溫度有著非常直接的關系，加入減水劑之后，這種現(xiàn)象更加明顯，凝結時間在20攝氏度以下效果會更加顯著。一般情況下溫度越高，水泥的水化速度越快，混凝土表面蒸發(fā)速度也會越來越快，混凝土內部的游離水會通過毛細管不斷補充到混凝土表面，進一步加快水泥的水化效果，混凝土當中的游離水被大量蒸發(fā)而得到減少，從而進一步造成混凝土坍落度損失。此外，部分混凝土外加劑的緩凝效果在30攝氏度以上會大大降低。因此，如果需要在高溫環(huán)境中進行作業(yè)，需要合理提升混凝土外加劑的摻加量，從而有效避免水分蒸發(fā)情況的發(fā)生。木鈣具有一定的緩凝性，在澆筑較長時間后，才能具有一定的結構強度，在養(yǎng)護作業(yè)過程中，需要延長足夠的靜停時間，并科學對摻量進行設計，否則混凝土在使用過程中，容易出現(xiàn)比較嚴重的裂縫、表面疏松、起鼓現(xiàn)象。在使用高效減水劑的過程中，由于引氣量相對較低，緩凝作用不能得到保證，在蒸養(yǎng)過程中不需要太長的靜停時間。因此，在摻外加劑的過程中，應該認真做好相關養(yǎng)護工作，避免養(yǎng)護過程中出現(xiàn)嚴重的水分蒸發(fā)現(xiàn)象。

1.9水泥存放時間 在一般的情況下，水泥存放時間越短其就會顯得越新鮮，水泥的塑化效果就會越差。越新鮮的水泥正電性就會越強，其吸附的離子性表面活性劑的數(shù)量也就會越多，對于剛加工完的水泥，其減水率較低且坍落度損失較快。對于保存時間較長的水泥，可以很好避免這些問題的出現(xiàn)。

1.10水泥當中的堿含量 堿含量多少對水泥與減水劑的適應性，也有著非常直接的影響。伴隨著水泥堿含量的增大，水泥的塑化效果就會變差，在堿含量超過一定范圍之后，還會對水泥的凝結時間和坍落度造成非常嚴重的影響。此外，水泥當中堿的形態(tài)對減水劑的使用效果，也有著非常直接的影響。在通常的情況下，如果堿以硫酸鹽的形式存在，其對減水劑的影響效果要小于氫氧化物的存在形式。

1.11水泥當中的石膏 通過將水泥石膏加入到水泥當中，可以在很大程度上延緩水泥的水化作用，避免水泥和減水劑直接進行吸附，從而有效提升水泥與減水劑的適應性。根據(jù)大量研究顯示，在水泥加入一定的石膏之后，可以有效減少減水劑在水泥礦物C3A上的吸附量，這主要是因為石膏與C3A可以發(fā)生反應并生成鈣礬石，其會直接覆蓋在C3A表面上，避免了C3A的進一步水化，這可以在很大程度上減弱C3A顆粒對減水劑的吸附作用。不同種類的石膏其溶解速率和溶解度差異較大，水泥石膏種類和含量對水泥與減水劑之間的適應性影響非常直接。水泥混凝土當中的孔隙液硫酸鹽主要來自硅酸鹽水泥形成的硫酸鹽，其會對水泥水化反應和硅酸鹽水泥混凝土的工作性，產(chǎn)生非常直接的影響。石膏當中的硫酸根離子在磨粉過程中經(jīng)常會發(fā)生不同的變化，如果磨過程的溫度較高，二水石膏就會出現(xiàn)部分脫水的現(xiàn)象，并形成半水石膏。如果磨機內部溫度過高，就會在這個過程中形成大量的半水石膏，最終導致水泥假凝情況的發(fā)生。對于含堿性硫酸鹽成分相對較少的水泥，在含磺酸基減水劑強烈吸附作用下，就會直接導致混凝土塌落度下降非?？欤诳扇苄粤蛩猁}含量增加時，吸附高效減水劑計量就會成準線性下降的趨勢[2]。

