外加剂同水泥适应性的探讨

外加剂同水泥适应性的探讨近年来，随着基本建设规模的不断扩大，C40以上高强高性能混凝土在工程中的应用越来越多，外加剂与水泥的适应性问题出现的频率也越来越高。在安徽沿江高速公路YJ1-02标C40和C50预制梁混凝土配合比试配过程中，用某著名品牌的缓凝高效减水剂与某工厂的P·O42.5水泥试拌，结果发生拌合物板结发热和流动度损失过快现象。查其原因：水泥按照标准检验合格，减水剂按照标准检验合格。后经查明是该水泥由于采用了无水石膏作为调凝剂，而与减水剂发生严重的不相容，才引起流动度损失过快和异常板结。那么应该怎样理解混凝土外加剂与水泥之间的适应性呢？因为每一种外加剂都有它特有的功能，掺加合适的外加剂，能够对混凝土某一方面或某几方面的性能进行改善：如掺加减水剂可以在保持相同用水量的情况下增大混凝土的流动性，或在保持相同流动性和强度情况下降低水泥用量，在保持相同流动度和水泥用量不变的情况下，提高混凝土的强度，还可以降低成本，加快施工进度。由此，可以这样理解：按照混凝土外加剂应用技术规范，将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到所配制的混凝土中，若能产生应有的预期效果，则该水泥与这种外加剂是适应的；相反是不适应的[1]。几乎所有品种的外加剂与水泥之间都存在适用性问题，文中以常用的减水剂为例，将从主要影响因素、检验方法和改善措施三个方面来阐述。1主要的影响因素1.1减水剂自身特性对其塑化结果的影响就萘系高效减水剂自身的特性来讲，影响其对水泥塑化结果的因素有磺化液、平均分子量以及聚合度、聚合性质等。另外，减水剂的状态(粉状或液状)也影响其塑化效果，具体情况如下：1)萘系高效减水剂在合成时的磺化越完全，则转变为带有磺酸基磺化物的萘环越多，该减水剂的分散作用也越强；如果磺化过程中因湿度、时间、水解过程控制不好，磺化产物中β-萘磺酸所占比例少，而大量的是多萘磺酸和α-萘磺酸，不仅会影响到产品质量，也会影响到水泥与高效减水剂的适用性。2)萘系减水剂分子量的大小。萘系减水剂的核体数(亦称聚合度)的多少直接影响其对水泥的分散效果，其最佳核体数为7～13。3)平衡离子。萘系减水剂中存在起中和作用的平衡离子Na+，Ca2+，MgO2+，NH4+等。平衡离子不同，其分散效果和适用性效果也会有所差异。4)萘系减水剂的状态，也会影响水泥的塑化效果。试验表明，在相同掺量条件下，液态减水剂的减水率稍高于固态减水剂。1.2水泥物理、化学性能的影响1)水泥的矿物组成。水泥熟料中四大矿物成分C2S，C3S，C3A，C4AF对减水剂的吸附能力是不一样的，其吸附顺序是C3AC4AFC3SC2S，即铝酸盐矿物对高效减水剂的吸附能力大于硅酸盐矿物。在高效减水剂掺量相同的情况下，C3A，C4AF含量较高的水泥浆体中，减水剂的分散效果就较差。2)水泥调凝石膏的形态。石膏起调整水泥凝结时间的作用。有些水泥厂为节省生产成本，往往采用硬石膏或工业副产品石膏(无水石膏)代替二水石膏作为水泥调凝剂，按照有关水泥标准进行产品检验时一般区别不大。但当掺外加剂时，有时却表现出大相径庭的塑化效果，尤其是以无水石膏作为调凝剂的水泥碰到木钙糖钙减水剂时，则会产生严重的不适应性，不仅得不到预期的减水效果，而且往往引起流动度损失过快甚至异常凝结(速凝、假凝)。3)水泥中的混合材料。目前我国80%以上的水泥都掺加一定量的混合材，如火山灰、粉煤灰、矿渣粉和煤矸石等。由于混合材的品种性质和掺量不同，减水剂的作用效果也不相同。