水泥與混凝土外加劑的雙向適應(yīng)性

　　引言
　　隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，外加劑在混凝土中的應(yīng)用越來越普遍。目前外加劑已成為混凝土的必要組分，被認(rèn)為是繼預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)以后的又一次技術(shù)大突破。外加劑促進(jìn)了混凝土新技術(shù)的發(fā)展，如泵送混凝土、流態(tài)混凝自密實(shí)混凝噴射混凝土等。但是，外加劑在混凝土的使用過程中，存在著一個普遍性的問題，就是與水泥的適應(yīng)性(即相容性)。例如，在泵送混凝土中經(jīng)常會出現(xiàn)坍落度損失的問題，這一問題就是外加劑與水泥適應(yīng)性典型的工程問題。遇到這種問題，大家普遍認(rèn)為水泥是固定的，不變的，只要滿足水泥標(biāo)準(zhǔn)要求就是合格的、合適的、合理的，而更多的是要求外加劑改變其成份、配方，性能來滿足不同品種的水泥，使之相適應(yīng)。

　　近年來，特別是高強(qiáng)高性能混凝土、泵送混凝土已經(jīng)在工程中得到了廣泛應(yīng)用，此時外加劑與水泥的適應(yīng)性問題對于工程質(zhì)量顯得更加突出。在某些時候，如果單純依靠調(diào)整外加劑的配方來適應(yīng)某個特定水泥，技術(shù)上是很難實(shí)現(xiàn)的。這樣做不但解決不了問題，反而增加了外加劑的成本。例如，對于“欠硫化水泥”即使幾倍甚至幾十倍的添加緩凝劑也解決不了其坍落度操作損失太快的問題。于是國內(nèi)外的有識之士就提出了“雙向適應(yīng)”的問題。也就是說不僅要求外加劑適應(yīng)水泥，同時也要求水泥通過調(diào)整其熟料礦物組成、細(xì)度及顆粒級配等來適應(yīng)外加劑，使水泥與外加劑雙向適應(yīng)。確實(shí)，混凝土的性能不僅取決于水泥的性能，也取決于外加劑的性能，更取決于二者之間的“相容性”。工程實(shí)際和科學(xué)研究證明只有“雙向適應(yīng)”，才能配制出性能優(yōu)異施工方便的混凝土。

　　總體來講，影響水泥與外加劑適應(yīng)性的因素包括三個方面:一是水泥方面，其主要因素包括:水泥礦物成份、石膏種類及摻量、堿含量、游離氧化鈣含量、混合材料種類及摻量、細(xì)度及顆粒組成、制成時間(新鮮程度)和溫度等。二是外加劑方面。如高效減水劑的化學(xué)成份，分子量、交聯(lián)度、磺化程度和平衡離子度，以及緩凝劑的種類與用量等:三是環(huán)境條件，如濕度、溫度、時間等。

　　1.適應(yīng)性問題中水泥方面的因素
　　1.1水泥熟料礦物成分:水泥熟料中四大礦物成分C₃S、C₂S， C₃A、C₄AF對外加劑的吸附能力是不一樣的。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其中C₃A對減水劑的吸附量遠(yuǎn)高于其它礦物成分，依次是C₃A>C₄AF>C₃S>C₂S，其原因主要取決于水泥水化速度及水化產(chǎn)物的比表面積。

　　由于C₃A水化速度快，它對減水劑的吸附量也最大，因此，從適應(yīng)性上講，水泥熟料礦物中C₃A的含量應(yīng)量盡低一些，而C₃S含量高一些較為有利。

　　1.2石膏的種類和摻量:當(dāng)水泥粉磨溫度過高，所摻加二水石膏會部分脫水較變?yōu)榘胨?，這就容易導(dǎo)致水泥凈漿發(fā)生快凝而影響與減水劑的適應(yīng)性。石膏摻量過少，當(dāng)水泥中SO₃含量較低時，使用減水劑時會產(chǎn)生坍落度損失很大，甚至急凝現(xiàn)象。

　　1.3混合材料的種類:不同種類混合材料對減水劑的吸附產(chǎn)生不同影響，礦渣對萘系減水劑的吸附量小于煤矸石，因此一般情況下?lián)降V渣的水泥對減水劑的適應(yīng)性優(yōu)于摻煤矸石的水泥。摻火山灰的水泥與減水劑的適應(yīng)性較差，主要表現(xiàn)流動性差，經(jīng)過損失也大。而摻不同品種粉煤灰時水泥與減水劑的適應(yīng)性差異較大。使用優(yōu)質(zhì)粉煤灰(含碳量≤5% )時塑化效果好，而使用粗粉煤灰，含碳量>5%的粉煤灰時塑化效果差。

