混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性——楊勇等

前言

外加劑能提高新拌混凝土的工作性能、改善施工環(huán)境，提高硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性，同時(shí)可節(jié)約水泥、降低成本、加快施工速度。因此，混凝土外加劑廣泛用于各種混凝土工程中。但是我國(guó)各地區(qū)礦石資源不一樣，水泥生產(chǎn)工藝規(guī)模有效大差別，導(dǎo)致了水泥品種的多樣性。而且，同一種水泥質(zhì)量差別也大。在高性能混凝土、高品混凝土、泵送混凝土的應(yīng)用中往往會(huì)出現(xiàn)混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差的現(xiàn)象。這就類似“青霉素”不適應(yīng)“某些”病人會(huì)現(xiàn)現(xiàn)“過敏”或其它“異常反應(yīng)”一樣。這種現(xiàn)象尤其發(fā)生在低水膠比實(shí)際用水量少的高性能混凝土的拌合物中。在相同配比下，同摻量同品種的混凝土外加劑往往由于水泥品種不一樣，其應(yīng)用效果有效大差別。同樣混凝土外加劑在一種水泥的應(yīng)用中效果較好，而在另一種水泥的應(yīng)用中出現(xiàn)較大差別，甚至出現(xiàn)相反效果，出現(xiàn)質(zhì)量事故。如摻有“甘油”的混凝土外加劑或“糖鈣”或“木鈣”的混凝土外加劑，在某些水泥中應(yīng)用效果較理想，而在某些水泥中可能會(huì)現(xiàn)相反的效果。又如：東北某工程使用泵送劑之前，未做混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)，盲目地將泵送劑用于大壩水泥的工程中，結(jié)果導(dǎo)致混凝土不凝的質(zhì)量事故。一般，混凝土外加劑適應(yīng)性較差表現(xiàn)如下：

１）新拌混凝土的攪拌過程中出現(xiàn)異常凝結(jié)
２）新拌混凝土坍落度損失快。
３）混凝土泌水、離析、分層現(xiàn)象嚴(yán)重。
４）新拌混凝土坍落度提不上來，看似混凝土外加劑減水效果差。
５）硬化混凝土強(qiáng)度明顯下降。
６）混凝土收縮加大、抗?jié)B、耐久性下降。
７）大體積混凝土中緩凝效果不明顯、出現(xiàn)溫差裂縫。

因此，要正確認(rèn)識(shí)混凝土外加與水泥適應(yīng)性這一現(xiàn)實(shí)問題，在應(yīng)用某一品種混凝土外加劑之前，一定要做混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性試驗(yàn)。按《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》正確地選擇和應(yīng)用混凝土外加劑。

１影響混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的因素

1.1混凝土外加劑摻量摻加工藝

1.1.1混凝土外加劑最佳摻量

對(duì)于某一水泥、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(shí)，混凝土外加劑的性能會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。外加劑的最佳摻量是獲得最好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果的重要因素，其最佳摻量是根據(jù)試驗(yàn)、混凝土配比確定的,其關(guān)系如圖１、圖２,故在混凝土外加劑大摻量或低摻量往往會(huì)出現(xiàn)截然不同、意想不到的效果。如“坍落度”損失快慢、泌水大小、緩凝與促凝等。

1.1.2混凝土外加劑摻加工藝

凡進(jìn)行過混凝土外另劑研究的工作者及進(jìn)行大量混凝土外另劑的應(yīng)用試驗(yàn)的人員都應(yīng)贊同：后摻法的混凝土的工作性能優(yōu)于先摻法的混凝土，而且達(dá)到同樣效果，后摻法的摻量往往更小，這可能與混凝土外加劑與水泥顆粒的吸附與分散有關(guān)。其關(guān)系如圖３。

1.2攪拌時(shí)間與攪拌速度

混凝土攪拌時(shí)間會(huì)影響混凝土的含氣量及混凝土外加劑對(duì)混凝土的分散效果、凝結(jié)時(shí)間，從而影響混凝土的工作和硬化混凝土的力學(xué)性和耐久性。

攪拌機(jī)剪切速度過快，會(huì)破壞水泥漿中的膠體結(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(shí)間坍落度損失、泌水量都受到較大影響。

