淺談外加劑與水泥適應(yīng)性的影響因素

1.外加劑的摻量和摻加工藝的影響

1.1　混凝土外加劑的最佳摻量外加劑的摻量應(yīng)按推薦摻量、使用要求、施工條件、原材料等因素通過試驗進(jìn)行確定。使用要求是指工程的使用要求，如早強(qiáng)還是緩凝，節(jié)約水泥還是改善性能等。施工條件是指現(xiàn)場工地條件，如當(dāng)時的氣溫，保溫養(yǎng)護(hù)措施，地上施工還是地下施工，以及工地的管理操作水平?；炷猎牧系淖兓^大，原材料的改變對外加劑的影響效果也不一樣。以上條件的變化都將影響外加劑的使用效果，因此，工程確定使用外加劑品種后，應(yīng)通過試驗確定最佳摻量。對某一種水泥、某一配比的混凝土而言，任何混凝土外加劑都存在一最佳摻量，即在最佳摻量時，混凝土外加劑的性能會出現(xiàn)拐點。外加劑的摻量是獲得最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，其最佳摻量是根據(jù)試驗、混凝土配合比來確定。各種減水劑的最適宜摻量不盡相同。萘系減水劑大約為水泥質(zhì)量的0.5%－1.5%，此時強(qiáng)度增加為10%－25%。在混凝土外加劑大摻量或低摻量往往會出現(xiàn)截然不同，意想不到的效果。如“坍落度”損失的快慢、泌水大小、緩凝與促凝等。不同的外加劑有各自不同的適宜摻量范圍，小于或大于該范圍均不能發(fā)揮其本質(zhì)作用。超摻量會使凝結(jié)時間延長，減水率和強(qiáng)度增長幅度不大，尤其是木鈣，超摻量會使混凝土長期不凝結(jié)。高效減水劑超摻量會引起泌水嚴(yán)重，和易性不好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)均不合理。使用高效減水劑由于減水率較大，一般都能達(dá)到12%～20%，所以在使用中一定要注意控制適宜的摻量，以避免因摻量過多引起強(qiáng)度下降，流動性過大，影響工程質(zhì)量。因此施工單位在使用外加劑前，應(yīng)按工程實際情況，驗證確定外加劑的最佳摻量。

1.2　混凝土外加劑摻加工藝改變混凝土外加劑的摻加工藝，根據(jù)以往工作經(jīng)驗和從事混凝土工程人員的調(diào)查，后摻法的混凝土的工作性能優(yōu)于先摻法的混凝土，而達(dá)到同樣的效果。后摻法的摻量往往更小，這與混凝土外加劑和水泥顆粒的吸附和分散有關(guān)。所以在工程實際中要根據(jù)試驗決定采用先摻法還是后摻法。通過試驗和工程實際應(yīng)用表明：采用后摻法或滯水法、或少量多次摻加的工藝，這種方法的效果較好。

2.攪拌時間與攪拌速度的影響

混凝土攪拌時間會影響混凝土的含氣量及混凝土外加劑對混凝土的分散效果、凝結(jié)時間，從而混凝土的工作性和硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性。攪拌機(jī)速度過快，會破壞水泥中的膠體結(jié)構(gòu)和破壞水泥顆粒表面形成雙電層膜，使混凝土凝結(jié)時間、坍落度損失、泌水量都受到較大影響，但在施工中一般攪拌1.5～3分鐘。如果采用干摻法，減水劑應(yīng)有載體分散或延長攪拌時間，保證混凝土攪拌均勻。采用溶液摻加時，配制減水劑的水必須從拌和水中扣除，以保證準(zhǔn)確的水灰比。為減少坍落度損失，使減水劑更有效地發(fā)揮作用?？刹捎煤髶椒āΩ咝p水劑摻加方法不同，效果也不同。后摻法將使混凝土的和易性及強(qiáng)度比同摻法優(yōu)越。當(dāng)采用攪拌運輸車運送混凝土?xí)r，減水劑可在卸料前2分鐘加入攪拌運輸車，并加快攪拌運輸車轉(zhuǎn)速，拌勻后出料，效果較好。

