混凝土外加剂与水泥适应性

前言外加剂能提高新拌混凝土的工作性能、改善施工环境，提高硬化混凝土的力学性能和耐久性，同时可节约水泥、降低成本、加快施工速度。因此，混凝土外加剂广泛用于各种混凝土工程中。但是我国各地区矿石资源不一样，水泥生产工艺规模有效大差别，导致了水泥品种的多样性。而且，同一种水泥质量差别也大。在高性能混凝土、高品混凝土、泵送混凝土的应用中往往会出现混凝土外加剂与水泥适应性较差的现象。这就类似“青霉素”不适应“某些”病人会现现“过敏”或其它“异常反应”一样。这种现象尤其发生在低水胶比实际用水量少的高性能混凝土的拌合物中。在相同配比下，同掺量同品种的混凝土外加剂往往由于水泥品种不一样，其应用效果有效大差别。同样混凝土外加剂在一种水泥的应用中效果较好，而在另一种水泥的应用中出现较大差别，甚至出现相反效果，出现质量事故。如掺有“甘油”的混凝土外加剂或“糖钙”或“木钙”的混凝土外加剂，在某些水泥中应用效果较理想，而在某些水泥中可能会现相反的效果。又如：东北某工程使用泵送剂之前，未做混凝土外加剂与水泥的适应性试验，盲目地将泵送剂用于大坝水泥的工程中，结果导致混凝土不凝的质量事故。一般，混凝土外加剂适应性较差表现如下：１）新拌混凝土的搅拌过程中出现异常凝结（速凝、假凝）２）新拌混凝土坍落度损失快。３）混凝土泌水、离析、分层现象严重。４）新拌混凝土坍落度提不上来，看似混凝土外加剂减水效果差。５）硬化混凝土强度明显下降。６）混凝土收缩加大、抗渗、耐久性下降。７）大体积混凝土中缓凝效果不明显、出现温差裂缝。因此，要正确认识混凝土外加与水泥适应性这一现实问题，在应用某一品种混凝土外加剂之前，一定要做混凝土外加剂与水泥适应性试验。按《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ119-88）正确地选择和应用混凝土外加剂。１影响混凝土外加剂与水泥适应性的因素1.1混凝土外加剂掺量掺加工艺1.1.1混凝土外加剂最佳掺量对于某一水泥、某一配比的混凝土而言，任何混凝土外加剂都存在一最佳掺量，即在最佳掺量时，混凝土外加剂的性能会出现拐点。外加剂的最佳掺量是获得最好的技术、经济效果的重要因素，其最佳掺量是根据试验、混凝土配比确定的,其关系如图１、图２,故在混凝土外加剂大掺量或低掺量（相对最佳掺量而言）往往会出现截然不同、意想不到的效果。如“坍落度”损失快慢、泌水大小、缓凝与促凝等。1.1.2混凝土外加剂掺加工艺（先掺法与后掺法）凡进行过混凝土外另剂研究的工作者及进行大量混凝土外另剂的应用试验的人员都应赞同：后掺法的混凝土的工作性能优于先掺法的混凝土，而且达到同样效果，后掺法的掺量往往更小，这可能与混凝土外加剂与水泥颗粒的吸附与分散有关。其关系如图３。1.2搅拌时间与搅拌速度混凝土搅拌时间会影响混凝土的含气量及混凝土外加剂对混凝土的分散效果、凝结时间，从而影响混凝土的工作和硬化混凝土的力学性和耐久性。搅拌机剪切速度过快，会破坏水泥浆中的胶体结构和破坏水泥颗粒表面形成双电层膜，使混凝土凝结时间坍落度损失、泌水量都受到较大影响。1.3混凝土外加剂品种的影响1.3.1官能团、分子结构等混凝土外加剂中所含不同的官能团如－OH、－COOH、－CH2、－SO3等对水泥颗粒影响不同，外加剂的分子量、形状不同都会影响到混凝土外加剂的性能。混凝土外加剂是阴离子表面活性剂还是阳离子表现活性剂或是非离子表面活性剂，水泥中的C3A、C4AF、C3S、f-CaO等吸附分散效果不相同，也直接影响水泥中SO4-2－的溶解度。从而导致混凝土外加剂与水泥适应性的问题。1.3.2其它因素混凝土外加剂中碱含量高，则对混凝土早期强度有利，但新拌坍落度损失快。有些外加剂引气量过大，而且气泡不均匀、不封闭。气泡大导致新拌混凝土坍落度损失快，而且使硬化混凝土抗渗、抗冻、耐久性等下降。1.4水泥1.4.1矿物成份影响不泥适应性的主要是C3A、C3S，在水泥中一般以石膏作为调凝剂。一般说来，C3A含量低的水泥，其适应性良好，坍落度损失小。