外加剂在商品混凝土应用中存在的问题及解决方法.doc

外加剂在商品混凝土应用中存在的问题及解决方法外加剂与水泥的适应性问题是让所有商品混凝土厂家感到担心、头痛的问题，也是让许多外加剂厂家感到委屈的问题。可以说目前在国内，只要出现外加剂与水泥不相适应，从而导致商品混凝土坍落度损失过大或混凝土过于快凝无法满足施工要求，乃至带来工程质量问题时，最终总是归罪于外加剂的问题，这是不公正的。外加剂与水泥不适应而导致商品混凝土坍落度损失过大等问题，既有外加剂的质量、化学成分方面的原因，但也有属于水泥本身矿物组成、所用石膏的种类、含碱量的高低及水泥掺和物的种类等多种因素造成的原因。因本人是学硅酸盐专业（重点为水泥）出身的，1977年以来又先后从事过木质素磺酸盐、-萘磺酸盐、三聚氰胺类等各种外加剂的开发、研究、生产，又先后在日本和国内商品混凝土合资公司长期从事于外加剂在商品混凝土中的应用工作，对外加剂在商品混凝土行业、水泥制品行业及陶瓷行业中的应用有着较深的体会，特别是商品混凝土不同于其他行业，它有着时间及距离的限制，对外加剂要求更高，也比其他行业更易发生问题，现就外加剂在商品混凝土应用中存在的问题及解决方法谈谈体会吧！一、外加剂与水泥适应性的问题1.水泥矿物组成对外加剂的影响水泥矿物的组成为铝酸三钙（C3A）、硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C4AF），水泥水化速度以C3A为最快，C3S其次，再次C2S、 C4AF。根据一般回转窑生产的水泥熟料来看，水泥矿物的组成一般为C3S：4565%，C2S：1532%，C3A：411%， C4AF：1018%。但从实际上与外加剂匹配的角度来看，C3A水化最快，吸附外加剂最快，C3S水化其次，吸附外加剂也其次，这两项是影响外加剂与水泥适应性的主要因素。从多年经验和教训来看，水泥矿物组成中的C3A、C3S如满足以下二条件：a) C3A8%，b) C3A C3S65%即只要C3A8% ，C3S在5055%之间，并用二水石膏配制的水泥与各种外加剂适应性都较好，用这种水泥与一般木质素类减水剂、萘系高效复合减水剂、泵送剂等配制的商品混凝土的坍落度损失较小，一般都能满足施工要求。但当C3A8%或C3A C3S65%情况下，就出现外加剂与水泥不相适应情况，商品混凝土损失大，无法满足施工要求。这仅是本人多年来的经验数据，我很希望有哪个研究单位对此比较感兴趣的话，能进一步论证，这样对今后外加剂的应用起到作用。下面举例说明水泥矿物组成对外加剂的影响。合肥某研究院下属外加剂公司配合某工程采用山东某水泥厂回转窑生产的42.5普通硅酸盐水泥和合肥当地生产的42.5普通硅酸盐水泥，使用上海建工麦斯特高科技建材公司用进口原料进口配方生产的聚羧酸高效引气减水剂，该减水剂在上海重点工程中使用已获得很好效果，可以说是当前国内最好的外加剂。但是该公司在配制混凝土时，却发现用同样的外加剂，同样的掺量，采用山东生产的水泥配制的混凝土30分钟坍落度损失比当地水泥配制的混凝土坍落度损失大50%之多，而且根本无法使用，使用萘系减水剂坍损更大。该公司诉来电与我联系，凭多年经验，我马上判断出不是外加剂的问题，而是水泥矿物组成的问题。我立即要求对方调查两家水泥矿物组成，结果不出所料，经调查发现山东产水泥矿物组成如下：C3A10.96%， C3S64.36%， C2S10.23%， C4AF11.55%，而当地水泥的C3A仅6%，最后该工程放弃了山东产水泥。水泥矿物组成中C3A对外加剂的影响最为显著，近几年来，水泥厂为了提高水泥早期强度，一般采用提高C3A含量的办法，这给外加剂的应用带来了诸多麻烦。本人在南京合资混凝土公司工作期间，有一次元旦刚过，便发现几辆混凝土搅拌车中的混凝土无法卸料，几位搅拌车驾驶员在开车时也感到混凝土罐有异常现象。当时中方外方立即确认了混凝土配合比没有变、使用的同一罐萘系外加剂没有变、全电脑计量操作无异常，只是刚从当地某水泥厂进了一批水泥（本厂是该水泥厂老客户，过去从未发生过此现象），于是我们马上怀疑是水泥问题，马上赴该水泥厂调查，发现该水泥厂正邀请德国一位水泥专家在进行回转窑技术改造，元旦前后将C3A的含量由以往的78%调到了9.5%。为此我们要求该厂恢复原有的C3A含量，将C3A控制在8%以内。