3.混凝土外加劑品種的影響

混凝土外加劑中所含不同的官能團(tuán)如：-OH，-SO3，-COOH，-CH2等對水泥顆粒影響不同，外加劑的分子量，形狀不同都會影響外加劑的性能。混凝土外加劑呈陰離子表面活性劑還是呈陽離子表面活性劑。水泥中C3A，CAF，C3S等吸附分散效果不相同，也直接影響水泥中SQ42-的溶解度，從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的問題的。在泰安地區(qū)大多數(shù)外加劑都是β－萘硫磺酸甲醛高縮合物的鈉鹽，在施工中當(dāng)外加劑與所用水泥的適應(yīng)性不好，更換水泥又不可能時可以要求外加劑廠家調(diào)整外加劑的成分，以達(dá)到外加劑與水泥的適應(yīng)性良好?；炷镣饧觿┲袎A含量高，則對混凝土早期強(qiáng)度有利，但新拌混凝土坍落度損失快。有些外加劑引氣量過大，而且氣泡不均勻、不封閉。氣泡過大導(dǎo)致新拌混凝土坍落度損失快，而且使硬化混凝土抗凍、抗?jié)B等耐久性下降。

4.水泥的影響

在混凝土組成材料中水泥對外加劑混凝土的性能影響最大，不同的減水劑品種對水泥的分散、減水、增強(qiáng)效果不同。對于同一種減水劑，由于水泥礦物組成、混合材料品種及摻量、含堿量、石膏品種及摻量的不同，其減水增強(qiáng)效果也很不相同。

4.1　礦物成分水泥的礦物組成中以C3A，C3S對水泥的水化速度和強(qiáng)度的發(fā)揮起決定作用。C3A含量高的水泥減水效果較差。影響水泥適應(yīng)性的主要是C3A。在水泥中一般以石膏作為調(diào)凝劑。一般說來，C3A含量低的水泥，其適應(yīng)性良好，坍落度損失小。減水劑加到水泥中后，首先被C3A吸附。在減水劑摻量不變的條件下，含量高的水泥，由于被C3A吸附量大，必然使得用于分散C3S和C2S等其他組分的量顯著減少，因此C3A含量高的水泥減水效果較差。需要較多的CaSO4·2H2O作為調(diào)凝劑。若混凝土拌合物中SO42-濃度不足，新拌混凝土坍落度損失快。通常水泥適應(yīng)性不好，水泥在生產(chǎn)過程中采用回轉(zhuǎn)窯干濕法生產(chǎn)，使水泥混凝土物組分晶相狀態(tài)細(xì)度石膏發(fā)生不同程度的變化，從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性問題的產(chǎn)生。水泥中吸附外加劑能力C3A＜C4AF＜C3SII＜C2S。其水壓速率與其關(guān)系近似成正比。當(dāng)新鮮水泥存放一段時間后，由于其中f-CaO減少使混凝土拌合物需水量減少，坍落度損失減緩，從而改善了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性，水泥中親水性摻合料保水性好?；鹕交屹|(zhì)水泥保水性差，易泌水。一般水泥需水量大小和坍落度損失大小按規(guī)律：PI.PII＞P.O＞P.S＞P.F＞P.P泌水性正好與其相反。水泥熟料中堿含量過高，就會使水泥凝結(jié)時間縮短，使其早期強(qiáng)度及流動度降低，因此，堿含量高的水泥減水效果較差。用硬石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏作調(diào)凝劑的水泥，對不同種類的減水劑使用效果不同，如木鈣、糖蜜緩凝劑摻入用硬石膏作調(diào)凝劑的水泥后會出現(xiàn)速凝、不減水等現(xiàn)象，在使用中必須注意。在工程中選用外加劑時，應(yīng)根據(jù)工程材料及施工條件通過試驗確定。

4.2 細(xì)度水泥過細(xì)，水化速度快，需水量大，保水性好，但坍落度損失快減水效果大，而且水泥過細(xì)，混凝土收縮大，含氣量下降，降低了混凝土的抗?jié)B、抗凍耐久性。

4.3 石膏石膏是水泥熟料中的主要膠凝材料。石膏細(xì)度大，使石膏溶解度不夠，產(chǎn)生速凝。石膏用量不夠，不能有效控制C3A的水化。一般在混凝土中，CaSO4·2H2O調(diào)凝效果優(yōu)于CaSO4·1／2H2O。石膏與水泥熟料的粉磨溫度通常較高，從而使二水石膏脫水或半水石膏再脫水成石膏，從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差。有的石膏在使用木鈣或糖蜜類減水劑時會產(chǎn)生速凝現(xiàn)象，特別是用無水石膏或工業(yè)氟石膏時。

5.摻合料的影響

通常水泥中摻加粉煤灰或磨細(xì)的礦渣有利于新拌混凝土的流動性，而且使其坍落度損失減緩。但需水量比的關(guān)系為：Ⅰ級＞Ⅱ級＞Ⅲ級。Ⅰ級坍落度損失小，但保水性差，易泌水。摻膨脹劑的混凝土其坍落度損失快，水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性較差，摻礦渣混合材的水泥比普通水泥減水效果好。