C3A含量高的水泥，需要较多的CaSO4.2H2O作调凝剂。若混凝土拌合物中，SO2-4浓度不足，那么新拌混凝土坍落度损失快。像MG、TG对硬石膏作调凝剂的水泥，其适应性差，就是因为TG/MG降低了硬石膏的溶解度，从而使水泥因缺少SO2-4而产生异常凝结。通常水泥适应性不好，水泥在生产过程中采用立窑回转窑干法湿法生产，使水泥矿物组分晶相状态细度石膏形态发生不同程度的变化，从而导致了混凝土外加剂与水泥适应性问题的产生。一般，水泥中吸附外加剂能力：C3AC4AFC3SⅡC2S。其水化速率与其关系近似成正比。当新鲜水泥存放一段时间后，由于其中f-CaO减少，使混凝土拌合物需水量减少，坍落度损失减缓，从而改善了混凝土外加剂与水泥适应性；水泥中亲水性掺合料保水性好。火山灰质水泥保水性差，易泌水。一般，水泥需水量大小和坍落度损失大小按规律：PⅠ.PⅡP.OP.SP.FP.P。泌水性正好与其相反。1.4.2细度水泥过细，水化速度快，需水量大，保水性好，但其坍落度损失快，而且水泥过细，混凝土收缩大，含气量下降，降低了混凝土的抗渗抗冻耐久性。1.4.3石膏(1)石膏细度不够，使石膏溶解度不够，产生速凝。(2)石膏用量不够，不能有效控制C3A的水化。(3)石膏形态一般在混凝土中CaSO4.2H2O调凝效果优于CaSO4.1/2H2O。石膏与熟料的粉磨温度通常较高，从而使二水石膏脱水或半水石膏再脱水成硬石膏，从而导致混凝土外加剂与水泥适应性较差。1.5掺和料通常掺粉煤矿灰或磨细矿渣有利于新拌混凝土的流动性，而且使其坍落度损失减缓。但是需水量比的关系为Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级。故Ⅰ级灰坍落度损失小但保水性差，易泌水。通常掺膨剂的混凝土其坍落度损失快，水泥与混凝土外加剂适应性较差。用塑料桶装上新鲜混凝土拌合物，敞口，室温存30.5℃,湿度61%。其中用水量为扣砂含水，砂为湿砂重量，粉煤灰为Ⅱ级，膨胀剂为山东建材院的JEA.1.6温度、湿度由于温度高，水泥水化速度加快，而且混凝土表面水分蒸发加快，混凝土内游离水通过毛细管源源不断地补充到混凝土表面。这样，一方面水泥水化加怜惜，一方面混凝土游离水大量被蒸发而沽少，从而使新拌混凝土坍落度损失加快。而且某些混凝土外加剂的缓凝效果在30℃以上作用大大降低。如有机酸在高温下对C3S缓凝效果大降低。醇酮酯在高温下，对C3S的缓凝效果较好。因此，在高温下，大多需要提高混凝土外加剂的掺量和防止水分蒸发。（如图４图５）施工中配比虽然看似是设计问题，但它对混凝土外加剂与水泥适应性的影响很大。据有关资料和试验表明，砂率过高会使混凝土拌合物流动性降低，保塑性降低，坍落度损失加快。在混凝土配比中，石子的形状吸水量级配也严重影响混凝土的施工性保水必粘聚性流动性保塑性可密实成型性。在实验中W/C降低右以提高混凝土的强度，而在低W/C下，有一最佳Mwo，在最佳Mwo条件下，混凝土外加剂对水泥混凝土的各项性能能充分发挥出来使混凝土拌合物的保水性能保塑性等工作性状态改善，更重要的是保证了SO2-4水泥在水化时，石膏有足够的溶解用水，从而保证了的浓度，使与水泥适应性得到了改善。如图６。２解决混凝土外加剂的掺加工艺2.1改变混凝土外加剂的掺加工艺采用后掺或滞水法或少量多次掺加的工艺。这种方法的效果较好。这就需要改变混凝土输送车的某些装置。若在搅拌运输车上安装配套的后掺或多次参加混凝土外加剂的仪器装置，那么混凝土外加剂与水泥适应性差便可大大改善，而且这种运输车的技术优势便能较好地发挥出来，肯定会受到市场的青睐。2.2适当增加或减少混凝土外加剂的掺量当混凝土掺合物坍落度损失太快时，适当增加混凝土外加剂掺量。当混凝土严重泌水，适量减少混凝土外加剂掺量，当然最好根本方法是降低Mwo2.3适当调整混凝土外加剂的配方，使混凝土外加剂对石膏的溶解度影响小，并能提高石膏的溶解度，有效地控制SO2-4的浓度。能产生效果的物质有HCl、H2SO4、HNO3及其盐类硅氟酸钠、NaF、NaCl。