同时将已入库的水泥采取增加外加剂掺量及在水灰比不变的情况下，增加用水量和单位水泥用量，从而增加了混凝土出厂坍落度，以保证施工要求，但这样的措施无疑增加了商品混凝土的成本，由此可见，C3A过高，无论是对普通减水剂还是萘系高效减水剂乃至当今最好的聚羧酸系高效减水剂都会带来水泥与外加剂不适应的情况，所以配制商品混凝土时，要特别注意水泥中C3A、C3S的含量问题。因为本人是学水泥的，又是搞外加剂的，现在又在使用外加剂，所以遇到水泥与外加剂不相适应时，我采用的办法是：（1）用同一种外加剂与几种不同种类、不同品牌（不同厂家）的水泥进行砂浆流动度试验，以判断该外加剂对各种水泥的适应情况（2）用常用的、已知其适应性较好的一种水泥与几种不同种类、不同厂家的外加剂进行砂浆流动度试验，以判断各种外加剂的质量情况。这样一对比，便可发现不适应问题是外加剂造成的还是水泥造成的。如是水泥造成的，应进一步分析水泥矿物组成、石膏种类、含碱量高低及掺合料种类对外加剂的影响。如是因外加剂造成的，应立即与生产厂家联系：调查外加剂的配方是否变动？母体（多数为-萘磺酸钠及木钙）的质量是否有波动？近几年来，木质素类外加剂的原料发生变化，针叶树原料紧缺，优质木钙又出口，结果造成许多复配木质素类的外加剂厂家质量不稳定，减水率下降，含气量过高，商品混凝土表面出现大气泡、混凝土强度下降等现象，而萘系减水剂目前国内除少数几家大厂是采用全自动控制、质量稳定外，许多生产合成萘磺酸钠的厂家还是人工操作，以致磺化、缩合等几个关键生产过程不稳定，从而导致母体聚合度不高，减水率不稳定，用这样的母体复合各种萘系减水剂，自然产品的质量不稳定。这种情况，我们商品混凝土公司常遇到。与外加剂厂家交涉，厂家认为配方没变，质量不会变化，却忽视了产品母体质量的变化。对于合资公司，对原材料进料质量严格控制，一旦发现是外加剂的问题，立即退货，二次退货即停止使用，寻找更稳定的外加剂。作为外加剂用户，需要的是稳定优质产品，目前国内大多数外加剂厂家是搞复配的，更应注意母体质量稳定的问题。2水泥熟料中添加的石膏种类对外加剂的影响主要是硬石膏的影响，以硬石膏作缓凝剂的水泥，不仅与木钙、糖蜜类外加剂不相适应，还产生假凝现象，而且硬石膏对萘系减水剂的减水率影响也很大。早在80年代，当首次在江苏南京发现当地某中型知名水泥厂的水泥与木钙、糖蜜产生假凝，给施工单位带来诸多麻烦后，本人曾将硬石膏及二水石膏以不同比例配制的水泥进行萘系减水剂适应性试验。结果表明，100%硬石膏配置的水泥，对萘系减水剂的影响同样很大，净浆流动度仅为105110，而100%二水石膏配制的水泥，同样掺量同种萘系减水剂净浆流动度为240245。但硬石膏：二水石膏=1：1时，木钙、糖蜜类仍不适应，萘系减水剂基本适应，净浆流动动度为200210，硬石膏：二水石膏=2：8时，对萘系减水剂没多大影响，净浆流动度为230左右，对木钙、糖蜜类减水剂有影响，但不致出现假凝现象。在实际商品混凝土生产中，我也曾遇到过此类情况。南京某合资混凝土公司刚投产不久，用的水泥品种较多，有次订购了2000吨当地某水泥厂生产的水泥，为慎重起见，取样进行适应性试验，结果无论是木质素类还是萘系高效减水剂，都分别出现假凝和速凝现象。外方人员立即与我联系，因当时南京硬石膏带来的问题我很了解，马上派人调查该水泥厂所用石膏，果然该水泥厂全部使用硬石膏，之后，混凝土公司将预购的2000吨水泥作了退货处理。所以在使用外加剂时，也需要事先对水泥中的石膏种类及其含量做一调查，以防出现不适应的情况。3水泥碱含量对外加剂应用效果的影响在外加剂学会发表的一些论文中已谈到过水泥碱含量越大，适应性就越差，但在实际应用中，一般商品混凝土公司不太注意此问题。相比之下，水泥矿物组成及石膏种类对外加剂的影响比碱含量的影响更为明显，但是使用低碱水泥配制的商品混凝土不仅可减少因适应性而带来的坍落度损失问题，也能避免混凝土发生碱骨料反应。作为合资混凝土公司，为了保证混凝土质量，我们选用优质、高强、低碱水泥。4水泥矿物掺合料对外加剂适应性的影响一般地说，使用纯矿渣作为掺合料配制的矿渣水泥，与外加剂适应性较好。有的商品混凝土公司自行外掺矿渣微粉，对外加剂适应性有利，而且还能改善混凝土的和易性、泵送性、减低水化热、提高后期强度，适于在大体积混凝土中使用。