混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性分析

0引言混凝土外加劑已成為現(xiàn)代混凝土制備技術(shù)和施工技術(shù)必不可少的第五組分，各種外加劑的應(yīng)用是使混凝土實(shí)現(xiàn)高性能化和綠色化的重要措施之一。由于外加劑與水泥適應(yīng)性問題涉及到水泥化學(xué)、高分子材料、表面物理學(xué)和電化學(xué)等方面的知識(shí)，所以是一個(gè)極其錯(cuò)綜復(fù)雜的難題，它影響著混凝土外加劑的應(yīng)用效果和推廣效果。按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，對外加劑與水泥適應(yīng)性的定義描述為：將經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻入按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥中，所配置的混凝土或砂漿若能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就認(rèn)為該水泥與這種外加劑是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，則該水泥與這種外加劑不適應(yīng)。根據(jù)Aitcin等人的論述，認(rèn)為水泥與高效減水劑適應(yīng)性可以用初始流動(dòng)性、是否有明確的飽和點(diǎn)以及流動(dòng)性損失等3個(gè)方面來衡量。當(dāng)外加劑飽和點(diǎn)明顯，達(dá)到飽和點(diǎn)時(shí)高效減水劑摻量不高，初始流動(dòng)性較大，且靜置1h后流動(dòng)性損失較小，表明適應(yīng)性優(yōu)良；當(dāng)初始流動(dòng)性不好，達(dá)到飽和點(diǎn)時(shí)高效減水劑摻量較大，同時(shí)靜置1h后的流動(dòng)性損失很大，表明適應(yīng)性不好。1影響外加劑與水泥適應(yīng)性的因素1.1外加劑方面的因素1.1.1減水劑的種類萘系高效減水劑的主要生產(chǎn)原料是工業(yè)萘，工業(yè)萘的品種和純度對減水劑的性能有直接影響。萘系減水劑在生產(chǎn)過程中的磺化程度越高，則轉(zhuǎn)變?yōu)閹в辛蛩峄腔锏妮镰h(huán)越多，該減水劑的分散作用也越強(qiáng)；水解越充分，則隨后的縮聚反應(yīng)越容易進(jìn)行，減水劑的減水率越好。萘系高效減水劑分子的聚合度對其塑化效果有明顯影響，一般萘系減水劑的聚合度為10%左右較好。減水劑的狀態(tài)也影響其對水泥的塑化效果，粉劑的減水率約比液體狀態(tài)的低5%。減水劑中存在著起中和作用的平衡離子，如Na+、Ca2+、MgO2+、NH2+等，平衡離子不同，分散效果和適應(yīng)性效果也會(huì)有所差異。氨基磺酸鹽高效減水劑和聚羧酸高效減水劑與傳統(tǒng)的萘系高效減水劑和密胺系高效減水劑相比，不僅摻量低，而且塑化效果、控制坍落度損失能力以及與水泥適應(yīng)性等均得到改善。1.1.2緩凝劑的影響多元醇類緩凝減水劑有時(shí)會(huì)引起混凝土假凝現(xiàn)象，但羥基羧酸鹽、醚類和二甘醇等緩凝劑不會(huì)引發(fā)硬石膏等溶解度降低，相反會(huì)使其增高（氟石膏除外）。對于常產(chǎn)生假凝的水泥，可以試用這類緩凝劑。1.1.3外加劑的摻加方法外加劑的摻加方法有先摻法、同摻法和后摻法，采用后摻法所引起的塑化作用優(yōu)于先摻法和同摻法。1.2水泥方面的因素影響水泥與外加劑適應(yīng)性的因素很多，主要有水泥孰料的礦物組成（C3S和C3A含量等）、水泥細(xì)度、水泥顆粒級(jí)配、水泥顆粒球形度、水泥中堿的種類和含量、石膏的種類和含量、水泥中混合材的種類、細(xì)度和摻量等。1.2.1水泥顆粒級(jí)配水泥顆粒級(jí)配對高效減水劑的飽和摻量影響不大，但是，在水泥比表面積相近的條件下，水泥顆粒中微細(xì)部分顆粒（<3μm）含量的增大，在水膠比較大或減水劑的摻量較大的情況下，可使水泥漿體的初始流動(dòng)性增強(qiáng)；同時(shí)，微細(xì)顆粒含量的增大加劇了水泥漿體流動(dòng)度的損失。水泥顆粒表面對減水劑的初始吸附量決定了水泥漿體的初始流動(dòng)性，吸附量越大，初始流動(dòng)性越好。