1.3混凝土外加劑品種的影響

1.3.1官能團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)等

混凝土外加劑中所含不同的官能團(tuán)如－OH、－COOH、－CH2、－SO3等對(duì)水泥顆粒影響不同，外加劑的分子量、形狀不同都會(huì)影響到混凝土外加劑的性能?；炷镣饧觿┦顷庪x子表面活性劑還是陽離子表現(xiàn)活性劑或是非離子表面活性劑，水泥中的C3A、C4AF、C3S、f-CaO等吸附分散效果不相同，也直接影響水泥中SO4-2 －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。

1.3.2其它因素

混凝土外加劑中堿含量高，則對(duì)混凝土早期強(qiáng)度有利，但新拌坍落度損失快。有些外加劑引氣量過大，而且氣泡不均勻、不封閉。氣泡大導(dǎo)致新拌混凝土坍落度損失快，而且使硬化混凝土抗?jié)B、抗凍、耐久性等下降。

1.4水泥

1.4.1礦物成份

影響不泥適應(yīng)性的主要是C3A、C3S，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。C3A含量高的水泥，需要較多的CaSO4.2H2O作調(diào)凝劑。若混凝土拌合物中，SO2-4 濃度不足，那么新拌混凝土坍落度損失快。像MG 、TG對(duì)硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，其適應(yīng)性差，就是因?yàn)門G/MG降低了硬石膏的溶解度，從而使水泥因缺少SO2-4 而產(chǎn)生異常凝結(jié)。通常水泥適應(yīng)性不好，水泥在生產(chǎn)過程　中采用立窯回轉(zhuǎn)窯干法濕法生產(chǎn)，使水泥礦物組分晶相狀態(tài)細(xì)度石膏形態(tài)發(fā)生不同程度的變化，從而導(dǎo)致了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性問題的產(chǎn)生。一般，水泥中吸附外加劑能力：C3A> C4AF> C3SⅡ> C2S 。其水化速率與其關(guān)系近似成正比。當(dāng)新鮮水泥存放一段時(shí)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。

1.4.2細(xì)度

水泥過細(xì)，水化速度快，需水量大，保水性好，但其坍落度損失快，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。

1.4.3石膏

(1)石膏細(xì)度不夠，使石膏溶解度不夠，產(chǎn)生速凝。
(2)石膏用量不夠，不能有效控制C3A的水化。
(3)石膏形態(tài)

一般在混凝土中CaSO4.2H2O調(diào)凝效果優(yōu)于CaSO4.1/2 H2O。石膏與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硬石膏，從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差。

1.5摻和料

通常摻粉煤礦灰或磨細(xì)礦渣有利于新拌混凝土的流動(dòng)性，而且使其坍落度損失減緩。但是需水量比的關(guān)系為Ⅰ級(jí)>Ⅱ級(jí)>Ⅲ級(jí)。故Ⅰ級(jí)灰坍落度損失小但保水性差，易泌水。通常摻膨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。用塑料桶裝上新鮮混凝土拌合物，敞口，室溫存30.5℃,濕度61%。其中用水量為扣砂含水，砂為濕砂重量，粉煤灰為Ⅱ級(jí)，膨脹劑為山東建材院的JEA.

1.6溫度、濕度

由于溫度高，水泥水化速度加快，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)管源源不斷地補(bǔ)充到混凝土表面。這樣，一方面水泥水化加憐惜，一方面混凝土游離水大量被蒸發(fā)而沽少，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。如有機(jī)酸在高溫下對(duì)C3S緩凝效果大降低。醇酮酯在高溫下，對(duì)C3S的緩凝效果較好。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)。

施工中配比雖然看似是設(shè)計(jì)問題，但它對(duì)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(yàn)表明，砂率過高會(huì)使混凝土拌合物流動(dòng)性降低，保塑性降低，坍落度損失加快。在混凝土配比中，石子的形狀吸水量級(jí)配也嚴(yán)重影響混凝土的施工性保水必粘聚性流動(dòng)性保塑性可密實(shí)成型性。在實(shí)驗(yàn)中W/C降低右以提高混凝土的強(qiáng)度，而在低W/C下，有一最佳Mwo，在最佳Mwo條件下，混凝土外加劑對(duì)水泥混凝土的各項(xiàng)性能能充分發(fā)揮出來使混凝土拌合物的保水性能保塑性等工作性狀態(tài)改善，更重要的是保證了SO2-4水泥在水化時(shí)，石膏有足夠的溶解用水，從而保證了的濃度，使與水泥適應(yīng)性得到了改善。如圖６。