只是目前市场上矿渣微粉的价格也不低，故一般商品混凝土公司均采用使用粉煤灰和外加剂的“双掺”办法。无论是在水泥厂还是在商品品混凝土公司，使用粉煤灰作为掺合料时，必须严格控制粉煤灰的质量，特别是粉煤灰中的含碳量，因碳素对外加剂的吸附作用大。含碳量过大，吸附外加剂过多，影响外加剂的使用效果。所以水泥与外加剂的适应性与粉煤灰质量即含碳量有关。一级粉煤灰含碳量最低，对适应性没有影响，二级粉煤灰一般对适应性影响不大，但二级粉煤灰中颜色较深，含碳量较高，接近三级粉煤灰的指标时，将对外加剂的使用带来不利影响。三级粉煤灰在商品混凝土中一般不能使用。所以在实际应用中，商品混凝土公司从粉煤灰的颜色就能判断其对外加剂的影响，颜色越浅，对外加剂的使用影响越小，反之，就越大。其他掺用工业废渣、煤矸石等的水泥，因成分复杂、不稳定，与外加剂适应性较差。由于外加剂与水泥的不适应给商品混凝土厂家带来了的最大问题是坍落度损失过大，有时到了现场，混凝土无法从搅拌车中卸出。对于这种情况，我们的办法是采用二次添加方法，即试验室人员带着高效减水剂立即赶往施工现场，再次按一定比例将高效减水剂均匀加入搅拌车的拌罐中，并高速搅拌一分钟后立即卸料，由泵车压送浇筑。此种情况绝对不能任意加水，若任意加水，水灰比增大，不仅影响强度，还造成干燥收缩裂缝，给工程质量带来后患。其实关于外加剂与水泥适应性的问题，早在20世纪6070年代，在日本也常有发生。由于日本水泥生产公司只有十几家大型公司，全属于日本水泥协会成员。外加剂公司也只有十几家，也全属于日本外加剂协会成员。一旦发生外加剂与水泥适应性不相适应而影响混凝土质量时，两个协会就联合邀请大学教授、专家来进行原因分析并仲裁，谁的原因，谁负责彻底改进，所以80年代以来就不再出现外加剂与水泥不相适应的情况了。同样，商品混凝土的二次添加法在日本70年也曾流行过。他们的做法是：先使用木质素系减水剂将商品混凝土配制成坍落度8公分左右的混凝土，用搅拌车送往工地现场，在现场再添加萘系高效减水剂（麦地150），搅拌车上的搅拌罐高速搅拌后即卸料浇筑，但因现场再次添加需要人工，日本人工费较高，另外高速搅拌带来噪音形成环境污染问题。于是80年代开始研究以聚羧酸盐为代表的高效引气减水剂，85年正式成为商品，开始使用，从而解决了商品混凝土中的重要一环坍落度损失问题。由于国情不同，我国水泥厂光回转窑就上万家，外加剂厂家大大小小也好几百家，不可能像日本一样，由协会出面解决外加剂与水泥适应性问题，这就给用户商品混凝土厂家带来了最担心也是最头痛的问题：外加剂与水泥不适应，影响商品混凝土质量，甚至造成工程事故。作为合资商品混凝土公司，采用优质稳定的原材料，以科学合理的配合比、全自动控制系统的生产设备及严格的层层把关，向现场提供优质的商品混凝土是我们的宗旨。为此我们的做法是：（1）尽可能选定优质稳定的大型外加剂厂家、大型优质的水泥厂家、优质的砂石厂家作为我们固定的原料基地。（2）对各种原料按国家标准进行严格的入厂复检。（3）以砂浆流动度来判断水泥与外加剂的适应性问题，如不适应，判断是水泥问题还是外加剂的问题，并立即与发生问题一方联系，立即要求解决或退货。我们之所以用砂浆流动度来判断，而未采用净浆流动度来判断水泥与外加剂适应性问题，是因为我们曾多次遇到过采用净浆流动度来判断，对于某些改性的高分子外加剂不适宜，包括对于某些聚羧酸盐类外加剂。分子量大、粘度大，用净浆流动度方法不能真实反映其扩展性能，净浆流动度并不大，但砂浆流动度却大，混凝土中使用效果也好。此情况下，单用净浆流动度易被误判为不适应。使用砂浆流动度来判断，一是更接近于混凝土，二是由于砂子的加入，充分发挥了其分散性，克服了其粘稠性的一面，这也与混凝土试验吻合。所以建议国标中，外加剂与水泥适应性的判断方法改为测定砂浆流动度的方法。（4）如遇到坍落度损失过大（特别是夏季）难以卸料时，采用二次添加方法解决，绝对禁止随意加水。（5）要配制优质混凝土，特别是高强混凝土，除外加剂外，砂、石级配、石子的坚硬度（压碎值）、形状、是否含泥等也必须严格控制。特别是夏季，砂石在露天暴晒，温度高，将引起坍落度损失增大，所以夏季要注意对石子不断洒水、降温，这也很重要，可避免坍损增大。（6）不同种类的外加剂必须严格区分、明显标识。