特别是对硬石膏作调凝剂的水泥，更应注意减少或不用木钙、糖钙这类使石膏溶解度隐低的物质。在混凝土外加剂使用反应性高分子物质，并适应复配相应的保水、缓凝、保塑组分。2.4调整混凝土配比根据不同工程及设计要求调整好施工配比。混凝土外加剂只能使较合理配比的混凝土性能得到改善，却不能使配比不合理质量差的混凝土性能得到改善。在严重泌水的混凝土中适量掺加部份掺合料或适当提高砂率或适当降低Mwo。在混凝土坍落度损失率较高的混凝土中，适当增加Mwo或适当增加混凝土外加剂掺量，使其初始坍落度SL0≥200mm，这样有助于提高石膏的溶解度，防止水分蒸发过快，混凝土拌合物中游离水严重不足的现象产生。2.5调整掺合料。尽量降低f-CaO、MgO、CaSO4的含量，有效控制C3A、SO2_4、OH-的平衡。使混凝土中C3A8%2.6采取综合措施。通过调整混凝土外加剂配方，调整混凝土配比。采取不同的掺加工艺，或用部分掺合料代替部分水泥等措施。调整水泥与混凝土外加剂的适应性。３３工程应用3.1济南财税大厦九七年济南财税大厦工程使用ＹＮＢ－６泵送剂的商品混凝土，ＳＬ0=190、ＳＬ１＝１.０h＝８０mm。经过实验研究及水泥分析。发现水泥中Ｃ３Ａ达１１％。F－CaO达１.８９％。水泥中石膏溶解度不足引起坍落度损失较快。因此，我们及时调整了混凝土外夹剂配方，使ＳＬ0=２００mm、ＳＬ１＝１.０h＝１９５mm。混凝土和易性较好、硬化混凝土表面光滑，强度、抗渗达到设计要求。３．２电信大厦济南电信大厦在使用Ｃ３０商品混凝土中，发现泌水量较严重。通过实验，及时调整了Ｍｗｏ，解决了混凝土严重泌水这一问题（实验结果如表２），通过实验调整配比中Ｍｗｏ，使Ｍｗｏ下调４kg。这样较好地解决了混凝土拌和物泌水量问题。３．３天建大厦天建大厦应用ＹＨＢ－６配制c40商品混凝土时，发现商品混凝土坍落度损失快。我们通过调整混凝土外加剂的掺量及Ｍｗｏ，即适当地增加ＹＨＢ－６掺量或增加Ｍｗｏ，较好地解决了混凝土坍落度损失快这问题。其实验结果如表３。4结束语混凝土外加剂与水泥适应性是一个复杂的研究课题。随着国内外研究水平提高和广大混凝土技术施工人员认识的提高，相信能正确认识使用混凝土外加剂的人员会愈来愈多，解决混凝土外加剂与水泥适应性的方法也更多。石家庄铁道学院-高礼雄博士水泥与减水剂的适应性问题1水泥的影响C3A活性（取决于其形态和熟料硫化程度）吸附顺序C3AC4AFC3SC2S，在高效减水剂掺量相同的情况，C3A和C4AF含量较高的水泥浆体中，减水剂的分散效果较差。水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多。水泥磨细使减水剂的饱和掺量增大，并加剧了水泥浆体的流动性损失。水泥中SO42-离子的溶解速度必须和C3A的活性平衡42SO无水石膏(天然的)C2SC3AC4AFC3S低分子量高分子量石膏合成硫酸钙半水石膏其它填充料CaO碱性硫酸盐少量矿物相硫酸钙(脱水半水石膏）水泥和外掺料高效减水剂硫酸钙水泥、外加剂和硫酸钙系统相互反应的复杂性在无硫酸钙时，C3A与水发生化学反应非常快地生成铝酸钙的水化物：2C3A+21H2O→C4AH13+C2AH8在有硫酸钙时，形成不同的水化产物——钙矾石随时获得可溶解的合适数量的硫酸盐是关键性因素。如果可利用量不足，由于C3A水化快，将出现闪凝；如果过量时，石膏沉淀会导致假凝。在这两种情况下，水泥的流变性将受到不利的影响，因此在熟料中或以后加入的硫酸盐对水泥和外加剂适应性是十分重要的。2.70天然无水石膏6.30可溶性无水石膏8.15β-半水石膏6.20α-半水石膏2.08石膏溶解度(g/L)产物不同形态CaSO4在25℃时的溶解度水泥性能‘2减水剂的影响3混凝土拌合物的影响混凝土拌合物自身的参数：即W/B(水胶比)、集料种类和)()(263323323钙矾石HSCACHHSCAC级配也将明显地影响到高效减水剂对水泥的分散效果。普通混凝土用水量在160～200kg/m3，高强高性能混凝土用水量在120～150kg/m3。新拌混凝土中出现的