试验表明：减水剂对掺加粉煤灰和矿渣作为混合材水泥的塑化效果较好；而对掺加火山灰或煤矸石作为混合材水泥的塑化效果较差，若要达到相同的减水效果，需增大减水剂的掺量。4)水泥的碱含量。主要指水泥中Na2O和K2O的含量，通常以Na2O等当量质量百分数表示碱含量对水泥与减水剂的适应性会产生很大的影响。随着水泥碱含量的增大，减水剂的塑化效果变差。水泥碱含量提高会导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失增大。5)水泥细度。水泥颗粒对减水剂分子具有比较强的吸附性，在掺加减水剂的水泥浆体中，水泥颗粒越细，意味着其表面积越大，则对减水剂分子的吸附量越大。所以，减水剂在相同掺量情况下，水泥细度越细，其塑化效果越差。现在一些生产厂家为追求水泥的强度，往往提高水泥的细度，对于这类水泥，为了达到较好的塑化效果，必然增加减水剂的掺量。6)水泥的陈放时间。其越短，水泥越新鲜，减水剂对其塑化作用效果越差。因为新鲜水泥的正电性较强，对减水剂的吸附能力较大。2减水剂与水泥相容性检验方法当工程选定水泥品种后，在选择外加剂的品种与掺量时，首先应按下列检测方法检验两者的相容性，以防工程应用时出现适应性问题而措手不及。2.1试验步骤1)将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板、截锥形圆模、搅拌机及搅拌锅均匀擦过，使其表面湿而不带水滴。将截锥圆模放在玻璃板中央，并用湿布覆盖待用。2)称取水泥600g，倒人搅拌锅内，加入一定掺量的外加剂(在推荐掺量范围内)及174g或210g水，搅拌4min。3)将拌制好的净浆迅速注入截锥形模板并用刮刀刮平，将截锥形圆模按垂直方向提起，同时开启秒表，任水泥净浆在玻璃板上滚动，至30s，取流淌部分两个相互垂直方向的最大直径，取平均值作为净浆的流动度。4)继续保留锅内余下的净浆，待30min，60min后，分别再搅拌后测定相应时间的流动度。5)按不同的外加剂掺量和品种重复以上试验步骤，记录相应的数据。2.2结果分析绘制以掺量为横坐标，流动度为纵坐标的曲线。其中饱和点(外加剂掺量与水泥净浆流动度变化的曲线拐点)外加剂掺量低流动度大。流动度经时损失小的外加剂与水泥的适应性好。2.3注意事项需注明所用外加剂和水泥的品种、等级、生产厂家、试验室温度、相对湿度、水胶比等。3改善减水剂与水泥适应性的措施混凝土的性能不仅取决于水泥的性能，也取决于外加剂的性能，更取决于二者的适应性。适应性好，才能配制出性能优异、施工方便的混凝土。可采取以下措施避免不适应现象的发生：1)选择适宜的水泥品种，尤其在配制高性能混凝土时，必须选择高性能混凝土的最佳组成，很重要的是要选择流变性好、反应性能低的水泥，也就是说，选择一经搅拌仅结合少量水的水泥或钙矾石较少的水泥。2)选择适宜的外加剂，外加剂的选择应根据工程设计对混凝土性能的要求而定，如强度等级、抗渗性、耐久性、冻融性、弹性模量等物理力学性能，以及施工工艺、施工季节浇筑部位和体积等。3)改变减水剂的掺合方法。配制混凝土可采用后掺法或分批掺加法等措施掺加减水剂，可改善混凝土的工作性。4)使用反应性高分子化合物。该化合物在碱性条件下缓慢反应，从而使坍落度经时损失减少。4结语混凝土外加剂与水泥之间的适应性问题，是一个错综复杂又难以避免的实际问题，它影响使用效果，有时会导致严重的工程事故和无可估量的经济损失，因此必须引起生产单位和工程使用部门的高度重视。减水剂与水泥之间的适应性问题，目前还不能完全从理论上来解释这一现象。工程现场遇到的一些问题，还必须用试验的方法去解决。