黨聚濤

摘 要：水泥與外加劑的相容性是影響混凝土質(zhì)量的重要因素。相容性要求外加劑適應(yīng)水泥，同時(shí)也要求水泥適應(yīng)外加劑。對外加劑和水泥的相容性有影響的主要因素包括以下三個(gè)方面：首先是水泥中的礦物成分以及調(diào)凝劑的狀態(tài)和摻量、水泥的新鮮程度和溫度、細(xì)度、堿含量等；其次是外加劑的分子量、化學(xué)性質(zhì)、磺化程度、平衡離子度和交聯(lián)度，緩凝劑的用量與種類等；還有時(shí)間、溫度、濕度等環(huán)境條件。

關(guān)鍵詞：適應(yīng)性；相容性；坍落度經(jīng)時(shí)損失；礦物成分；堿含量

混凝土外加劑以很少的摻量摻加在水泥混凝土中，能根據(jù)施工需要有效的對混凝土的工作性能及力學(xué)性能進(jìn)行改善。自進(jìn)入21世紀(jì)以來，高性能水泥混凝土的應(yīng)用越來越廣泛，外加劑對水泥的是否適應(yīng)的問題越來越重要。僅僅依靠調(diào)整外加劑配方來適應(yīng)水泥性能在技術(shù)上出現(xiàn)了很多難題，解決問題的方法必須轉(zhuǎn)向水泥與外加劑的相互關(guān)系，必須從雙向適應(yīng)考慮來尋找途徑，即不僅要求外加劑適應(yīng)水泥，某些時(shí)候也要通過調(diào)整水泥的礦物成分、細(xì)度等方式來適應(yīng)外加劑，使水泥與外加劑的相容。因此，產(chǎn)生了水泥與外加劑的“相容性”的概念。

1 水泥與外加劑相容性不好可存在一下具體表現(xiàn)

當(dāng)水泥、外加劑、水、砂石料、外摻料等混凝土原材料經(jīng)檢驗(yàn)均合格，依照理想的混凝土配合比，外加劑的摻量以及混凝土的拌制方法無誤時(shí)，若表現(xiàn)出以下情況，則說明水泥與外加劑的相容性不良：

（1）有減水效果的外加劑的實(shí)際減水率與用基準(zhǔn)水泥的檢測值有很大差距，新拌制混凝土的初始坍落度不滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）新拌制混凝土拌合物初始坍落度滿足設(shè)計(jì)要求，但坍損現(xiàn)象嚴(yán)重，新拌制混凝土無法滿足施工生產(chǎn)的需要。

（3）新拌制混凝土初始坍落度滿足設(shè)計(jì)要求，坍損小，但有泌水現(xiàn)象，有“扒底”、骨料包裹性不好等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致施工中出現(xiàn)堵泵等工程事故。

（4）在推薦摻量情況下，混凝土（或砂漿）卻出現(xiàn)了急凝、假凝等不正常凝結(jié)現(xiàn)象。

外加劑與水泥相容性的問題可以從以下三個(gè)方面找出原因及解決的方法：其一是水泥方面，其礦物成分以及調(diào)凝劑的狀態(tài)和摻量、水泥的新鮮程度及溫度、細(xì)度、堿物質(zhì)含量等，；其二是外加劑方面，如聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)、萘系減水劑分子量、平衡離子度、磺化程度和交聯(lián)度、緩凝劑的用量與種類等；三是環(huán)境條件，如時(shí)間、溫度、濕度等。

2 水泥的物理化學(xué)性能對兩者相容性的影響

2.1 水泥中所含礦物的影響

水泥中主要含有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣四種成分，它們對吸附減水劑的能力是不同，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣在水化初期其動電電位呈正值，因而較強(qiáng)的吸附減水劑，且鋁酸三鈣水化速度快于鐵鋁酸四鈣，減水劑首先被鋁酸三鈣吸附。硅酸三鈣、硅酸二鈣在水化初期其動電電位呈負(fù)值，所以它們吸附減水劑的能力比較差一些。

2.2 硫酸根離子的影響

在水泥漿體中，當(dāng)硫酸根離子能與鋁酸三鈣的量相適應(yīng)時(shí)，水泥漿漿體的相容性比較好。當(dāng)水泥漿體中硫酸根離子的濃度不能滿足鋁酸三鈣的量時(shí)，由于沒有足夠多的硫酸根離子抑制，鋁酸三鈣快速水化，它及它的初期水化物會大量吸附高效減水劑，降低了減水劑在液相中有效的濃度，使其無法發(fā)揮分散作用，混凝土坍損現(xiàn)象加劇。

2.3 礦物摻合料的影響

在實(shí)際應(yīng)用中，水泥中摻加的粉煤灰和礦渣會優(yōu)化水泥的塑化效果，摻加火山灰或煤矸石則不能產(chǎn)生良好的塑化效果。究其原因?yàn)榉勖夯业募?xì)粒大多為球型、磨細(xì)礦渣自身分散性能好，它們都有利于外加劑的分散；火山灰的比表面積較大，對外加劑的吸附作用很強(qiáng)，不利于外加劑的良好分散。另外摻入礦物外加劑是降低混凝土含堿量的一種方法。

2.4 堿物質(zhì)

水泥中的可溶性堿可導(dǎo)致水泥與外加劑的相容性變差，降低外加劑的塑化效果，增大混凝土坍損。但是，對于含硫酸鈉的水泥（或含有硫酸鈉的外加劑），由于堿物質(zhì)是以硫酸鹽的型式存在，硫酸鈉的溶解度和溶解速度都比石膏大得多，它產(chǎn)生的硫酸根離子與鋁酸三鈣反應(yīng)生成鈣礬石可以抑制水泥水化，從而抵消由于堿物質(zhì)增多對水泥的促凝作用以及由此引發(fā)的對水泥與外加劑相容性不良的作用。

