混凝土與外加劑適應(yīng)性分析

王 宏 高 飛 賀 濤（常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 常德 415000）

混凝土外加劑的特點是品種多、摻量少，在改善或提高新拌和硬化混凝土的性能中起著重要的作用。外加劑使用的普及程度是衡量一個國家混凝土技術(shù)水平高低的重要標志之一，特別是高性能外加劑與高性能混凝土已成為本世紀混凝土工程的“高新技術(shù)”[1，2]。

外加劑適應(yīng)性是指在混凝土生產(chǎn)過程中水泥與外加劑出現(xiàn)不良反應(yīng)，造成新拌混凝土工作性和其他性能出現(xiàn)問題的現(xiàn)象。

1 混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性

水泥與水接觸即發(fā)生水化反應(yīng)，機械攪拌過程使水泥分散成碎片，但這樣的分散體系是不穩(wěn)定的，特別是小粒徑的粒子更容易絮凝，一部分游離水被包裹在絮凝水泥粒子團中間，使游離水減少，拌合物稠度增大。外加劑的加入能夠破壞水泥顆粒絮凝結(jié)構(gòu)，提高水泥顆粒聚集體的分散度，改變結(jié)合水、吸附水和游離水的比例，提高水泥漿的流動性和穩(wěn)定性，水泥混凝土與外加劑的適應(yīng)性問題很大程度上與水泥有關(guān)。主要表現(xiàn)在減水效果低下或增加流動性的效果不好,凝結(jié)速度太快或緩凝,坍落度損失快，甚至降低混凝土強度等，造成混凝土不能順利泵送施工，混凝土不能從罐車中正常排放、堵泵、堵管，混凝土在罐車假凝造成報廢，澆注后假凝、過度緩凝使混凝土出現(xiàn)質(zhì)量問題。 這些不適應(yīng)的問題與外加劑的品種、作用機理、原材料的選用及制造工藝、水泥熟料礦物成份、細度及顆粒組成、石膏種類及其摻量、堿含量、摻合材料種類及摻量有關(guān)，其他如環(huán)境溫度、加料方式和外加劑用量也會產(chǎn)生影響[3,4]。

1.1 水泥礦物組份與化學(xué)成份的影響

水泥熟料的礦物組成和化學(xué)組成對外加劑吸附量的多少，對于流動性及強度增長有很大的影響。 水泥加水后C3A、C4AF 開始水化，吸附較多的外加劑；C3S、C2S 水化速度相對較慢，外加劑吸附量較少。外加劑吸附量依次為C4AF、C3S、C2S。水泥新標準實行后，水泥廠為提高強度而增加C3A 與C4AF，其含量越高，水泥與外加劑適應(yīng)效果越差[5,6]。

1.2 水泥細度與顆粒形貌的影響

為滿足水泥新標準的強度要求，提高水泥細度是最有效的辦法。 但水泥過細，一方面使水泥表面積增加，需水量大，另一方面使水泥中C3A、C4AF水化更快，加大了其對外加劑的吸附，降低了液相中外加劑濃度，增加了液體粘度，塑化效果變差，混凝土坍落度損失加快，導(dǎo)致混凝土坍落度經(jīng)時損失過大，不利于施工操作。

1.3 石膏與堿含量的影響

水泥常用石膏作調(diào)凝劑，石膏又分為二水石膏、半水石膏、硬石膏。

在C3A 含量偏高的水泥中，調(diào)凝劑用量過少，無論選何種石膏，凝結(jié)時間都會提前。 盡管水泥和外加劑都合格，也會影響適應(yīng)性，使混凝土工作性變差，坍落度損失加大。 半水石膏還會成為溶解性較差的硬石膏，影響適應(yīng)性、混凝土流動性，出現(xiàn)假凝。

含堿量越低，水泥與外加劑相容性越好，高含堿量導(dǎo)致需水量增大，塑性效果變差。

1.4 新鮮水泥存放時間與溫度的影響

新鮮水泥在生產(chǎn)后12 天內(nèi)對外加劑吸附量較大，大部分15 天后趨于正常。由于新鮮水泥干燥度高，而且溫度相當(dāng)高（達80℃～90℃），早期水化快、水化時發(fā)熱量大，所以需水量大，而且對外加劑的吸附量也大，同等摻量時，流動度變小，必然會產(chǎn)生對混凝土的需水量大、坍落度損失快、凝結(jié)時間短等許多怪現(xiàn)象[7]。 可通過調(diào)整增加外加劑摻量來解決新鮮水泥與外加劑不相容的問題，其調(diào)整幅度通過試驗調(diào)配視水泥新鮮的程度和對外加劑的適應(yīng)性而定。