1.12水泥助模劑 通過合理對水泥助磨劑進行使用，可以在很大程度上提升水泥粉磨效果。在國外很多水泥企業(yè)生產(chǎn)水泥過程中，經(jīng)常會大量使用助磨劑。最近幾年在我國實施水泥新標準之后，對水泥的強度和細度要求得到了提升，這對助磨劑的使用提出了更高的要求。當前，各種水泥助磨劑的種類非常多，我國助磨劑生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量也呈現(xiàn)出不斷增加的態(tài)勢。各種水泥助磨劑生產(chǎn)廠家在研發(fā)經(jīng)濟、高效、使用方便助磨劑過程中，不斷投入力量。但是，部分助磨劑生產(chǎn)企業(yè)過分看重生產(chǎn)成本，在助磨劑性能研究中投入的力量相對較少，對其使用效果造成了非常不良的影響：①使用含有鹵鹽的物質，容易導致混凝土內部鋼筋銹蝕情況的發(fā)生。②使用過多的木質素磺鹽，導致水泥與混凝土外加劑不相容的問題相對比較嚴重。③為了有效降低生產(chǎn)成本，經(jīng)常會出現(xiàn)大量使用工業(yè)廢料的情況，對混凝土的耐久性能，造成了非常不良的影響。在當前混凝土生產(chǎn)過程中，堿和氯離子含量、石膏種類、熟料礦物對水泥顆粒分布情況有著非常直接的影響。在助磨劑使用過程中，也不能犧牲水泥的耐久性。助磨劑組成相對復雜，只有合理對助磨劑進行使用，才能保證混凝土的使用效果。助磨劑生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中，應該對企業(yè)的磨粉工藝全面了解，掌握助磨劑的類型和水泥顆粒級配[3]。

1.13施工配合比 施工配合比屬于工程設計問題，但其對混凝土外加劑與水泥適應性有著非常直接的影響。根據(jù)相關資料顯示，如果砂率過高，容易導致混凝土拌合物流動性降低現(xiàn)象的發(fā)生，坍落度損失非常大。另外，混凝土配合比當中的石子形狀、吸水量、級配也會在一定程度上影響到混凝土的施工性、保水性、粘聚性、流動性、成型性。通過相關實驗顯示，通過降低水灰比可以在一定程度上提升混凝土的強度，在最佳用水量情況下，可以將水泥混凝土各項性能充分發(fā)揮出來，讓其保塑性得到充分的改善，保證外加劑的濃度，提升外加劑與水泥適應性。

1.14其它因素的影響 外加劑本身因素、水泥品種、水泥溫度（水泥溫度對水泥泥漿流動性的影響如圖3所示）等因素也是影響水泥和外加劑適應性的重要因素，不同原料生產(chǎn)廠家在原材料選擇、生產(chǎn)工藝控制方面的差異相對較大。為了得到的水泥與外加劑適應性，就需要認真做好相關調查工作，掌握當前水泥市場的實際情況。如果條件允許，還應該認真做好水泥相關性能測試工作，掌握水泥的組成和比例，并認真開展相關適應性試驗，盡量購買大廠家生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品，并根據(jù)工程的實際情況，來選擇水泥品種，避免由于水泥選擇不當，對工程質量造成嚴重的影響。

圖3 水泥溫度對水泥泥漿流動性的影響

2 結語

隨著時代的不斷發(fā)展，對水泥混凝土的使用提出了更高的要求。水泥與外加劑的適應性對水泥的使用性能有著非常直接的影響。為了保證水泥和外加劑之間的適應性，就需要掌握對適應性影響的各種因素，然后充分做好適應性試驗工作，避免適應性不足的產(chǎn)品流入到工程建設當中，更進一步保證工程施工質量。