东莞市振惠通永兴混凝土有限公司
摘要：对混凝土外加剂复配后的优良效果进行了分析，从外加剂的选择、复配的原则、测试方法几方面进行了论述，通过几种外加剂的复配达到了某一种外加剂所不能达到的效果。因工程的需要及强度要求，所以对水泥混凝土配合比设计进行了反复调整，对于现代混凝土搅拌站，要配制高性能泵送混凝土.
关键词：混凝土；外加剂；设计；调凝剂；改善措施
一、混凝土外加剂对水泥的影响
混凝土外加剂是指在混凝土的拌制过程中加入的、掺量不大于水泥质量5%（不含特殊情况）的、用于改善混凝土某种性能的物质，按其使用功能主要可分为4类：用于混凝土拌合物流变性能改善的外加剂，主要包括引气剂、减水剂和泵送剂；用于改善混凝土硬化性能和调节凝结时间的外加剂，主要有缓凝剂、早强剂和速凝剂；用于增强混凝土耐久性的外加剂，主要有防水剂、阻锈剂和引气剂等；用于混凝土其他性能改善的外加剂，包括膨胀剂、防水剂、防冻剂、加气剂、着色剂等。
混凝土外加剂的使用对水泥石的内部空隙结构起到了改善作用，同时还协调了水泥的强度发展、对其胶凝成分的水化进程进行调节，并且能对水泥水化产物的结构和组成起到有效地改善作用，因而其对水泥的影响不容忽视。
水泥混凝土外加剂 主要内容
1.1减水剂的影响
作为表面活性剂的一种，减水剂吸附在矿物掺合料颗粒和水泥表面，改变了其空间位阻的特征和电学特征，进而实现了对颗粒间相互作用的影响，达到塑化胶凝材料和分散颗粒的目的。
减水剂改变水泥等胶凝材料颗粒表面特性的方式主要有：①吸附在固体颗粒表面的减水剂可以使颗粒表面带有与其数值相同的负电位，增加表面电位的绝对值，进而促使静电斥力的产生；②产生在减水剂吸附层的立体空间位阻效应。上述两种方式的作用，其一可以使固体颗粒更为分散，其二可以使水泥浆体中的絮凝结构得到破坏，促进絮凝结构包裹的水分得到释放，增加混凝土拌合物中自由水的含量。混凝土拌合物流动性能的增加主要依靠加入减水剂后上述两种效应的共同作用。因而在考虑两者适应性时，主要考虑减水剂的减水率、分散性、掺量等。
1.2缓凝剂的影响
缓凝剂是一种通过推迟水泥的水化反应从而将混凝土的凝结时间延长，在较长时间内保持新拌混凝土的塑性，提高施工效率，便于浇筑，同时不会对混凝土的各项后期性能有不良影响的外加剂。缓凝剂可按其化学成分进行分类，为有机缓凝剂和无机缓凝剂。
一般情况下，很多有机缓凝剂具有表面活性，它们吸附在胶凝材料、液体和颗粒的固-液界面上，使得固体颗粒的表面性质变化；大量的水分子依靠分子中亲水基团得到吸附，因而形成了较厚的水膜层，改变了混凝土结构的形成过程，使晶体从颗粒接触变为相互屏蔽；某些缓凝剂的分子中具有特殊官能团，可以和游离的Ca结合生成难溶性的钙盐，这些钙盐在固体颗粒表面吸附从而使水泥的水化进程得到抑制，实现缓凝。大多数无机缓凝剂通过与水泥生成复盐如钙矾石等并在水泥矿物颗粒表面形成沉淀，进而抑制水化进程。缓凝剂的作用机理十分复杂，一般情况下是上述多种机理综合作用的结果。表1为三聚磷酸钠对水泥净浆凝结时间影响。
缓凝剂在使用时要注重品种的选择和掺量的确定，如若选择不当或超量则可能导致混凝土早期强度急剧下降，还可能导致其中后期强度的降低。这主要是由于过度缓凝致使长时间内混凝土没有凝结硬化，造成了混凝土内部水分散失过量，导致水泥水化程度低、水化产物过少，对混凝土强度的损失不可逆转。因此，在进行缓凝剂种类的选择时要充分考虑混凝土原材料之间尤其是缓凝剂和水泥的匹配适应状况、施工工艺、施工季节等因素，并严格控制其掺量。
1.3膨胀剂的影响
膨胀剂通过产生一定的限制膨胀从而补偿混凝土的收缩，提高了混凝土的抗渗防裂性能，同时在多向约束条件下保证其强度、密实度和耐久性均有所提高。即便如此，混凝土膨胀剂的应用仍存在很多问题，主要是因为掺加膨胀剂后混凝土常不能产生预期的膨胀，中后期的混凝土结构甚至出现变形和开裂的情况。此外，膨胀剂也对混凝土的耐久性和钢筋抗锈蚀能力有所影响。
