水泥与聚羧酸系高性能减水剂适应性影响因素分析

马玉涛，马军委

(光明铁道控股有限公司，浙江 衢州 324400)

0 前 言

在预拌高强混凝土的过程中，水泥、减水剂是必不可少的组成材料之一，目前市面上常用的减水剂是聚羧酸系高性能减水剂(以下简称减水剂)。在预拌混凝土时水泥与减水剂适应性显得尤为重要。水泥与减水剂适应性一直是混凝土行业、水泥行业一直重视的问题之一，水泥与减水剂适应性的好坏也会影响到预拌混凝土的质量，因此，提高和确保水泥与减水剂适应性极其重要，本文主要对水泥与减水剂适应性的影响因素进行分析。

1 聚羧酸系高性能减水剂的优点

目前市面上减水剂多种多样，一般分为普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂这三个档次，在高强混凝土搅拌过程中常运用的是聚羧酸系高性能减水剂，高性能减水剂的应用，能够提高混凝土的强度和耐久性，具有独特的技术和高效的性价比。聚羧酸减水剂作为新型高性能减水剂的代表，具有减水率高、适应性好等优点，能增强混凝土的性能，同时对于混凝土的收缩问题也能有效解决，最重要一点是聚羧酸减水剂属于绿色材料，环保性好，适应当前建筑行业的发展和需求。

2 水泥与聚羧酸系高性能减水剂适应性差的影响

在运用同一种减水剂和配合比的情况下，由于水泥性能的不同会导致其适应性发生较大变化，例如减水剂应用于某批次水泥时取得的效果较好，但是当将减水剂应用到另一批次时其适用性出现问题，导致预拌混凝土的流动性能差，坍落度等无法满足设计要求。一般情况下，减水剂和水泥适应性较差时会导致混凝土出现以下情况：混凝土出现物料相互分离、泌水、分层现象；坍落度无法满足相应要求，损失比较快；混凝土凝结出现反常、强度和耐久性出现问题，还会导致混凝土出现温度裂痕等。

3 水泥与聚羧酸系高性能减水剂适应性的影响因素

3.1 水泥矿物组成

水泥的主要矿物成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙，不同水泥矿物成分对减水剂的吸附能力造成不一样的影响。研究表明，相对于硅酸盐矿物而言，铝酸盐矿物成分对于减水剂的吸附能力更强，因此，也导致其与减水剂的适应性变差，如若水泥中铝酸三钙含量高，会影响到硅酸三钙和硅酸二钙对聚羧酸系高性能减水剂的吸附能力，另外铝酸三钙的水化热大，导致水化反应速率增快，造成坍落度损失，进而在选择水泥熟料矿物时，对于铝酸三钙的含量一定要严加控制，避免铝酸三钙影响到水泥与减水剂的适应性。

3.2 水泥新鲜度

水泥存放时间、存放环境的温度等都会影响到水泥新鲜度。刚出厂的水泥新鲜度高、干燥、温度高、正电性强，对减水剂的吸附力较强，因此，这个时间段的水泥需水量大、坍落度损失快、易于迅速凝结，加上这个阶段水泥在磨细的过程中由于磨机温度高，导致水泥内的石膏组分易出现失水的现象，因此，水泥的新鲜度会对水泥与减水剂适应性产生影响。

3.3 水泥细度

水泥的细度也是影响水泥与减水剂适应性的主要因素之一，水泥细度的提高能提高水泥的强度，因此，一部分厂家不择手段提高水泥细度，但是水泥细度会影响到水泥的比表面积、外加剂使用量、絮凝作用、吸附能力等，例如水泥细度增大时，会导致水泥的比表面积增大，分散水泥分子时所需要的减水剂用量增加，水泥颗粒对于减水剂分子的吸附力变强，这一系列变化会影响到水泥与减水剂的适应性(如表1所示)。