2.5 細(xì) 度

水泥顆粒具有比較強(qiáng)的吸附性，細(xì)度大的水泥可以吸附大量的外加劑，導(dǎo)致外加劑不能產(chǎn)生應(yīng)有的作用，使混凝土坍損快，塑化效果變差。

2.6 水泥的制成時(shí)間和溫度

新制成的水泥有時(shí)溫度較高，因而水泥水化速度較快。當(dāng)其溫度超過75℃時(shí)，水化加速，使外加劑的塑化效果降低明顯。當(dāng)其溫度過高時(shí)，會造成二水石膏脫水，使水泥與外加劑的相容性明顯變差。

3 各種外加劑在相容性中的影響因素

3.1 普通減水劑

普通減水劑，大多有還原糖和多元醇等組分，而這些組分會影響水泥中某些調(diào)凝劑在水泥水貨過程中的溶出速度，導(dǎo)致鋁酸三鈣的反應(yīng)速度加快。當(dāng)水泥中含有較多的的鋁酸三鈣時(shí)，容易產(chǎn)生假凝現(xiàn)象。

3.2 萘系高效減水劑

萘系高效減水劑在生產(chǎn)過程中的磺化越完全，則其聚合物產(chǎn)生的的萘環(huán)越多，該減水劑在應(yīng)用時(shí)的分散作用就越好；其分子量的大小在對水泥的分散中也起這重要作用；萘系高效減水劑中存在的各種陽離子，如鈉離子、鈣離子等，它們分散效果和相容性效果也會有所不同。

3.3 醇類緩凝減水劑

醇類緩凝減水劑有時(shí)同普通減水劑一樣也造成混凝土假凝現(xiàn)象。但醚類、二甘醇和羥基羧酸鹽等緩凝劑不會引發(fā)硬石膏等溶解度降低，相反會使其增高（氟石膏除外）。

3.4 聚羧酸系減水劑

聚羧酸減水劑和水泥的相容性與減水劑的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，增加聚羧酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)中側(cè)鏈的長度和密度都有助于分散體系的穩(wěn)定。

3.5 復(fù)合外加劑組分之間的適應(yīng)性

3.5.1 普通減水劑與高效減水劑復(fù)合

各種高效減水劑中均可能含有一定量的硫酸鈉，普通減水劑如木鈣、糖鈣在生產(chǎn)過程中使用石灰中和，其產(chǎn)品為鈣鹽。所以在普通減水劑與高效減水劑復(fù)合時(shí)有些組合可能產(chǎn)生沉淀，如：糖鈣+萘系、木鈣+萘系、糖鈣+三聚氰胺、木鈣+三聚氰胺等，這些組合是不可取的，可以用木鈉代替糖鈣或木鈣，或用檸檬酸、酒石酸等代替糖鈣或木鈣。

3.5.2 含堿外加劑與減水劑組分之間的適應(yīng)性

含堿外加劑，如早強(qiáng)劑、膨脹劑、防凍劑等與減水劑之間存在著相容性問題。膨脹劑或早強(qiáng)劑可以大幅度降低高效減水劑的減水率，或使混凝土坍損加快。因此，減水劑或泵送劑與早強(qiáng)劑或膨脹劑復(fù)合使用時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定其是否相容，并確定適合摻量后方可使用。

4 時(shí)間、溫濕度等影響因素

時(shí)間、溫度、濕度在水泥與外加劑的相容性問題中也是很重要的。如混凝土的坍落度損失是隨時(shí)間而變大的，隨溫度的增加損失速率變快等等。

5 小 結(jié)

在水泥與外加劑關(guān)系的研究中，人們經(jīng)歷了從外加劑對水泥的適應(yīng)性到描述水泥與外加劑兩者之間相互關(guān)系的相容性的過程，這個(gè)概念的確立使我們在施工生產(chǎn)中能更科學(xué)的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。同時(shí)，水泥與外加劑的相容性這一觀點(diǎn)也可以促進(jìn)我國外加劑事業(yè)以及水泥生產(chǎn)的發(fā)展，規(guī)范企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，杜絕例如過分追求早期強(qiáng)度而提高水泥粉磨細(xì)度、混凝土生產(chǎn)追求強(qiáng)度增加水泥用量、外加劑用量而忽視混凝土的耐久性的問題等。只有建立科學(xué)的論證方法，才能使我國的混凝土工程得到良好的發(fā)展。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，對混凝土的工作性要求不斷提高，水泥與外加劑的相容性問題是不可回避的。對于水泥與外加劑相容性問題的研究最終是要在混凝土的施工生產(chǎn)中體現(xiàn)的，需要通過施工單位、水泥廠家以及外加劑廠家一起努力，使在混凝土工程使用的原材料科學(xué)、穩(wěn)定。在施工建設(shè)中使用外加劑時(shí)只有做到熟悉所用外加劑的成分、水泥組分，進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，保證它們的相容性良好，并做好施工過程控制，才能較好的防止出現(xiàn)工程質(zhì)量事故。

參考文獻(xiàn)

[1]王棟民，等.論水泥與化學(xué)外加劑的相容性.混凝土外加劑開發(fā)與應(yīng)用論文集.2001.

[2]馮浩，朱清江.混凝土外加劑工程應(yīng)用手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.