水泥混凝土外加剂与水泥适应性的影响因素

李昊霖 LI Hao-lin

（安徽省公路桥梁工程有限公司，合肥 230031）

0 引言

适应性又被称为相容性，如果将外加剂加入到符合国家要求的水泥当中，能够得到预期的使用效果，就表示水泥和外加剂相适应，否则表示水泥和外加剂不适应。例如，通过对减水剂的合理应用，可以在使用相同水量的情况下，提升水泥的流动性，有效降低混凝土的单方用水量。如果从广义上来进行分析，适应性又可以理解水泥浆的流动性、凝结时间和强度变化等。

1 影响因素

1.1矿物组成 其主要因素为C3A和C4AF的含量，如果这些成分含量相对较低，水泥和减水剂的适应性就会相对较好，其中C3A对适应性的影响相对较强。这主要是由于减水剂首先吸附C3A和C4AF。另外，C3A的水化速度要比C4AF强，并随着水泥细度的增加不断增加。如果在水泥当中包含较多的C3A成分，就会直接导致溶解于硫酸盐的水分相对变少，从而导致产生的硫酸根离子量变少。

1.2细度 如果水泥越细，其比表面积就会相对较大，絮凝作用也就会变得更加明显。为了避免出现这种絮凝结构，就需要在其中加入一定量的减水剂。为了得到足够的流动效果，就需要在一定程度上增加对减水剂的使用。在通常的情况下，如果水泥越细，水泥的比表面积相对较高，减水剂对水泥饱和掺量的影响就会增大，难以保证水泥浆体的流动性。因此，在实际配置水灰比较高混凝土过程中，应该认真做好水比面积的控制工作，保证水泥与减水剂具有较强的适应性[1]。（图1）

图1 水泥混凝土外加剂加入装置

1.3水泥颗粒的级配 水泥颗粒级配对水泥适应性的影响主要体现在水泥颗粒当中微细粉含量差异上，特别是其中小于3微米颗粒的含量，其对减水剂吸附性的影响最为直接。水泥当中小于3微米的颗粒含量随着随着水泥生产厂家的不同差异较大，通常会分布在8-18%之间。在使用开流磨系统之后，水泥比表面积得到了很大的提升，其对水泥与减水剂适应性的影响最为直接。

1.4水泥颗粒的圆形度 各种提升水泥圆形度的方法非常多，在过去通常会采用水泥粒子避免棱角磨去的方法，但在实际作业过程中，容易出现大量的微细粉颗粒，对水泥性能的影响非常直接。为了有效解决这个问题，可以直接采用圆形钢球磨粉技术，能够在很大程度上提升水泥颗粒的球化程度，还可以降低作业损耗，缩短水泥磨粉时间。在水泥颗粒的圆形度提升之后，虽然对减水剂饱和掺量影响不是非常大，但可以在很多程度上提升水泥浆体的初始流动度，在减水剂使用量较小的情况，这个现象会更加明显。另外，在提升水泥颗粒圆形度之后，还可以在一定程度上提升水泥浆体的流动度。

1.5混合材料 在当前我国水泥使用过程中，往往会出现掺杂其它材料一同进行使用的情况。这些混合材料通常会包括高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石、沸石粉、石灰石等。经过大量实践证实，如果使用减水剂和粉煤灰作为混合材料，能够得到相对较好的水泥适应性。如果采用火山灰、煤矸石作为混合材料，难以得到较好的混合适应性，为了得到较好的减水效果，就需要使用更多的减水剂。如果在混合材料当中包含粉煤灰或者沸石，通常来说烧失量与细度火山灰有着非常直接的关系，烧失量越少，需要水量就相对较大，火山灰性越高。经过大量实践证明，混合材料对水泥与减水剂的适应性主要体现在如下几个方面：①如果是采用矿渣来代替水泥浆体，随着替代率的提升，浆体处置流动性也就越强。②如果直接使用粉煤灰来替代水泥浆体，在替代料超过30%之后，其初始流动性可以得到很多程度的降低。③如果直接使用沸石来替代水泥，容易导致浆体初始流动性不足情况的发生。在通常的情况下，随着矿渣替代率的增加，水泥浆体流动保持性就会得到增强。在粉煤灰增加的情况下，浆体的流动损失率会在一定程度上增加。在沸石替代率超过15%时，浆体流动损失情况会表现得非常明显。

