如何調(diào)整外加劑在混凝土中的相容性

李國宏，余春榮，陳清，耿加會

（1. 舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；2. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，北京 100024）

如何調(diào)整外加劑在混凝土中的相容性

李國宏1，余春榮2，陳清1，耿加會1

（1. 舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；2. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，北京 100024）

外加劑是現(xiàn)代混凝土必不可少的組分，外加劑的使用促進了混凝土技術(shù)的革新。在使用的過程中，外加劑與混凝土原材料不相容的問題經(jīng)常出現(xiàn)。為了避免在調(diào)整外加劑與混凝土原材料相容性過程中的盲目性、無序性，筆者根據(jù)實踐，將外加劑復配采用分步處理方法，將復雜的問題簡單化、程序化，先凈漿，再砂漿，最后混凝土試驗確定外加劑復配配方。

外加劑；原材料；混凝土；相容性；分步法復配

0 概述

商品混凝土經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，外加劑在混凝土使用過程中表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能已被業(yè)界廣泛認可。由于混凝土原材料復雜多變，再加上環(huán)境等影響因素，外加劑與混凝土原材料的相容性差的問題時常出現(xiàn)。國內(nèi)專家學者針對這一問題進行了大量的試驗研究，在外加劑相容性的問題上取得了巨大的進步。但是，至今也沒有找到一個從根本上解決問題的辦法，混凝土及外加劑生產(chǎn)一線的技術(shù)人員主要依靠經(jīng)驗解決相容性的問題，在方法上存在很大的盲目性。筆者根據(jù)外加劑復配的經(jīng)驗，通過大量的試驗嘗試，利用分解理論將混凝土相容性問題分離成多個因素，逐個試驗分析。總結(jié)出采用分步解決混凝土各原材料與外加劑相容性的問題，此方法，僅供大家參考。

在使用外加劑的過程中經(jīng)常遇到與混凝土原材料不相容的問題，常見的外加劑在混凝土中相容性差的具體表現(xiàn)為：

（1）外加劑用量大，混凝土初始坍落度偏小，擴展度更小，通俗說法就是“打不開”；

（2）混凝土坍落度損失快，出機后混凝土和易性很差，坍落度和擴展度迅速損失，5～10min 內(nèi)完全損失；

（3）混凝土坍落度和擴展度都不小，混凝土泌水，有時會滯后 1～3h 泌水并且量大；砂漿包裹不住石子，發(fā)生離析，但卻并未伴大量泌水；

（4）混凝土對外加劑摻量敏感，摻量低時坍落度偏小，增加摻量可以滿足坍落度要求，混凝土泌水嚴重，30min 后坍落度損失嚴重。

1 影響外加劑相容性的因素

在混凝土中，影響外加劑相容性的因素很多，大致可以分為：外加劑自身的特點、水泥、礦物摻合料、砂石的質(zhì)量、環(huán)境等因素。這些影響因素有時不是單一的，而是多個因素相互影響、共同作用的結(jié)果。影響外加劑相容性的因素不同，解決的辦法也不相同。具體采用哪種解決方案，要進行充分的試驗和具體的分析，對癥下藥，才能從根本上解決外加劑在混凝土中不相容的問題。