在外加剂加入储罐时，必须有生产商和混凝土厂家双方确认后才能入罐，绝对不能搞错，特别是高效减水剂与普通减水剂，一旦搞错，把普通减水剂当作高效减水剂使用，使用量增加34倍，以致造成现场混凝土几天不凝，造成严重工程事故。几年前，本人在上海工作期间，就听说某地发生了这样的事故。各种外加剂都有着各种不同的应用范围、掺量范围，超出此范围，必将发生工程质量事故，必须特别谨慎。在商品混凝土中，当遇到外加剂与水泥不适应时，坍落度损失大，不能满足施工要求时，怎么办？一般地说，商品混凝土公司购入水泥时，一次性购入量大，而且一般都是直接打入水泥储仓中，所以一般都是外加剂去适应水泥，只有明显的因水泥矿物组成或石膏原因，产生很不适应时，才会考虑更换水泥厂家，因此一般出现不适应时，可采取以下措施：（1）适当增加外加剂掺量。（2）更换外加剂，一般说，外加剂与水泥适应性以聚羧酸盐类为最好，其次是氨基磺酸盐（氨基磺酸盐单独使用，泌水严重，需与萘系复合使用），再次为萘系及其复合减水剂、木质素磺酸盐、糖蜜类等。但国内目前使用的外加剂绝大多数是普通、高效、缓凝等多种复合而成，复合的配方不同，各单体质量不同，效果均不同，所以当遇到不适应情况时，可取当地多种产品进行砂浆适应性试验，从中选择较适应的外加剂，也就是说，改变外加剂去适应水泥。（3）如上述方法仍不能解决问题，坍落度损失还是较大，无法满足施工需求时，则可采用二次添加方法，在现场卸料前加入萘系高效减水剂，搅拌罐高速回转12分钟即卸入泵车中进行浇筑。（4）采用增加水泥浆的办法，增大出厂坍落度，增大至2022cm，即保持水灰比不变的前提下，同时增加单位水泥用量和单位用水量。当坍落度在12cm以下时，坍落度每增加1cm，单位用水量增加1.2%，当坍落度在15cm以上时，坍落度每增加1cm，单位用水量增加1.52.5%。注意：必须同时增加单位水泥量和单位用水量，以保持水灰比不变，混凝土强度不变，但这样做，无疑将增加商品混凝土的成本，一般商品混凝土厂家万不得已下，才会采用此方法。商品混凝土中外加剂与水泥/掺合料适应性的研究改革开放以来，我国商品混凝土发展十分迅速。从1979年我国建立第一家预拌混凝土搅拌站开始，商品混凝土搅拌站如雨后春笋般成长。1990年，我国已建成100家商品混凝土搅拌站，到2002年，我国商品混凝土搅拌站数量更是高达1039家，实际年产量为13914m3，与2002年相比，2003年商品混凝土年产量的增加幅度超过30%。混凝土商品化进程的实施在提高混凝土质量、满足结构工程实际需要、节约资源、节省能源、保护环境和文明施工等方面都发挥了巨大作用。然而，我国东、西部及沿海地区的经济、技术发展不均衡，混凝土商品化步伐和商品混凝土技术水平差别也很大。我国个别发达城市，如上海、北京、广州等，混凝土商品化供应比例已大于80%，而边远地区(有些甚至是省会城市)，其混凝土商品化程度却不足20%。为进一步提高混凝土商品化程度，加速混凝土商品化进程，2003年10月16日，我国商务部、公安部、建设部和交通部联合发布“关于限制禁止在城市城区现场搅拌混凝土的通知”。通知规定：从2003年12月31日起，北京等124个城市禁止现场搅拌混凝土；其它城市从2005年12月31日起禁止现场搅拌混凝土。可见，我国混凝土商品化步伐将急速加快。商品混凝土离不开化学外加剂和矿物掺合料，各种掺合料和以减水剂为主要组份配制的各种外加剂为商品混凝土的生产和应用提供了必要的技术保障。根据国外及我国发达城市商品混凝土的发展经验，首先要解决好化学外加剂和矿物掺合料的配套供应和应用技术问题，否则，混凝土商品化的进程必将受到严重的影响。关于化学外加剂和矿物掺合料，我国已经制定了较齐全的标准规范，如：1)GB8076-1997 混凝土外加剂；2)GB8077-2000 混凝土外加剂匀质性试验方法；3)JC473-2001混凝土泵送剂；4)GB50119-2003 混凝土外加剂应用技术规范；5)GB1596-1991 用于水泥和混凝土中的粉煤灰；6)GB/T18046-2000 用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉；7)JTJ275-2000 海工工程混凝土结构防腐蚀技术规范；8)GB/T18736-2002 高强高性能混凝土用矿物外加剂。这些标准规范的制定和实施为混凝土化学外加剂和矿物掺合料的正确选择和应用提供了良好的技术保障。