1.6外加剂种类对水泥净浆流动性的影响 在本次实际试验过程中，直接使用的是江苏博特有限公司生产的萘系外加剂和聚羟酸高性能外加剂。外加剂对水泥流动性的影响，如图2所示。从图2分析可知，在不考虑外界因素作用下，不论是水泥磨粉20分钟，还是粉磨30分钟，外加剂的2的使用效果好明显好于外加剂1。通过在混凝土中掺入一定比例的外加剂，外加剂憎水基团会定向吸附在水泥颗粒表面，亲水基团会指向溶液，从而有效构成吸附膜。由于外加剂存在定向吸附作用，会让水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，在同性相斥的作用下，让水泥在加水初期形成絮凝状结构的分散体，从而让絮凝状结构可以从水中释放出来，从而在一定程度上提升水体的流动性。与其它外加剂相比，聚羟酸类外加剂一个主要特点是可以在主链上形成不同作用的基团，一般情况下羟酸外加剂对水泥的流动性会影响更大，在高强度混凝土制备过程中，加入一定比例的聚羟酸外加剂，可以起到更好的制备效果。但在聚羟酸系外加剂使用过程中，其对水泥原材料的性能有着相对较高的要求，在实际使用过程中，容易出现拌合物粘稠、粘底的情况现象，建筑在后期使用过程中还容易出现泌水和分层的现象，在拆模之后还容易出现麻面、砂线、气孔现象，这与聚羟酸类外加剂与水泥、矿物掺合料不相容因素有着非常直接的关系，聚羟酸外加剂是所有种类外加剂中与水泥适应性最差的一种外加剂，外加剂种类对水泥初始净浆流动度的影响如图2所示。

图2 外加剂种类对水泥初始净浆流动度的影响

1.7搅拌时间与搅拌速度的影响 搅拌时间长短对混凝土含其量及混凝土外加剂对混凝土的分散效果，有着相对比较直接的影响，并间接对混凝土工作性和力学性能、耐久性造成影响。如果搅拌机运行速度过快，容易对水泥当中的胶体结构和水泥颗粒表面的双电层膜造成破坏，最终导致混凝土凝结时间、坍落度受到非常大程度的影响，需要将其搅拌速度控制在1.5-3分钟。如果采用是干掺法，通过对减水剂合理进行使用，可以保证混凝土扮匀效果。如果需要采用溶液进行掺加，在配置减水剂过程中，需要将水从拌和中扣除掉，从而保证水灰比设计合理性。为了保证混凝土的坍落度，让减水剂的作用得到充分的发挥，可以直接使用后掺法。与高效减水剂掺加方法不同，通过对后掺法合理进行使用，可以保证混凝土的易和性。如果需要采用搅拌车来运输混凝土，减水剂可以在卸料前2分钟加入到搅拌运输车当中，合理提升搅拌车搅拌速度，提升出料效果。

1.8环境温度和湿度所造成的影响 混凝土拌合物凝结时间、硬化速度和早期强度与养护温度有着非常直接的关系，加入减水剂之后，这种现象更加明显，凝结时间在20摄氏度以下效果会更加显著。一般情况下温度越高，水泥的水化速度越快，混凝土表面蒸发速度也会越来越快，混凝土内部的游离水会通过毛细管不断补充到混凝土表面，进一步加快水泥的水化效果，混凝土当中的游离水被大量蒸发而得到减少，从而进一步造成混凝土坍落度损失。此外，部分混凝土外加剂的缓凝效果在30摄氏度以上会大大降低。因此，如果需要在高温环境中进行作业，需要合理提升混凝土外加剂的掺加量，从而有效避免水分蒸发情况的发生。木钙具有一定的缓凝性，在浇筑较长时间后，才能具有一定的结构强度，在养护作业过程中，需要延长足够的静停时间，并科学对掺量进行设计，否则混凝土在使用过程中，容易出现比较严重的裂缝、表面疏松、起鼓现象。在使用高效减水剂的过程中，由于引气量相对较低，缓凝作用不能得到保证，在蒸养过程中不需要太长的静停时间。因此，在掺外加剂的过程中，应该认真做好相关养护工作，避免养护过程中出现严重的水分蒸发现象。

1.9水泥存放时间 在一般的情况下，水泥存放时间越短其就会显得越新鲜，水泥的塑化效果就会越差。越新鲜的水泥正电性就会越强，其吸附的离子性表面活性剂的数量也就会越多，对于刚加工完的水泥，其减水率较低且坍落度损失较快。对于保存时间较长的水泥，可以很好避免这些问题的出现。

1.10水泥当中的碱含量 碱含量多少对水泥与减水剂的适应性，也有着非常直接的影响。伴随着水泥碱含量的增大，水泥的塑化效果就会变差，在碱含量超过一定范围之后，还会对水泥的凝结时间和坍落度造成非常严重的影响。此外，水泥当中碱的形态对减水剂的使用效果，也有着非常直接的影响。在通常的情况下，如果碱以硫酸盐的形式存在，其对减水剂的影响效果要小于氢氧化物的存在形式。