1.1 外加劑

減水劑是外加劑的主要品種，減水劑占外加劑總量的80%～90%。目前，市場上常見的高效減水劑主要有二類：一類是萘系及脂肪族類為代表的傳統(tǒng)高效減水劑，此類減水劑的減水性能相似，但萘系的含氣量稍高于脂肪族高效減水劑，脂肪族高效減水劑的緩凝性及泌水高于萘系產(chǎn)品；另一類是以聚羧酸鹽系、氨基磺酸鹽系（因價格高未大規(guī)模使用）為代表的高性能減水劑。我國的聚羧酸減水劑主要有兩種：一種是通常呈微黃色的聚醚類；另一種是通常呈現(xiàn)暗紅色的聚酯類。由于酯類的生產(chǎn)工藝相對復雜，現(xiàn)在市場上常見的是醚類產(chǎn)品。一般酯類的引氣性及保坍性能高于醚類，醚類的減水率較高，性能較穩(wěn)定。聚羧酸系減水劑的合成原料和工藝的差異（如聚羧酸減水劑在合成過程中需要先消泡再引氣的工藝，所使用消泡劑與引氣劑的差別也影響聚羧酸減水劑產(chǎn)品的性能），造成聚羧酸減水劑產(chǎn)品的性能有很大的差別。聚羧酸減水劑的合成工藝直接影響外加劑的分子結(jié)構(gòu)，原材料的質(zhì)量與生產(chǎn)管理決定了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，聚羧酸減水劑可以分為保坍型、早強型、引氣型、高減水型等。聚羧酸減水劑與水泥存在相容性問題，對礦物摻合料，甚至對骨料的品質(zhì)也存在相容性問題。聚羧酸減水劑也存在與傳統(tǒng)外加劑相容性的問題（如在有 Na2SO4存在的情況下，聚羧酸減水劑減水率變差），聚羧酸減水劑的復配技術(shù)難度大，而且復配技術(shù)尚不成熟，許多結(jié)論還存在很大爭議。

在進行外加劑復配工作前，應熟悉外加劑的品種、性能及優(yōu)缺點。外加劑種類不同，性能會有很大的差別，使用效果也會大相徑庭。減水劑自身的合成工藝對相容性有重要的影響。例如，萘系和脂肪族高效減水劑合成本身就影響產(chǎn)品的質(zhì)量，磺化程度影響減水劑的分散性，分子量、分子分布及聚合度聚合性質(zhì)影響減水率。針對這些產(chǎn)品的不同特點進行復配，是有效解決外加劑相容性差的方法之一。

1.2 混凝土原材料對外加劑相容性的影響

水泥的主要成分為 C3S、C2S、C3A 及 C4AF，這些礦化成分其吸附活性順序通常認為應該是 C3A＞C4AF＞C3S＞C2S，一般來說，水泥 C3A 和 C4AF 的比例越大, 則減水劑的分散效果越差[1]。水泥中的石膏與 C3A 反應生成 AFt（鈣礬石）包裹在 C3A 的表面，阻止 C3A 的進一步水化，而水泥漿體中的可溶性的堿可以促進 C3A 的溶出，增加溶液中 C3A 的數(shù)量，可見，水泥中的 C3A、SO3及堿三者的平衡對水泥與外加劑的相容性有十分重要的作用，凡是影響三者平衡的因素，都會影響到外加劑在混凝土中的相容性[2]。另外，水泥的溫度、細度等因素也會影響水泥與外加劑在混凝土中的相容性。

粉煤灰、礦渣粉、硅灰、爐渣、煤矸石等礦物摻合料，其所需浸潤水量與水泥在相同數(shù)量級上，其成分性能的變動也造成與減水劑“相容性”的變化。特別是粉煤灰中作為燒失量成分的未燃煤，實乃焦炭顆粒，是強吸附劑，能大量吸附減水劑，其含量變化當然明顯影響粉煤灰與減水劑的“相容性”。又如煤渣、煤矸石等，或含有多孔材料成分，其孔隙內(nèi)吸入的拌合水較多，溶解于水中的外加劑也將隨之被吸收，這種情況也影響著對減水劑的“相容性”。

砂、石在混凝土中占 70%～80%，砂、石的質(zhì)量直接影響混凝土的質(zhì)量，砂、石的含泥量和石粉含量對外加劑的影響都不容忽視，尤其是使用聚羧酸減水劑時，影響更加突出。有研究表明[3]，粘土礦物高嶺土和伊利石對減水劑的吸附量很大，分別是水泥的 5～10 倍和 2～5 倍，膨潤土的吸附量更幾乎是水泥的 50 倍左右。所以，含泥量嚴重影響著砂、石對外加劑的“相容性”。至于石粉，不同于泥粉，對外加劑的吸附很小，但因粉粒徑接近于摻合料，也是需要“浸潤水份”的，石粉含量變化大也會引起拌合物稠度變化，顯得影響著砂、石對減水劑的“相容性”。