２解決混凝土外加劑的摻加工藝

2.1改變混凝土外加劑的摻加工藝

采用后摻或滯水法或少量多次摻加的工藝。這種方法的效果較好。這就需要改變混凝土輸送車的某些裝置。若在攪拌運(yùn)輸車上安裝配套的后摻或多次參加混凝土外加劑的儀器裝置，那么混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性差便可大大改善，而且這種運(yùn)輸車的技術(shù)優(yōu)勢(shì)便能較好地發(fā)揮出來，肯定會(huì)受到市場(chǎng)的青睞。

2.2適當(dāng)增加或減少混凝土外加劑的摻量

當(dāng)混凝土摻合物坍落度損失太快時(shí)，適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量。當(dāng)混凝土嚴(yán)重泌水，適量減少混凝土外加劑摻量，當(dāng)然最好根本方法是降低Mwo

2.3適當(dāng)調(diào)整混凝土外加劑的配方，使混凝土外加劑對(duì)石膏的溶解度影響小，并能提高石膏的溶解度，有效地控制SO2-4　的濃度。能產(chǎn)生效果的物質(zhì)有HCl、H2SO4、HNO3及其鹽類硅氟酸鈉、NaF、NaCl。特別是對(duì)硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，更應(yīng)注意減少或不用木鈣、糖鈣這類使石膏溶解度隱低的物質(zhì)。在混凝土外加劑使用反應(yīng)性高分子物質(zhì)，并適應(yīng)復(fù)配相應(yīng)的保水、緩凝、保塑組分。

2.4調(diào)整混凝土配比根據(jù)不同工程及設(shè)計(jì)要求調(diào)整好施工配比?；炷镣饧觿┲荒苁馆^合理配比的混凝土性能得到改善，卻不能使配比不合理質(zhì)量差的混凝土性能得到改善。在嚴(yán)重泌水的混凝土中適量摻加部份摻合料或適當(dāng)提高砂率或適當(dāng)降低Mwo。在混凝土坍落度損失率較高的混凝土中，適當(dāng)增加Mwo或適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量，使其初始坍落度SL0≥200mm，這樣有助于提高石膏的溶解度，防止水分蒸發(fā)過快，混凝土拌合物中游離水嚴(yán)重不足的現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.5調(diào)整摻合料。盡量降低f-CaO、MgO、CaSO4的含量，有效控制C3A、SO2_4、OH-的平衡。使混凝土中C3A<8%

2.6采取綜合措施。通過調(diào)整混凝土外加劑配方，調(diào)整混凝土配比。采取不同的摻加工藝，或用部分摻合料代替部分水泥等措施。調(diào)整水泥與混凝土外加劑的適應(yīng)性。

３３工程應(yīng)用

3.1濟(jì)南財(cái)稅大廈

九七年濟(jì)南財(cái)稅大廈工程使用ＹＮＢ－６泵送劑的商品混凝土，ＳＬ0=190、ＳＬ１＝１.０h＝８０mm。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究及水泥分析。發(fā)現(xiàn)水泥中Ｃ３Ａ達(dá)１１％。F－CaO達(dá)１.８９％。水泥中石膏溶解度不足引起坍落度損失較快。因此，我們及時(shí)調(diào)整了混凝土外夾劑配方，使ＳＬ0=２００mm、ＳＬ１＝１.０h＝１９５mm?；炷梁鸵仔暂^好、硬化混凝土表面光滑，強(qiáng)度、抗?jié)B達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

３．２電信大廈

濟(jì)南電信大廈在使用Ｃ３０商品混凝土中，發(fā)現(xiàn)泌水量較嚴(yán)重。通過實(shí)驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整了Ｍｗｏ，解決了混凝土嚴(yán)重泌水這一問題，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整配比中Ｍｗｏ，使Ｍｗｏ下調(diào)４kg。這樣較好地解決了混凝土拌和物泌水量問題。

３．３天建大廈

天建大廈應(yīng)用ＹＨＢ－６配制c40商品混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)商品混凝土坍落度損失快。我們通過調(diào)整混凝土外加劑的摻量及Ｍｗｏ，即適當(dāng)?shù)卦黾樱伲龋拢稉搅炕蛟黾樱停鳎?，較好地解決了混凝土坍落度損失快這問題。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表３。

4結(jié)束語

混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性是一個(gè)復(fù)雜的研究課題。隨著國(guó)內(nèi)外研究水平提高和廣大混凝土技術(shù)施工人員認(rèn)識(shí)的提高，相信能正確認(rèn)識(shí)使用混凝土外加劑的人員會(huì)愈來愈多，解決混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的方法也更多。