1.11水泥当中的石膏 通过将水泥石膏加入到水泥当中，可以在很大程度上延缓水泥的水化作用，避免水泥和减水剂直接进行吸附，从而有效提升水泥与减水剂的适应性。根据大量研究显示，在水泥加入一定的石膏之后，可以有效减少减水剂在水泥矿物C3A上的吸附量，这主要是因为石膏与C3A可以发生反应并生成钙矾石，其会直接覆盖在C3A表面上，避免了C3A的进一步水化，这可以在很大程度上减弱C3A颗粒对减水剂的吸附作用。不同种类的石膏其溶解速率和溶解度差异较大，水泥石膏种类和含量对水泥与减水剂之间的适应性影响非常直接。水泥混凝土当中的孔隙液硫酸盐主要来自硅酸盐水泥形成的硫酸盐，其会对水泥水化反应和硅酸盐水泥混凝土的工作性，产生非常直接的影响。石膏当中的硫酸根离子在磨粉过程中经常会发生不同的变化，如果磨过程的温度较高，二水石膏就会出现部分脱水的现象，并形成半水石膏。如果磨机内部温度过高，就会在这个过程中形成大量的半水石膏，最终导致水泥假凝情况的发生。对于含碱性硫酸盐成分相对较少的水泥，在含磺酸基减水剂强烈吸附作用下，就会直接导致混凝土塌落度下降非常快，在可溶性硫酸盐含量增加时，吸附高效减水剂计量就会成准线性下降的趋势[2]。

1.12水泥助模剂 通过合理对水泥助磨剂进行使用，可以在很大程度上提升水泥粉磨效果。在国外很多水泥企业生产水泥过程中，经常会大量使用助磨剂。最近几年在我国实施水泥新标准之后，对水泥的强度和细度要求得到了提升，这对助磨剂的使用提出了更高的要求。当前，各种水泥助磨剂的种类非常多，我国助磨剂生产企业数量也呈现出不断增加的态势。各种水泥助磨剂生产厂家在研发经济、高效、使用方便助磨剂过程中，不断投入力量。但是，部分助磨剂生产企业过分看重生产成本，在助磨剂性能研究中投入的力量相对较少，对其使用效果造成了非常不良的影响：①使用含有卤盐的物质，容易导致混凝土内部钢筋锈蚀情况的发生。②使用过多的木质素磺盐，导致水泥与混凝土外加剂不相容的问题相对比较严重。③为了有效降低生产成本，经常会出现大量使用工业废料的情况，对混凝土的耐久性能，造成了非常不良的影响。在当前混凝土生产过程中，碱和氯离子含量、石膏种类、熟料矿物对水泥颗粒分布情况有着非常直接的影响。在助磨剂使用过程中，也不能牺牲水泥的耐久性。助磨剂组成相对复杂，只有合理对助磨剂进行使用，才能保证混凝土的使用效果。助磨剂生产企业在生产过程中，应该对企业的磨粉工艺全面了解，掌握助磨剂的类型和水泥颗粒级配[3]。

1.13施工配合比 施工配合比属于工程设计问题，但其对混凝土外加剂与水泥适应性有着非常直接的影响。根据相关资料显示，如果砂率过高，容易导致混凝土拌合物流动性降低现象的发生，坍落度损失非常大。另外，混凝土配合比当中的石子形状、吸水量、级配也会在一定程度上影响到混凝土的施工性、保水性、粘聚性、流动性、成型性。通过相关实验显示，通过降低水灰比可以在一定程度上提升混凝土的强度，在最佳用水量情况下，可以将水泥混凝土各项性能充分发挥出来，让其保塑性得到充分的改善，保证外加剂的浓度，提升外加剂与水泥适应性。

1.14其它因素的影响 外加剂本身因素、水泥品种、水泥温度（水泥温度对水泥泥浆流动性的影响如图3所示）等因素也是影响水泥和外加剂适应性的重要因素，不同原料生产厂家在原材料选择、生产工艺控制方面的差异相对较大。为了得到的水泥与外加剂适应性，就需要认真做好相关调查工作，掌握当前水泥市场的实际情况。如果条件允许，还应该认真做好水泥相关性能测试工作，掌握水泥的组成和比例，并认真开展相关适应性试验，尽量购买大厂家生产的水泥产品，并根据工程的实际情况，来选择水泥品种，避免由于水泥选择不当，对工程质量造成严重的影响。

图3 水泥温度对水泥泥浆流动性的影响

2 结语

随着时代的不断发展，对水泥混凝土的使用提出了更高的要求。水泥与外加剂的适应性对水泥的使用性能有着非常直接的影响。为了保证水泥和外加剂之间的适应性，就需要掌握对适应性影响的各种因素，然后充分做好适应性试验工作，避免适应性不足的产品流入到工程建设当中，更进一步保证工程施工质量。