但尽管这样，在实际工程中，常会出现不如意的使用效果，甚至出现重大工程事故，造成严重的经济损失，再者，也容易引起原材料提供方、商品混凝土生产方和施工方之间的矛盾。实践表明，混凝外加剂与水泥/掺合料之间存在明显的适应性问题。发达国家的水泥生产厂和外加剂生产厂数量较少，质量相对稳定，而我国混凝土外加剂厂有500家以上，水泥生产厂更是超过2000家，所以，商品混凝土生产过程中外加剂与水泥/掺合料适应性问题相当突出，由此带来的技术难题和质量事故也较普遍。为正确认识外加剂与水泥/掺合料的适应性问题，本文结合工程实际和近几年的科研成果，对外加剂与水泥/掺合料适应与否进行定义，并就商品混凝土生产中较常出现的减水剂型外加剂(普通减水剂、高效减水剂、缓凝型减水剂、泵送剂等)与水泥/掺合料之间的适应性影响因素及机理展开全面研究和分析。1. 混凝土外加剂与水泥/掺合料适应性的定义为正确定义外加剂与水泥/掺合料之间的适应性，首先应将因外加剂、水泥和掺合料本身性能不合格所产生的影响排除在外；其次，要将外加剂与水泥/掺合料是否能配合使用这一点考虑在内。可以这样理解混凝土外加剂与水泥/掺合料的适应与不适应性的概念：按照混凝土外加剂应用技术规范1，将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到用按规定可以使用该品种外加剂的水泥(和掺合料)所配制的混凝土中，若能够产生应有的效果，我们就认为该水泥/掺合料与这种外加剂是适应的；相反，如果不能产生应有的效果，则该水泥/掺合料与这种外加剂不适应。比如，分别用五种普通硅酸盐水泥并掺加某种高效减水剂(经检验符合高效减水剂标准要求2)配制混凝土，在其它因素都相同的情况下，有种水泥所配制的混凝土在减水率方面出现了严重不足，则说明这种水泥与该高效减水剂不适应，而其它几种水泥与该高效减水剂是适应的。再比如，当某种水泥(掺有一定比例的掺合料)所配制的混凝土中掺加缓凝减水剂(经检验符合有关标准)，不仅得不到应有的缓凝效果，反而出现了不正常的快凝现象，这肯定是由于该缓凝减水剂与所使用的水泥和/或掺合料不相适应引起的。几乎所有品种的外加剂与水泥之间都存在适应性问题，只是目前来说商品混凝土中几乎全部使用减水型外加剂，而减水型外加剂与水泥/掺合料不相适应时能够比较直观快速地反应出，如出现混凝土流动性差、减水率低，或拌合物板结发热、流动性损失过快、不正常凝结等现象。商品混凝土生产和使用过程中反响最强烈的问题主要是外加剂与水泥/掺合料之间不相适应所导致的各种矛盾和质量事故。2. 减水型外加剂与水泥/掺合料适应性的影响因素及机理分析认为，减水型外加剂与水泥/掺合料的自身特性都会影响它们之间的适应性。就减水型外加剂自身来说，其分子特性、聚合度、中和离子、掺加时的状态等都会对其作用效果产生影响；而对水泥来说，其化学组成、矿物成分、调凝剂石膏的状态和掺量、碱含量、混合材种类和掺量、粉磨细度等都是必须考虑在内的因素；对于掺合料，则其种类、掺量等对减水型外加剂的作用效果影响较大。2.1 减水剂自身特性对其塑化效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/掺合料塑化效果的因素有磺化度、平均分子量、分子量分布以及聚合度、聚合性质 (直链、支链等) 等，另外，减水剂掺加时的状态(粉状或液态)也影响其塑化效果，具体情况如下。1)萘系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；水解过程也同样重要，因为水解过程可以使得萘环上位的磺酸基除去，以利于缩聚反应。2)萘系减水剂的分子量(也即聚合度)对其塑化效果的影响非常显著，存在一个最佳分子量值。试验表明，萘系减水剂分子的聚合度为10左右时的塑化效果最理想。3)萘系减水剂中起中和作用的反离子的性质也影响减水剂的塑化效果3。 4)萘系减水剂掺加时的状态会影响其对水泥的塑化效果。试验表明，掺加粉状的减水剂其塑化效果比掺加液态减水剂时约低5%，其原因是粉状减水剂的分子呈缠绕形结构，而减水剂溶解在水中1天以上时则其分子呈直锁形结构，因此吸附在水泥颗粒上所起的分散效果就大些。对于木质素磺酸盐系减水剂来说，其生产原料中木质素的来源、纯度、制备时加入的金属阳离子种类、添加状态等都对其作用效果产生一定影响。