摻減水劑水泥漿體的溶液中，減水劑的濃度決定了水泥漿體的流動(dòng)性保持效果，濃度越大，漿體的流動(dòng)性保持效果越好。1.2.2水泥生產(chǎn)中的調(diào)凝劑水泥生產(chǎn)常用的調(diào)凝劑有二水石膏、半水石膏、硬石膏、工業(yè)廢石膏、檸檬酸渣、電石渣等。由于粉磨水泥熟料時(shí)磨機(jī)內(nèi)溫度升高，會(huì)使一部分二水石膏脫去結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨嗌踔翢o水石膏（硬石膏）。另外，有些水泥廠為了節(jié)省生產(chǎn)成本，往往采用硬石膏或工業(yè)廢石膏代替二水石膏作為水泥調(diào)凝劑，當(dāng)這類水泥遇到木鈣、糖鈣減水劑時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不相容，甚至出現(xiàn)假凝。調(diào)凝劑的溶解度影響水泥的水化速度，不同的調(diào)凝劑影響水泥與外加劑的相容性。1.2.3水泥中的混合材我國水泥大多摻用不同種類和數(shù)量的混合材，常用的混合材有高爐礦渣粉、粉煤灰、火山灰、焙燒煤矸石、沸石粉等?；旌喜牡钠贩N、性質(zhì)和摻量等不同，對減水劑作用效果的影響也不一樣。實(shí)踐表明，高效減水劑對礦渣水泥和粉煤灰水泥的適應(yīng)性較好，對火山灰、焙燒煤矸石為混合材的水泥的適應(yīng)性較差。1.2.4水泥的礦物組成水泥的主要礦物成分C3S、C2S、C3A、C4AF對減水劑的吸附能力不同，其由大到小的順序?yàn)镃3A、C4AF、C3S、C2S，即鋁酸鹽的礦物成分對減水劑的吸附能力大于硅酸鹽礦物。在高效減水劑摻量相同的情況下，C3A和C4AF含量較高的水泥漿體中，減水劑的分散效果較差，混凝土拌合物的坍落度損失較大。1.2.5水泥的堿含量水泥含堿量增加，減水劑的塑化效果變差，含堿量的提高還會(huì)導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時(shí)間縮短和坍落度損失增大。水泥中的堿對緩凝劑也有一定選擇性，高堿水泥應(yīng)少用酸性緩凝劑（如檸檬酸），而改用堿性緩凝劑（如三聚磷酸鈉）。1.2.6水泥的陳放時(shí)間和水泥溫度水泥陳放時(shí)間越短，水泥越新鮮，高效減水劑對其塑化作用效果越差。出磨時(shí)間短的水泥，因?yàn)樗喾勰r(shí)產(chǎn)生電荷，顆粒間相互吸附、凝聚的能力較強(qiáng)。另一方面，新鮮水泥的正電性強(qiáng)，吸附陰離子型表面活性劑的數(shù)量多。因此表現(xiàn)出減水劑的減水率低，混凝土的坍落度損失快，與減水劑的適應(yīng)性差。水泥的溫度越高，水泥水化速度越快，減水劑對其塑化效果也越差，表現(xiàn)出減水劑的減水率低，混凝土的坍落度損失大。2改善外加劑與水泥適應(yīng)性的措施（1）改變外加劑的摻入時(shí)間，即采用后摻法或滯水法，可顯著改善外加劑的保塑性能。（2）適當(dāng)增加外加劑的摻量，增加混凝土中外加劑的富余量也有比較明顯的效果。（3）采用復(fù)合外加劑。多品種外加劑的復(fù)合使用，不只是外加劑性能上的取長補(bǔ)短，更重要的是不同分子結(jié)構(gòu)的外加劑同摻，由于分子間的相互作用，應(yīng)用技術(shù)效果會(huì)有顯著提高。（4）外加劑生產(chǎn)商復(fù)配外加劑時(shí)，正確選用減水劑的種類、有機(jī)、無機(jī)緩凝劑、保塑劑等組分。（5）水泥生產(chǎn)廠家控制水泥中硫酸鈣的含量和溶解度。因?yàn)榭刂艭3A的水化取決于孔隙溶液中的硫酸鹽離子的平衡，SO42-的數(shù)量過多或過少都可能導(dǎo)致水泥漿體的急凝。（6）加強(qiáng)磨機(jī)內(nèi)物料溫度的控制。在提高水泥比表面積的同時(shí)，加強(qiáng)磨機(jī)內(nèi)物料溫度的控制，避免溫度過高或過低，生產(chǎn)中半水石膏過多或過少將影響到高效減水劑與水泥的適應(yīng)性。（7）在混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)充分進(jìn)行混凝土原材料的優(yōu)選，要選擇流變性好、反應(yīng)性能低的水泥，也就是說，一經(jīng)攪拌僅結(jié)合少量水的水泥或形成鈣礬石少的水泥，以達(dá)到節(jié)約水泥、降低成本、改善混凝土和易性、提高混凝土物理力學(xué)性能和耐久性能。（8）在混凝土中摻入部分活性摻合料（如粉煤灰），可以有效改善外加劑與水泥的適