2 混凝土與外加劑相容性分步調(diào)整

影響外加劑在混凝土相容性的因素很多，調(diào)整外加劑與混凝土原材料的相容性也是一項復雜的工作。只有找到影響外加劑在混凝土相容性的原因，才能有的放矢，有效避免調(diào)整方案的盲目性，最終找到最佳的解決方案。筆者將各種原材料分解開，一個一個地分析，找到影響外加劑相容性的根本原因。

2.1 初步確定外加劑配方

2.1.1 凈漿流動度試驗

根據(jù) GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》規(guī)定的試驗方法：水泥 300g；水 87g；外加劑摻量——萘系、脂肪族類摻量（折固）0.6% 左右，固含量的 20% 聚羧酸摻量 0.4%～0.6%。萘系、脂肪族類摻量（折固）0.6% 左右。在進行水泥凈漿實驗時，為避免外加劑成分之間相互干擾，只使用水泥和減水劑母液進行試驗，不加入其他復配外加劑（俗稱“小料”）。觀察水泥與減水劑的相容性，若水泥凈漿流動度達到 220mm 左右，固含量的 20% 聚羧酸類摻量 0.4%～0.6% 時，流動度達 250mm 左右，漿體有適量的氣泡且漿體有光澤，則說明該減水劑與水泥相容性較好，可以直接進行下步復配試驗。

對于遇到水泥凈漿流動度 ＜140mm 的情況，根據(jù)上述影響因素分析，我們可以初步判斷可能是由于 C3A、SO3與堿三者平衡關(guān)系遭到破壞，不能有效地控制水泥的水化。采用添加新的外加劑辦法，調(diào)節(jié) C3A、SO3與堿三者平衡關(guān)系的方法進行調(diào)整。為了便于觀察新添加的外加劑對凈漿的影響，先通過提高用水量或改變減水劑摻量的方法，將水泥凈漿流動度調(diào)到 180mm 以上。再通過調(diào)節(jié) C3A、SO3與堿三者平衡關(guān)系來解決水泥與減水劑的相容性。攪拌站所使用的水泥，C3A的含量是固定的，也很難進行調(diào)整，僅能改變 SO3和堿的含量來使 C3A、SO3與堿三者之間的關(guān)系達到平衡?？梢詤⒄振T浩[4]測 pH 值的辦法，先測水泥的 pH 值：用三份水溶解一份水泥，充分攪拌后沉淀澄清，取一滴清液滴在 pH 試紙上，觀察試紙背面變色程度以確定水泥的堿性（一般 pH 值在 12 以上），初步判斷水泥的堿性。偏高也就是 SO3少了，要再加少量含 SO3的鹽，偏低應當把外加劑 pH 值略微用堿調(diào)高。

在調(diào)節(jié) C3A、SO3與堿三者之間平衡時，也要注意減水劑自身的特性。萘系高效減水劑在合成的過程中不可避免地含有 Na2SO4，而脂肪族高效減水劑是在堿性環(huán)境下合成的，脂肪族的 pH 值較高。了解這些特性，可以根據(jù)各自的優(yōu)點進行復配使用，調(diào)節(jié) SO3和堿與 C3A 的平衡，有時也會取得良好的效果。