表1 水泥细度对减水剂用量的影响

3.4 水泥碱含量

碱含量主要指的是水泥中碱物质的含量，水泥碱物质主要是为了帮助铝酸三钙和铁铝酸四钙的溶出，提高水泥颗粒对于减水剂的吸附能力，简而言之减水剂的塑化效果会随着水泥中碱含量的增加而变差，同时也会导致混凝土凝结时间出现异常、加速坍落度损失等问题(如表2所示)。因此，水泥中如若碱物质含量增大，会导致水泥和与减水剂适应性变差，致使混凝土的塑化变快，导致混凝土强度出现严重损失，同时对混凝土的质量和施工都造成危害，还会导致水泥凝结时间出现异常，混凝土早期强度偏低，因此控制好水泥中碱物质的含量，能有效把控水泥与减水剂的适应性。

表2 水泥碱含量占减水剂加适用性情况

3.5 水泥调凝组分(石膏)

一般在进行粉磨水泥熟料时，需要加入一定含量的石膏，作为调节水泥和混凝土凝结时间的外加剂，石膏的添加能够提高水泥和混凝土的工作性能。一般所添加的石膏分为无水石膏、半水石膏和二水石膏，这三者共同存在水泥之中，其中无水石膏的吸附能力最强，二水石膏的吸附能力最弱。因此，水泥之中石膏的组分比例也会成为影响水泥与减水剂适应性的因素。由于水泥在生产过程中，会使得水泥磨机温度增加，因而导致水泥中所添加的二水石膏出现失水现象，导致其变成无水石膏或者半水石膏，导致其吸附能力变强，也导致水泥与减水剂适应性发生变化。另外，水泥中调凝组分的掺入量也会影响到水泥与减水剂适应性，当所添加的石膏含量不足时，会导致石膏在水泥中不能完全溶解，导致石膏本身的作用无法发挥出现，导致水泥不能缓凝，致使水泥出现快速凝结现象；当所添加的石膏含量过多时，会导致水泥的凝结时间变得过于缓慢，致使混凝土强度受到影响，总而言之水泥调凝组分(石膏)也是影响水泥与减水剂适应性的重要因素之一。

3.6 混合材料种类

水泥与减水剂适应性还会受到混合材料种类、掺入量、细度等方面的影响，当水泥中掺入矿渣等混凝材料时，水泥与减水剂适应性较好，但是如果水泥中掺入煤灰质等混合材料时，水泥与减水剂适应性较差。另外不同规格的粉煤灰对于水泥与减水剂适应性的影响效果也不一致，当粉煤灰中富含球状玻璃体时，会影响减水剂的吸附量，使吸附量变小，粉煤灰中含碳量较高时，会导致水泥与减水剂适应性较差。

3.7 混凝土其他成分

在混凝土预拌过程中，除了添加水泥、减水剂等外，还需要添加其他成分，比如粗骨料、细骨料、掺合料等材料，确保所有材料之间有合理的搭配，因此，混凝土中所添加的粗骨料、细骨料、掺合料等材料也会影响到水泥与减水剂适应性。

3.7.1 粗骨料

混凝土的和易性会受到粗骨料的影响，当粗骨料的级配良好时，能提高水泥与减水剂适应性，同时粗骨料的颗粒形状和颗粒粒径都是影响其适应性的关键因素。另外当针片状材料所占比重较低时，不会对混凝土的坍落度和流动度产生不利影响，但当针片状石子含量较高时，则会影响到水泥与减水剂适应性，同时也对混凝土的强度造成不利影响。

3.7.2 细骨料

混凝土的细骨料主要是看砂子的细度，如若砂子过细会导致混凝土黏度增大，导致其比表面积增加，影响减水剂的吸附能力，使得水泥与减水剂适应性变差；如若砂子过于粗会导致混凝土包裹性达不到设计要求，使得混凝土出现离析问题。另外，砂子的含泥量也是影响到水泥与减水剂适应性的关键因素之一，含泥量过高会降低水泥与减水剂适应性。

3.7.3 掺合料

水泥含量过高会导致混凝土出现水化热现象，因此在预拌混凝土时常会选择适宜材料替代水泥，例如常见的粉煤灰、矿灰等，不仅能够节约施工成本，而且能提高混凝土的性能。但是粉煤灰、矿灰等掺合料的细度也成为影响水泥与减水剂适应性的一大因素，当掺合料的细度过于细时，会增加减水剂的吸附能力，当掺合料过粗时，会导致混凝土内部填充不充实，对于混凝土的工作性能产生不良影响。