表1是对木质素磺酸钙(MG)和木质素磺酸钠(MN)作用效果的对比结果。可见，在相同掺量情况下，MN的塑化效果比MG明显，但其对砂浆抗压强度的改善效果却不如MG。表2 两种木质素磺酸盐减水剂对砂浆性能的影响(水泥采用海螺牌52.5P.O)外加剂扩展度(mm)减水率(%)抗压强度(MPa)/抗压强度比(%)种类掺量(%C)1d3d7d28d/0125012.5/10038.3/10045.6/10062.8/100MG0.151274.213.8/11039.8/10448.8/10763.2/101MN0.151268.712.6/10135.8/9346.9/10361.3/98MG0.251318.715.9/12738.4/10050.9/11265.3/104MN0.2513013.9107/8621.5/5645.7/10053.3/85与木质素磺酸盐系减水剂和萘系、密胺系高效减水剂相比，氨基磺酸盐系高效减水剂和聚缩酸系高效减水剂尽管减水率大，控制坍落度损失效果明显，但合成工艺过程中的诸多因素都会对其作用效果产生较大影响4，5。2.2 水泥特性对减水剂塑化效果的影响水泥品种不同，则减水剂对其产生的塑化效果也不相同。水泥熟料的矿物成分、化学组成、作为调凝剂的石膏的形态和比例等都会影响减水剂的塑化效果3；水泥的细度、水泥中混合材的种类和掺量，以及水泥的新鲜程度、水泥的含水率、温度等也会对减水剂的塑化效果产生较大影响。2.2.1 矿物成分 水泥的化学组成和矿物成分因生产厂家在原材料的选择、配比、生产工艺的控制等方面的差异而有所不同。我国水泥厂数量多，分布范围广，水泥熟料化学组成和矿物成分变动较大，这是我国商品混凝土生产中较易出现外加剂与水泥不相适应的原因之一。通过对水泥熟料四大矿物成分C3S、C2S、C3A和C4AF对减水剂分子等温吸附的研究证明，其吸附程度的大小顺序为：C3AC4AFC3SC2S，可见，铝酸盐相对减水剂分子的吸附程度大于硅酸盐相。其原因是：C3A和 C4AF在水化初期其动电电位(Zeta电位)呈正值，因而较强较多地吸附减水剂分子(阴离子表面活性剂)，而C3S和C2S在水化初期其动电电位呈负值，因此吸附减水剂的能力较弱。业已证明，水泥中C3A和C4AF的比例越大，则减水剂的分散效果越差。商品混凝土搅拌站生产过程中采用铝酸盐相(尤其是C3A矿物)含量较高的水泥时，容易遇到用水量大幅增加，混凝土坍落度损失加快的难题，原因就在于此。2.2.2 调凝剂石膏的形态 水泥粉磨过程中要加入一定量石膏作为调凝剂。由于粉磨过程中磨机内温度升高，会使一部分二水石膏脱去部分结晶水转变为半水石膏甚至无水石膏(硬石膏)，另外，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)替代二水石膏作为水泥调凝剂。不论采用何种石膏生产的水泥，按照有关水泥标准进行产品检验时一般区别不大，但在掺加减水剂情况下，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(木钠)、糖钙组分时，则会产生严重的不相适应性，不仅得不到预期的减水效果，而且往往会引起流动性损失过快甚至异常凝结。为什么调凝剂二水石膏部分转化为无水石膏或以无水石膏作为调凝剂的水泥碰到木钙(木钠)、糖钙时会产生前述异常现象呢？这是因为，石膏结晶形态不同，其对木钙(木钠)或糖钙的吸附能力也不相同，顺序为CaSO4 CaSO4.1/2H2O CaSO4.2H2O。当采用无水石膏为调凝剂的水泥掺加木钙(木钠)或糖钙与水一起拌合时，无水石膏表面立即大量吸附木钙(木钠)或糖钙分子，被吸附膜层严密地包围起来，无法溶出为水泥浆体系提供必要的SO42-离子，也就无法快速在C3A表面上形成大量AFt，因而造成C3A大量水化，形成相当数量的水化铝酸钙结晶体并相互连接。这一结果轻者导致混凝土坍落度损失过快，严重者将导致混凝土异常快凝。目前，我国泵送剂产品一般按照市场需要，分为普通型、中效型和高效型三类。普通型泵送剂一般由木钙(木钠)和糖钙等组分进行复合，中效型泵送剂则一般由高效减水剂、木钙(木钠)和糖钙等组分复合而成。使用这两类常用泵送剂容易出现与水泥不相适应的情况6，希望商品混凝土搅拌站应正确分析原因，通过试验选择适应性较好的泵送剂品种。