导致构筑物裂缝产生的原因很复杂，就材料而言，其主要原因为混凝土的收缩和徐变。研究表明，水泥拌和后所产生的化学收缩值大致为7～9ml/100g，当混凝土中的水泥用量为380kg/m3，其化学减缩达26.6～34.21ml/m3，内部形成了许多孔隙。在水泥的水化及硬化过程中，膨胀剂除了产生自身膨胀外还能与水泥混凝土中的其他成分反应产生膨胀，从而使得水泥和混凝土的收缩得以补偿。膨胀剂的膨胀机理因种类不同而有区别，其膨胀产生物也有差异。目前硫铝酸盐系膨胀剂应用最为广泛。
1.4其他外加剂的影响
随着建筑行业的发展，外加剂的研究和应用也随之取得了较大的发展。引气剂、早强剂、防冻剂等外加剂的研究和使用在一定程度提高水泥混凝土的性能，但其对水泥的影响也不容忽视。
引气剂是指为改善混凝土拌合物的和易性在搅拌过程中引入大量均匀、稳定、封闭的微小气泡，并在水泥硬化后仍能留有微小气泡以增强混凝土抗冻性和耐久性的外加剂。
防冻剂是指在一定负温条件下，能显著降低冰点并使混凝土液相不冻结或部分冻结，减少混凝土的冻害，从而解决冬季混凝土施工的一种外加剂。同时，防冻剂在负温条件下能保证水与水泥能进行水化，促进砂浆和混凝土的强度增长，使其在一定时间内获得预期强度。
上述两种外加剂都对水泥有影响。例如在新型防冻剂中，CaCl2对水泥混凝土的早强作用机理主要有以下两种论点：一是水泥的水化受CaCl2的催化作用；二是CaCl2参与水泥水化反应生成复合水化硅酸钙（C3S·CaCl2·H2O），同时，在石膏存在下与水泥中C3A作用生成水化氯铝酸盐（C3A·CaCl2·10H2O和C3A·CaCl2·30H2O）。NaCl与水泥熟料的反应能力不如CaCl2强，它残留在液相中的数量较多，而混凝土中Na+的引入使碱性大大提高，不利于混凝土的稳定性。
1.5外加剂的选用。
每种外加剂都有其发挥效用的领域，只有在其适应的混凝土中外加剂的功效才能得以充分发挥。表2为一些外加剂的适用领域。
二、水泥对外加剂的影响
水泥和外加剂的适应性是双向的，对两者适应性造成影响的因素很多，主要包括有水泥的化学成分、矿物组成、水泥颗粒级配、水泥细度、水泥中的含碱量、石膏的种类水泥的陈放时间、水泥温度、掺量等。
2.1水泥的化学成分和矿物组成对外加剂的影响
水泥的强度及流动性的增长很大程度上受其化学成分和矿物组成对外加剂吸附能力的影响，水泥浆体吸附外加剂的量越少其流动度越大。通常情况下，水泥的矿物组成包括硅酸二钙（C2S）、硅酸三钙（C3S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）等，水泥的原材料和生产工艺是其矿物组成主要决定因素。水泥的矿物组成对外加剂的影响程度依次为：C2S<C3S<C4AF<C3A。C4AF、C3A与水混合后能较多吸附外加剂的原因是ξ电位呈正值，而C2S、C3S混水后ξ电位为负值，导致外加剂的吸附量较少。在水泥的矿物成分中，C3A水化反应很快，需水量大，早期强度提高快。但如果C3A含量过高（>8%），则其吸附外加剂的量过大，导致外加剂的作用损失大，造成浪费。且C3A或其初期水化物对高效减水剂有优先吸附功能，同时C3A的水化速度比C4AF快，因而导致C4AF的含量影响相容性的程度比C3A小很多。实行水泥新标准后，生产厂商为提高水泥强度而增加C4AF与C3A的含量，但却导致外加剂使用效果差的现象。因而为保证外加剂的良好适应性、提高混凝土体积稳定性、降低开裂趋势就要严格控制水泥中C3A、C4AF的含量。
2.2水泥调凝剂对外加剂的影响
在水泥生产中常添加的调凝剂有二水石膏、半水石膏、硬石膏、电石渣、柠檬酸渣、工业废石膏等。这里主要介绍前三种石膏，其对外加剂的影响程度依次为：二水石膏<半水石膏<硬石膏。石膏的细度、形态、研磨温度、用量等均对外加剂的适应性有影响。三种石膏中硬石膏的溶解性能较差，一些外加剂如木钙、糖钙等与其同用后，非但不能加快石膏的溶解，反而会使硬石膏的溶解度降低，使水泥缺少调凝剂而产生严重的不相容，甚至出现假凝。在水泥生产过程中要严格控制研磨温度，因为研磨机内温度升高会使一部分二水石膏脱去结晶水转变为半水石膏甚至无水石膏（硬石膏），造成不相容的异常现象。此外，用硬石膏做调凝剂后，水泥需水量增大导致外加剂吸附量增大，造成外加剂的损失。