　　1.4堿含量:隨著水泥堿含量的增大，高效減水劑對水泥的塑化效果變差。還會導(dǎo)致砼凝結(jié)時間縮短和坍落度損失變大，并存在有堿——骨料反應(yīng)的潛在危險(xiǎn)。應(yīng)盡量使用堿含量≤0. 6%的低堿水泥。

　　1.5f-CaO：立窯由于其燒成溫度低等工藝條件所限，熟料中f-CaO含量較高，燒成質(zhì)量不穩(wěn)定，總體上其與減水劑的適應(yīng)性不如旋窯。

　　1.6水泥細(xì)度及顆粒組成:水泥中粗細(xì)顆粒級配恰當(dāng)，則可得到良好的流變性能。水泥中3~30μm的顆粒主要起強(qiáng)度增長作用，而大于60μm的顆粒則對強(qiáng)度不起作用，因此3~30μm以下的顆粒只起早強(qiáng)作用。但顆粒小于10μm的需水量大，因此流動性能好的水泥10μm以下的顆粒應(yīng)當(dāng)少于10%。我國多數(shù)水泥的生產(chǎn)只考慮細(xì)度，甚至用增加比表面積來提高水泥強(qiáng)度。在我國目前的多數(shù)生產(chǎn)條件下，水泥顆粒越細(xì)，細(xì)顆粒越多，需水量越大。需水量增大，必將加劇混凝土的坍落度損失。

　　一般情況下隨著水泥細(xì)度的提高，水泥顆粒比表面積增加，對減水劑的吸附量越大，減水塑化的效應(yīng)就降低，而且經(jīng)時損失也會增加。

　　1.7水泥制成時間及溫度:制成時間短的水泥有時溫度較高，其對減水劑塑化作用影響較大，所以使用剛出磨和出磨溫度較高(≥50℃)的水泥，就會出現(xiàn)減水率低，坍落度損失快的現(xiàn)象。因此，盡量使用陳放時間稍長的水泥，就可避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

　　2.外加劑方面的影響因素
　　外加劑對適應(yīng)性的影響，首先是高效減水劑的品質(zhì)與性能，化學(xué)成分、分子量、交聯(lián)度、磺化程度和平衡離子等。目前商用高效減水劑主要是萘系減水劑和三聚氰胺減水劑。前者用量最大，其中萘系減水劑中硫酸鈉含量是影響其性能的一個重要指標(biāo)，硫酸鈉含量高減水效果差，坍落度損失相應(yīng)增大。

　　值得注意的是，有些生產(chǎn)廠家為了降低成本，提高競爭能力，采取了不正當(dāng)?shù)氖侄?一是使用品位低的粗萘，部分或全部取代高品位的工業(yè)萘；二是萘系減水劑中摻入成本較低的木鈣，致使減水劑的質(zhì)量下降。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前學(xué)術(shù)界已研發(fā)出新型的聚羧酸鹽系減水劑，氨基磺酸鹽系減水劑用于工程實(shí)際，其與水泥具有很好的適應(yīng)性。在考慮外加劑與水泥的適應(yīng)性時，對流態(tài)高強(qiáng)泵送混凝土常常必須同時考慮外加劑與礦物摻合料(如磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉、膨脹劑等)的適應(yīng)性。

　　3.環(huán)境條件的影響因素
　　在考慮水泥與外加劑的適應(yīng)性能時，離不開一定的環(huán)境條件，最主要的有溫度、時間、濕度等。如泵送砼坍落度值會隨時間的延長而損失，會隨溫度的增加而加大損失速率，早強(qiáng)劑會隨濕度的降低而損失強(qiáng)度等等。

　　結(jié)束語
　　外加劑與水泥的適應(yīng)性問題由來已久，要從根本上認(rèn)識和解決還需要有個過程。只要外加劑及水泥的生產(chǎn)開發(fā)部門都重視起來，加強(qiáng)相互的交流和協(xié)作，采取切實(shí)可行的有效措施，通過改善和提高減水劑與水泥的適應(yīng)性以避免因適應(yīng)性而對工程造成的危害是完全可以做到的。