2.2.3 碱含量水泥的碱含量主要指水泥中Na2O 和K 2O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影响。图1和图2分别为水泥碱含量对低浓型萘系高效减水剂和高浓型萘系高效减水剂塑化效果的影响，可见随着水泥碱含量的增大，减水剂的塑化效果变差。水泥的碱含量提高还将导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失急速加快。水泥中碱的存在有助于加速水泥中铝酸盐相的溶出，导致水泥颗粒对减水剂分子吸附量增大，因而减水剂掺量一定时，塑化效果下降，混凝土坍落度损失加快7，8。 图1 碱含量对掺低浓型萘系高效减水剂 图2 碱含量对掺高浓型萘系高效减水剂 浆体流动性的影响 浆体流动性的影响2.2.4 混合材目前我国80%以上的水泥在粉磨时都掺加了一定量的混合材，如火山灰、粉煤灰、矿渣粉、煤矸石、石灰石和窑灰等。由于混合材的品种、性质和掺量等不同，减水剂的作用效果存在较大差异。 试验表明，减水剂对以矿渣作为混合材的水泥的塑化效果优于纯硅酸盐水泥，而对以火山灰、煤矸石和窑灰作为混合材的水泥的塑化效果较差。可以认为，减水剂对掺不同混合材水泥的饱和掺量有较大差异。2.2.5 细度图3是针对嘉新水泥熟料与二水石膏的配料进行粉磨后的试验结果。可见，随着水泥细度增加，减水剂塑化效果下降。图3 水泥细度对减水剂塑化效果的影响(W/C=0.274，减水剂掺量为0.7%C)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，意味着其比表面积越大，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，对于细度较大的水泥，其塑化效果要差一些。水泥新标准实施后，某些厂家为达到早期强度的要求，过分提高水泥的细度，对于这类水泥，为了达到较好的塑化效果，必然要增加减水剂的掺量。2.2.6 新鲜程度和温度相对于存放一定时间的水泥来说，减水剂对新鲜水泥的塑化效果要差一些。这是因为新鲜水泥的正电性较强，对减水剂的吸附能力较大。水泥的温度越高，减水剂对其塑化效果也越差，混凝土坍落度损失也较快。因此，有些商品混凝土生产厂利用刚出磨还未来得及散失掉热量的水泥配制的混凝土往往表现出减水率低、坍落度损失过快，甚至在搅拌机内就异常凝结的现象，应引起高度重视并避免这种现象。2.3 掺合料的种类和掺量通过试验，对粉煤灰、矿渣粉、沸石粉和硅灰分别等量替代部分水泥后，减水剂作用效果的变化进行了对比，如图4至图7。 图4 II级粉煤灰对掺高效减水剂浆体流动性 图5 S95矿渣粉对掺高效减水剂浆体流动性 和流动性保持性的影响 和流动性保持性的影响 图6 沸石粉对掺高效减水剂浆体流动性 图7 硅灰对掺高效减水剂浆体流动性 和流动性保持性的影响 和流动性保持性的影响可见，商品混凝土中常用的掺合料-II级粉煤灰、S95矿渣粉、沸石粉和硅灰等量替代部分水泥后，对混凝土坍落度和坍落度保持性的影响是不同的。当用矿渣粉等量替代部分水泥后，可起到提高混凝土初始坍落度，减小坍落度损失率的良好效果，且随矿渣粉掺量的增加，这两种效果越明显。相反，其它三种掺合料等量替代部分水泥则会引起混凝土初始坍落度降低，坍落度损失速率加快。混凝土掺合料对减水型外加剂作用效果的影响规律与水泥中的混合材基本相似，主要与其矿物成分、溶出离子的性质、表面亲水程度、细度、颗粒形状和颗粒大小分布等因素有关，但有时尚需考虑更多因素，主要原因在于掺合料生产方为提高水化活性可能在其中掺加了一定量的化学激发组分(如硫酸盐和碱等)。3. 结论 1)对混凝土外加剂与水泥/掺合料进行定义时，首先应将因外加剂、水泥和掺合料不符合有关标准规范所带来的影响排除在外。2)商品混凝土由于必须使用减水型外加剂，通常还掺加粉煤灰、矿渣粉、沸石粉和硅灰等掺合料，且为改善某些方面的性能、满足实际工程的特殊需要，更有可能同时掺加其它种类的外加剂，所以在分析适应性问题时，要进行全方位考虑。3)减水型外加剂对商品混凝土流动性和流动性保持性的影响受外加剂、水泥和掺合料等方面多因素的影响，只有通过试验并结合理论分析，才能找到根本原因。