2.3水泥细度和颗粒级配对外加剂的影响
为了降低成本、提高产量、增强市场竞争力，水泥生产厂家往往通过加强水泥的研磨细度来提高水泥的强度。但水泥研磨过细则需水量的增大，导致外加剂吸附量的增加，造成外加剂作用损失；同时，水泥的温度随着研磨时间升高，因而更多的水合石膏脱水生成无水石膏，导致外加剂与水泥的适应性变差。
研究表明，高效减水剂的饱和掺量受水泥颗粒级配的影响不大，但在水泥比表面积相近的条件下，保持较大的减水剂掺量或较大的水胶比，水泥浆体的初始流动性将在很大程度上受水泥颗粒中微细部分颗粒（<3μm）的含量的影响，含量越大流动性越强；但是，水泥的浆体流动度损失也与微细颗粒含量的增大密切相关。在掺减水剂水泥浆体的溶液中，水泥浆体流动性的保持效果受减水剂的浓度决定，若要保持浆体的流动性效果，则需增加减水剂浓度。
2.4水泥的碱含量对外加剂的影响
水泥所用原材料是其碱的主要来源，尤其是水泥中的黏土和石灰。碱含量过低（碱含量<0.5%）或过高（碱含量>0.8%）的水泥，均容易与外加剂产生不适应。水泥的相容性受含碱量的影响很大，含碱量越低相容性越好。水泥的含碱量提高则会使其的早期水化速率加快，缩短混凝土的凝结时间，导致坍落度损失增大、塑性效果变差。此时为了改善外加剂与水泥的适应性，可在水泥中加入可溶性的Na2SO4，或掺入矿粉、粉煤灰等能够与水泥的水化产物Ca（OH）2发生二次反应的物质，以降低混凝土的碱度。
2.5水泥的陈放时间和水泥温度对外加剂的影响
试验表明，新鲜水泥在生产后12d内吸附的外加剂量较大，大部分水泥15d后趋于正常。这是由于出磨时间短的水泥粉磨时产生电荷，因而水泥与外加剂的颗粒间凝聚和相互吸附能力强。此外，新鲜水泥显出的正电性强，对呈负电性的阴离子型表面活性剂吸附能力强，因此表现出减水剂的减水率低，混凝土的坍落度损失快，与减水剂的适应性差
同时，新鲜水泥干燥度高，表面温度可高达80～90℃，早期水化时发热大、速度快，造成需水量增大，对外加剂的吸附量也随之增大。同等掺量时，流动度变小，必然会导致混凝土坍落度损失快、凝结时间短等不良现象的发生。
三、混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施
混凝土外加剂与水泥的适应性问题相当复杂，但两者间适应性的预防和处理又是当代混凝土生产过程中不可避免的过程。增强外加剂和水泥的适应性主要可以从以下几个阶段进行。图1为改善混凝土外加剂与水泥适应性的主要措施。
在确定混凝土的配合比时，需要考虑的因素还有混凝土的凝结时间、较高的气温突然骤降等，以免造成混凝土强度降低或长时间等现象的发生。如果在确定配合比过程中出现水泥与外加剂不适应的问题，混凝土厂家应根据实际情况及时分析查找不适应的原因，在试验的基础上调整混凝土配合比，最大可能地减少坍落度损失，提高混凝土的出厂坍落度。
结束语：
总之，混凝土外加剂和水泥之间的适应性是一个错综复杂的问题，若在施工现场遇到此类问题，首先应该遵照一般规则将不适合的外加剂和水泥排除，然后在多次试验的基础上，缩小外加剂和水泥品种的选择范围，最后通过试拌混凝土来尝试解决，若不能解决则应将不适应所造成的损害减到最低。
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论文作者:欧健康
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
标签：水泥论文; 混凝土论文; 外加剂论文; 水化论文; 颗粒论文; 石膏论文; 适应性论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;