4 水泥与聚羧酸系高性能减水剂适应性的改善措施

4.1 稳定水泥质量

1)在配料过程中要严格控制水泥矿物组成，特别是需要控制好铝酸三钙的含量，本次对铝酸三钙含量进行实验，通过实验发现，当铝酸三钙含量从8.5%逐渐下降至6.6%时，水泥与减水剂的适应性明显发生改变，可以看出水泥净浆流动度损失减小，同时初始流动度得到降低，在铝酸三钙含量降低的60 min内表现最为明显，因此，需将水泥中铝酸三钙的含量控制在7%左右。如若发现铝酸三钙的含量过高时，一定要做出相应的调整措施，例如采取后掺法，一定程度上提高减水剂的添加剂量。

2)在使用水泥过程中，如若发现水泥温度过高，要避免马上使用该水泥，应将水泥放置一段时间，待温度降低后再进行使用，最好是将放置时间控制在一天左右，有效避免影响水泥与减水剂适应性。

3)控制好水泥细度。在生产水泥时最关键的一步是控制好水泥细度，常用的水泥细度控制方法有比表面积控制法，确保水泥的细度处于可控范围内，保证水泥的颗粒配比科学合理。

4)确保水泥中的碱物质适中。在实际预拌混凝土过程中，要严格控制好水泥中的碱物质，保证碱物质的含量处于相对稳定状态，根据研究表明水泥中碱物质含量控制在0.4%～0.8%时，不会对水泥与减水剂适应性造成较大的影响，但是我国规定低碱水泥中的碱物质含量不得超过0.6%，因此，为了提高水泥与减水剂适应性，应将碱物质含量控制在0.4%～0.6%。

5)控制石膏的品种和掺入量。在水泥生产过程中添加石膏不仅可以节省其生产成本，而且不会对水泥性能造成影响，但是要注意所添加的石膏，应选用弹性较大的石膏，确保无水石膏、半水石膏、二水石膏的掺入能符合设计要求。

6)控制好混合材料的种类和掺入量。在掺入不同种类的混合材料时，首先需要控制材料本身的质量，确保不同种类的混合材料掺入时处于均匀状态。

4.2 调整好混凝土配比

在预拌混凝土时需要根据运输距离来调整混凝土配合比，例如在运输较远距离的混凝土时，加上初始坍落度比较大、坍落度损失速度较快，如若只是调整外加剂的掺入量和掺入手段是无法解决问题的，这时就需要调整好混凝土配比，在保证原本坍落度设计值的基础上，可以适当增加混凝土的首次坍落度，以此解决问题。

4.3 调整好减水剂的复配配方

当增加或者降低现有的减水剂掺量，都无法改善混凝土的工作性能时，就需要对减水剂的复配配方进行相应调整，通过更改母液、更改缓凝剂、引气剂种类等来调整减水剂的复配配方，以此提高水泥与减水剂适应性，确保混凝土的工作性能达到设计要求。

4.4 其他措施

要选择合适的细骨料和粗骨料，并且对其进行适当的清洗，确保含泥量符合设计要求；改进和完善水泥生产技术，生产出与减水剂相适应的低热水泥、低碱水泥、细度级配化水泥等；在满足技术规范和设计要求的基础上，尽量选择烧失量较小的掺合料，当需要选择两种及其以上的掺合料时，要减少使用影响减水剂适应性的掺合料。

5 结束语

矿物组成、水泥温度、水泥新鲜度、水泥细度、水泥碱含量、混合材料种类等都会对水泥与减水剂适应性造成影响，通过详细分析每个因素对水泥与减水剂适应性的影响情况，对提高混凝土性能提供参考。总而言之，在预拌混凝土时，要注意好水泥的物理性能、化学性能，注重减水剂的选择和配制，同时还需要注重混凝土的其他组成部分，例如粗骨料、细骨料、掺合料等，通过多方面的控制和改善来提高水泥与减水剂适应性，确保混凝土性能符合设计要求，提高其施工质量。

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