浅谈混凝土外加剂与水泥的适应性及对混凝土性能的影响1.0 前言 九十年代开始，中国国民经济持续、快速发展，基础工业建设和建筑业对水泥、混凝土及其制品需求大增，带动了我国水泥、混凝土与制品工业大发展，并已成为国民经济快速增长和基本建设高速发展的重要产业。 随着建筑技术的不断进步，对水泥混凝土的要求也越来越高，不仅要求混凝土可调凝、早强、高强、大流动度、高密实性、高耐久性、低水化热、轻质，而且要求制备成本低、成型容易、养护简便。为达这些目的，混凝土外加剂起着重要的作用，并已成为混凝土中必不可少的第五组份。 混凝土外加剂的特点是品种多、掺量少，在改善或提高新拌和硬化混凝土的性能中起着重要的作用，新拌混凝土工作性能明显改善；能有效控制混凝土的凝结时间与坍落度损失；后期强度有较大的增长；增加混凝土的密实性，抗渗、抗冻、抗炭化等耐久性指标有较大的提高，硬化混凝土有较好的体积稳定性等。外加剂的研究和应用技术的发展促进了混凝土施工新技术与新品种混凝土的发展，在发达国家掺外加剂的混凝土占混凝土总量50%-80%，特别是日本、北欧等国几乎全部混凝土都掺用外加剂，我国仅接近40%。使用外加剂的普及程度是衡量一个国家混凝土技术水平高低的重要标志之一，特别是高性能外加剂与高性能混凝土已成为本世纪混凝土工程的“高新技术”。自水泥新标准实施后，外加剂与水泥的适应性及对混凝土性能的影响出现了不少问题。因此，了解混凝土外加剂与水泥的适应性，外加剂对混凝土性能的主要影响，对更好使用外加剂，处理好外加剂与水泥及混凝土的关系，充分发挥混凝土在建筑工程上的作用是十分重要的。2.0 混凝土外加剂与水泥的适应性 混凝土外加剂与水泥的适应性问题，涉及水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识，是一个极复杂的问题，但也是一个必须了解与基本掌握的问题。 水泥是混凝土最基本的胶凝材料，全国水泥占世界水泥总量的1/3，2003年已达8.6亿多吨，连续13年居世界之首。水泥新标准在2001年4月1日正式施行后，各水泥厂已采取了一系列重大技术措施来提高水泥质量以适应新标准的要求，主要从提高水泥早期强度、细度（增大比表面积）、C3A的含量、混合料的质量等，使水泥达到新标准的要求，但与外加剂的适应性却增加了不少问题。 混凝土外加剂厂也紧紧跟上，对各类外加剂进行了性能调整以达到与新水泥指标兼容性。从外加剂厂来说，尽管作出了很大的努力，但从工程实践的情况来看，问题仍然很多，如同品种同掺量的外加剂，对不同品种的水泥，效果差异极大，甚至同一种水泥，但不同时期效果也有差别，使用同一批外加剂的水泥净浆流动度时大时小，其混凝土的坍落损失有时忽大忽小，甚至有时泌水、有时又不泌水、凝结时间的差异也很大，时而还会出现促凝现象等等，这些就是外加剂与水泥的适应性问题。2.1外加剂与水泥不相适应 主要表现在减水效果低下或增加流动性的效果不好、凝结速度太快或缓凝、坍落度损失快，甚至降低混凝土强度等，这种种不适应的问题与外加剂的品种、作用机理、原材料的选用与制造工艺、胶凝材料的成份、细度、水泥磨细阶段工艺的差异有关，其他如环境温度、加料方式和外加剂用量也会产生影响。2.2外加剂品种与性能的影响 外加剂特别是化学合成的高效减水剂性能对水泥净浆流动的影响。如萘系高效减水剂的性能涉及磺化程度与磺化产物，缩合工艺与程度，分子量大小，平衡离子，分子结构等各种因素。水泥等无机矿物颗粒由于范德华力、不同电荷的静电互相作用、水化颗粒的表面化学作用，导致粒子形成聚集结构，束缚一部分水，不能用于滑润水泥粒子，也不能立即用于水化。加入高效减水剂等外加剂后，由于吸附作用和电荷斥力，使水泥粒子分散，絮凝结构解体，释放束缚水并阻止粒子的表面相互作用，使水泥浆体的流动性增大，其增加的大小与其技术性能及掺量有关1。 聚羧酸盐（PC）及氨基磺酸盐（AS）、羰基磺酸盐类（SAF）、萘系(NS)的流动度大,木质素磺硫酸盐类(LS)流动度小,效果差。NS是使水泥料粒子形成双电层的静电斥力而分散，SA是使水泥颗粒表面的外加剂层互相作用的空间斥力而分散，SAF与PC是静电斥力和空间斥力两种力的作用而分散，因而效果更好。2.3 水泥矿物组份与化学成份的影响 水泥胶结料的矿物质成份和化学成份对外加剂吸附量的多少，对于流动性及强度增长有很大的影响。外加剂吸附量越少的水泥浆体的流动度值越大。C3A、C4AF混水后，电位呈正值，较多