2 外加劑與混凝土摻合料適應(yīng)性問題

混凝土生產(chǎn)中經(jīng)常要摻加一些摻合料，如粉煤灰、礦渣、沸石粉、硅灰等礦物摻合料，這些摻合料有時會出現(xiàn)外加劑適應(yīng)性問題，原因是摻合料的化學(xué)成份復(fù)雜，活性不同，與外加劑中的化學(xué)成分可能出現(xiàn)復(fù)雜反應(yīng)，從而出現(xiàn)與外加劑適應(yīng)性不良，表現(xiàn)為初始坍落度低或坍落度經(jīng)時損失大。比如粉煤灰含碳量高時，會由于碳吸附較多減水劑使坍落度下降；粉煤灰、沸石粉需水量過高時也造成坍落度下降；摻硅灰的混凝土變粘流動性差，礦渣相對外加劑適應(yīng)性稍好。出現(xiàn)摻合料與外加劑適應(yīng)性不好時，通常是在試驗基礎(chǔ)上改摻更合適的摻合料，但也可在泵送劑基礎(chǔ)上再摻加一定量高效減水劑，一般也能解決這個問題。但如果是水泥中摻合料與外加劑出現(xiàn)問題，則要考慮更換外加劑品種或?qū)Ρ盟蛣┲械哪承┏煞诌M行調(diào)整。

3 外加劑本身與混凝土的適應(yīng)性

混凝土外加劑均是表面活性劑，作用在混凝土組成材料表面，降低其表面能，以提高新拌混凝土的流動性和穩(wěn)定性。 不同外加劑特別是化學(xué)合成的高效減水劑，由于化學(xué)成分、分子結(jié)構(gòu)、極性和非極性基團的種類及其在分子中的數(shù)量、聚合度等的不同，其對水泥的適應(yīng)性也不相同。 同一類型的外加劑，由于生產(chǎn)廠家不同，原材料及生產(chǎn)工藝參數(shù)不同，其使用效果及與水泥的適應(yīng)性也不一樣[1,8]。

目前使用的外加劑，單獨使用一種的情況很少，基本上是復(fù)合外加劑[8,9]。如在使用泵送劑時，為提高早期強度加早強劑，為提高抗?jié)B性能加膨脹劑，為防凍害加防凍劑等，這種情況下經(jīng)常會出現(xiàn)外加劑適應(yīng)性問題。因為在多種外加劑復(fù)合使用時混凝土拌合物中存在多種化學(xué)組分，這些化學(xué)成分之間以及它們與水泥水化反應(yīng)之間可能出現(xiàn)的相互反應(yīng)變得非常復(fù)雜，甚至難以控制，出現(xiàn)適應(yīng)性不良的可能性增大。后果是混凝土出現(xiàn)假凝、速凝，或者過度緩凝甚至長時間不凝。如在配制高強與高性能混凝土?xí)r，高效減水劑的摻量通常要接近或等于其飽和摻量，需要特別注意控制高效減水劑的適宜劑量，需要與其外加劑和礦物摻合料使用，才能獲得預(yù)期的效果，對于不同的高效減水劑品種，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的敏感性不一樣，有時摻量在增減0.1%～0.2%范圍內(nèi)變動，就會從減水率還不夠理想躍變?yōu)榉€(wěn)定性不佳的另一極端，這種情況給混凝土配制和施工質(zhì)量控制都帶來不便，或者說更高的要求[10]。 不同生產(chǎn)工藝、種類或配方與摻量的外加劑對水泥適應(yīng)性有差別，應(yīng)通過試驗確定，選用質(zhì)量穩(wěn)定、適應(yīng)性好的外加劑；同時根據(jù)不同設(shè)計與施工要求，選擇相應(yīng)的各類外加劑，結(jié)合現(xiàn)場實際使用材料，進行試配，確定合理施工配合比與外加劑適宜摻量。

4 結(jié)語

經(jīng)驗表明混凝土生產(chǎn)過程中要注意保持水泥及外加劑品牌的相對穩(wěn)定，不要頻繁更換以免出現(xiàn)外加劑適應(yīng)性問題，在使用早強水泥及摻助磨劑的水泥時尤其要注意外加劑適應(yīng)性問題，早強水泥一般因為含有較多的C3A 或C3S，相對容易產(chǎn)生外加劑適應(yīng)性問題；助磨劑對物料的化學(xué)反應(yīng)有影響，能改變產(chǎn)品的顆粒形狀、尺寸和顆粒組成，再加上其本身的存在，必然會對水泥產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響。 而不同類型、不同品牌的多功能復(fù)合助磨劑對水泥產(chǎn)品性能的影響不一，使用中應(yīng)特別注意與外加劑相容性問題。 外加劑適應(yīng)性問題要從水泥品種、摻合料成分、外加劑組成成分以及配合比幾個方面著手,采取合理的措施,確?；炷辽a(chǎn)順利進行,避免因外加劑適應(yīng)性問題給商混企業(yè)帶來不必要損失。

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