在水泥與外加劑凈漿試驗做到滿意的流動度以后，接著按照生產(chǎn)實際 C30 混凝土配合比將水泥、粉煤灰、礦粉所占的百分比，再按 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行凈漿流動性試驗，測試初始的凈漿流動度及經(jīng)時損失與水泥凈漿流動度時的差別。一般情況下，由于礦物摻合料的礦物組成、顆粒級配、顆粒形態(tài)與水泥的差別，摻加礦物摻合料后初始凈漿流動度會增加，經(jīng)時靜漿流動度損失會減少，外加劑的相容性得到一定改善。如果發(fā)現(xiàn)加入礦物摻合料后初始凈漿流動度及經(jīng)時損失明顯變差，則礦物摻合料的對外加劑相容性產(chǎn)生不利的影響。此時，將三元膠凝材料改為二元膠凝材料，再進一步試驗確認是哪種材料有問題。

2.1.2 添加緩凝組分控制凈漿流動度損失

確認按照 C30 混凝土配合比的膠凝材料比例的凈漿流動度滿足復配要求后，緊接著用調(diào)整緩凝劑摻量的辦法控制 1h凈漿流動度損失不超過 30mm，根據(jù)試驗結(jié)果找出一、二種較好的復配組分并確定各組分的復配摻量。

由于水泥中的 C3A 的水化受到石膏的抑制作用，因此，緩凝劑的大部分作用是針對 C3S 的水化而發(fā)生作用的。不宜使用過多的緩凝組分，防止各緩凝組分之間相互影響。一般選用對 C3S 作用好的葡萄糖酸鈉作為緩凝組分進行試驗，如果保坍效果不佳，可以采用兩種組分復合使用。常用的復合組合：對于礦物成分 C3S 含量多的水泥，可以采用葡萄糖酸鈉或其他羥基羧酸鹽，六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉；對于 C3A 含量多的水泥，采用葡萄糖酸鈉，復合三聚磷酸鈉、硼砂、改性淀粉、糊精（DE 值在 20 以上）；C4AF含量偏高的水泥，用三聚磷酸鈉比其他磷酸鹽有效；對于C3A、C4AF 含量偏高的水泥，聚羧酸減水劑的保坍效果優(yōu)于萘系等傳統(tǒng)高效減水劑。另外，單糖對葡萄糖酸鈉有增效作用，這也是在高溫環(huán)境下，液體葡萄糖酸鈉的效果好于粉劑葡萄糖酸鈉的原因。

若外加劑的摻量是膠凝材料的 2%，一般葡萄糖酸鈉的用量在 20～40kg/t 左右，用葡萄糖酸鈉復合三聚磷酸鈉、硝酸鋅或硫酸鋅、糊精按克分子比 3:1。

在復合使用緩凝保坍組分時，應注意各組分份的的使用摻量的上限，并考慮各組分疊加后的緩凝性能。防止各組分緩凝摻量疊加過高，造成緩凝事故，并根據(jù)氣溫變化及時調(diào)整摻量。另外，在復合使用防凍劑、膨脹劑、早強劑等外加劑時，應通過試驗重新確定各組分的使用摻量。

2.2 確定外加劑最佳復配配方

按照 GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術(shù)規(guī)范》中附錄 A《混凝土外加劑相容性快速試驗方法》的相關(guān)規(guī)定測試，砂漿配比為去除石子的工程實際混凝土施工配合比，砂漿的水膠比與混凝土的水膠比相比低 0.02，聚羧酸減水劑應按混凝土配合比摻量降低 0.1%，砂漿數(shù)量不宜少于 1L，砂漿擴展度應達到 (350±20)mm。然后分別測試經(jīng)時 30min 或60min 的砂漿流動度，單位為 mm。用 GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術(shù)規(guī)范》中附錄 A“混凝土外加劑相容性快速試驗方法”既可以有效地判定減水劑之間的差異，也可以有效判定外加劑與混凝土使用的砂之間的相容性。