6.環(huán)境溫度、濕度的影響

混凝土拌合物的凝結(jié)時間、硬化速度和早期強(qiáng)度的發(fā)展與養(yǎng)護(hù)溫度有密切關(guān)系。摻八高效減水劑后，這種現(xiàn)象更加明顯。特別是凝結(jié)時間的影響在20℃以下較顯著。溫度高，水泥的水化速度加快，而且混凝土表面水分蒸發(fā)加快，混凝土內(nèi)游離水通過毛細(xì)血管源源不斷地補充到混凝土表面。這樣，水泥水化加速，而混凝土的游離水大量被蒸發(fā)而減少，從而使新拌混凝土坍落度損失加快。而且某些混凝土外加劑的緩凝效果在30℃以上作用大大降低。醇酮酯在高溫下，對C3S緩凝效果較好。因此在高溫下，大多需要提高混凝土外加劑的摻量和防止水分蒸發(fā)。木鈣具有緩凝性和引氣性澆筑后要較長時間才能形成一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在養(yǎng)護(hù)時如果用蒸養(yǎng)必須延長靜停時間或減少摻量，否則混凝土容易產(chǎn)生微裂縫、表面疏松、起鼓及膨脹等質(zhì)量缺陷。但使用高效減水劑時，由于其引氣量較低，緩凝性也較小，用于蒸養(yǎng)時不需要延長靜停時間。所以在摻外加劑的混凝土施工中一定要注意養(yǎng)護(hù)，避免養(yǎng)護(hù)過程中水分蒸發(fā)?；炷翉?qiáng)度值雖然也隨著溫度降低而降低，但在5℃養(yǎng)護(hù)條件下，3d強(qiáng)度增長率仍然較高，因此高效減水劑可用于日最低氣溫0℃以上施工的混凝土。

7.施工配合比的影響

施工中配合比雖是設(shè)計問題，但它對混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的影響很大。據(jù)有關(guān)資料和試驗表明：砂率過高會使混凝土拌合物流動性降低，保塑性降低，坍落度損失加快。在混凝土配合比中，石子的形狀、吸水量、級配也嚴(yán)重影響混凝土的施工性、保水性、粘聚性、流動性、保塑型、可密實和成型性。在實驗中，降低水灰比W／C以提高混凝土的強(qiáng)度，而在低水灰比W／C下，有一個最佳單位用水量。在最佳用水量下，混凝土外加劑對水泥混凝土的各項性能能充分發(fā)揮使混凝土拌合物的保水性能，保塑性能等工作性狀態(tài)改善，保證了水泥在水化時，石膏有足夠的溶解用水，從而保證了外加劑的濃度，是外加劑和水泥適應(yīng)性得到了改善。砂石骨料的粒徑、品種和用量對減水劑混凝土的含氣量、減水率和強(qiáng)度有一定的影響。砂的粒徑對混凝土的含氣量的影響較大，含氣量的峰值出現(xiàn)在粒徑0.3～0.6mm的范圍內(nèi)，這是由于砂的表面粗糙凹凸不平，易于聚存氣體，當(dāng)砂的粒徑大于該范圍時，由于表面積小，吸附空氣量少，拌合物內(nèi)含氣量?。憾叫∮谠摲秶鷷r，拌合物易于凝聚成團(tuán)，阻礙了氣體的進(jìn)入，故含氣量也小，混凝土的減水率隨含氣量的增加而相應(yīng)提高。因此，以中砂配制的混凝土減水率最佳。粗砂和細(xì)砂次之，特細(xì)砂則減水效果最差：石子粒徑在20～40mm時，對減水率的影響不顯著，粒徑小于20mm時，則含氣量增加，大于40mm時，則含氣量減?。菏悠贩N對混凝土減水率有較大的影響，卵石表面光滑，表面積小，而碎石表面粗糙多棱角，表面積大，在要求混凝土坍落度相同的情況下，碎石需增加用水量和砂率，如砂率不增大，則碎石混凝土的減水率低于卵石混凝土。

8.結(jié)束語

制備高性能混凝土需選擇優(yōu)異的混凝土外加劑：合適的膠凝材料；較低的水灰比設(shè)計：攪拌、運輸、養(yǎng)護(hù)等嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚄l件都是非常重要的，缺少哪個環(huán)節(jié)都很難得到預(yù)期效果。其中混凝土外加劑是制備高性能混凝土最為關(guān)鍵的技術(shù)。