在外加劑相容性的調(diào)整過程中，經(jīng)常會遇到的凈漿試驗與混凝土試驗的相關(guān)性差的情況。這是由于 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》水泥凈漿試驗方法的水膠比是 0.29（或 0.35）與 GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術(shù)規(guī)范》的砂漿試驗方法的水膠比可能會不相同，水膠比的差異會造成水泥中 C3A、SO3與堿溶解度的不同。因此，在試驗前，應在保持母體用量不變的情況下，對外加劑的復配成分做調(diào)整。有以下幾個配方：（1）原配方不變；（2）原配方的緩凝成分不變，按照 0.29/砂漿水膠比對補充的 SO3與堿進行調(diào)整；（3）將原配方的復配成分均按照 0.29/砂漿水膠比進行調(diào)整。最后觀察這三種外加劑配方哪一個配方更優(yōu)。

2.3 混凝土試驗檢驗外加劑復方

經(jīng)過上述相關(guān)的試驗，基本上可以確定外加劑的復配配方，進行最后一步試驗——在混凝土中檢驗這個復配配方。

用生產(chǎn) C30 配合比做混凝土試驗，不宜少于 10L，加入混凝土的全部材料，數(shù)量也擴大 10 倍以上，試驗結(jié)果有可能需要調(diào)整，大可不必重新推倒重來，增加高效減水劑用量也是有必要的。外加劑凈漿試驗做成功混凝土有可能不行，如果凈漿試驗都不行，用在混凝土中更不行。

遇到混凝土離析、泌水時，我們可以通過摻用糊精、纖維素、酰胺等保水組分進行調(diào)整。加入適量的引氣劑也可以有效防止離析泌水，尤其是聚羧酸減水劑加入引氣劑后，在減少泌水的同時，又能保持坍落度損失。此外，降低用水量，減少外加劑摻量，增加砂率及細粉料用量也能有效控制泌水、離析。因此，在很多情況下僅僅靠調(diào)整外加劑的辦法很難得到滿意的結(jié)果，配合比的調(diào)整也是十分必要的。

外加劑在混凝土中每方就那么六、七公斤，作用有限，外加劑不是“萬能藥”，僅僅靠外加劑解決不了所有的問題。有時根據(jù)混凝土試驗反應出的結(jié)果，靈活調(diào)整混凝土配合比的砂率、骨料的級配、膠凝材料種類及用量可以取得良好的效果。在調(diào)整外加劑在混凝土適應性的問題上，其實只有 40% 的問題用外加劑可以解決，約 30% 的問題可以通過混凝土材料和配合比解決，剩下的 30% 通過同時調(diào)整混凝土配合比和外加劑或通過水泥廠來調(diào)整，通過水泥廠調(diào)整比調(diào)整外加劑更有效。

3 結(jié)語

外加劑在混凝土中的相容性是一個綜合性、復雜的、多變的的問題，涉及到水泥、礦物摻合料以及骨料砂石的質(zhì)量都影響到外加劑的使用。外加劑在混凝土原材料中用量最小，外加劑不是“萬能藥”，解決不了混凝土的所有問題。

筆者在工作中使用的分步解決外加劑在混凝土中相容性的方法，看似復雜，實際上避免了外加劑組分之間的相互干擾，可以準確判斷問題的根源所在。在使用的過程中可以不必嚴格按照步驟進行，也可以做過凈漿試驗一步過度到混凝土試驗，但砂漿試驗對聚羧酸減水劑的應用價值更高。

[1] 耿加會．混凝土坍落度損失與對策[J]．商品混凝土，2012(05): 36-37．

[2] 楊華，耿加會．調(diào)整外加劑在混凝土中相容性方法探究[J]．商品混凝土，2012(10): 25-27．

[3] 王子明，程勛，李明東．不同粘土對聚羧酸減水劑應用性能的影響[J]．商品混凝土，2010(03): 24-26．

[4] 馮浩．甄別及調(diào)整外加劑與水泥相容性的試驗方法[J]．混凝土世界，2011(11): 34-36．

［通訊地址］河南省舞陽縣（人民路東段）惠達公路工程有限公司（462400）

李國宏（1966—），男，總經(jīng)理，主要從事混凝土技術(shù)研究、外加劑復配。