影响混凝土中外加剂与水泥的适应性的主要因素及其他

    混凝土是人类的重大发明,混凝土的出现开始了人类建筑史的革命,混凝土外加剂的应用是混凝土生产的重大进步。混凝土集中搅拌站的出现,使建筑材料混凝土的生产走向了工业化、节约化的道路。这也对混凝土的生产质量控制提出更多的要求,造成了近几年混凝土质量整体提高的同时,由于部分混凝土预拌站质量控制技术水平的不高,给工程质量带来隐患,甚至出现了20 多年未遇的工程质量事故,造成重大经济损失。

    1 　外加剂与水泥产生不相适应问题的主要因素
    混凝土的性能不仅取决于组成材料的性能,更取决于材料之间的适应性及混凝土配合比。外加剂(减水剂) 与水泥的不相适应问题即外加剂对水泥工作性能改善不明显、混凝土坍落度损失过大或混凝土过于快凝,甚至造成混凝土结构构件更易出现的裂缝。

    外加剂作为混凝土的第5 组分,所占比重很小,但是对混凝土的性能却是影响很大,能够明显提高混凝土的坍落度、调节凝结时间,从而改善混凝土施工性能或节约成本。水泥的水化反应需要不到水泥质量25 %的水,但水泥遇到水会形成絮凝结构将水包裹在里面,为了使水泥水化更完全和提高混凝土施工性能需要加入更多的水,外加剂的加入能够在水泥颗粒表面定向吸附,使水泥颗粒表面带有同性电荷,因斥力作用而分离开来,从而释放出水泥絮凝结构包裹的水份,使更多的水参与水化反应、提高流动性[1 ] 。水泥颗粒对外加剂吸附性的大小及外加剂作用的损耗大小,反应了外加剂与水泥的适应性好坏。

    外加剂与水泥的不相适应性问题是让所有商品混凝土厂家的担心和头痛的问题,而出现问题后,最终总归罪与外加剂,外加剂与水泥的不相适应性有外加剂本身的质量、化学成分的因素,主因却常是水泥及掺合料等的因素有关,无论是普通减水剂、奈系高效减水剂还是第3 代聚羧酸系高效减水剂都会出现与水泥的不相适应性的情况,影响外加剂与水泥的适应性的因素很多,主要有:

    1. 1 　外加剂自身的因素
    外加剂(减水剂) 的品种不同、结构官能团的不同、聚合度不同、复配组分不同等等因素的影响均会影响与水泥的适应性。不同厂家生产工艺、技术水平、质量管理水平不一样,产品必然有差异[1 ] 。

    1. 2 　水泥的矿物组成对外加剂的影响
    水泥的矿物组成对外加剂的影响很大,水泥的矿物组成主要有铝酸三钙(C3A) 、铁铝酸四钙(C4AF) 、硅酸三钙(C3 S) 、硅酸二钙(C2 S) 等,不同矿物组成主要是由生产水泥的原材料和生产工艺决定的,水泥的矿物组成中对外加剂影响因素大小依次为C3A > C4AF > C3 S > C2 S。C3A 水化反应快,早期强度提高快,需水量大,C3A 含量过高(质量分数大于8 %) ,C3A 吸附外加剂量大,外加剂作用损失大。水泥厂家为了达到质量指标,往往提高C3A 含量节约成本[2 ] 。

    1. 3 　水泥熟料中添加调凝石膏品种的影响
    水泥的生产最后需要加入石膏调节凝结时间,水泥厂家使用的调凝石膏对外加剂影响因素大小依次为硬石膏(工业无水石膏) > 半水石膏> 二水石膏,水泥厂家为了节约成本往往使用工业无水石膏,这样不影响水泥达到质量指标要求,对普通不掺加外加剂的混凝土没有不良反应,但对现代掺加外加剂的混凝土,用硬石膏的水泥需水量大,吸附外加剂量大,外加剂损失量大。硬石膏对木钙类影响更加显著,甚至会出现急凝(假凝) 现象[3 ] 。

    1. 4 　水泥细度和颗粒级配的影响
    水泥厂家常常为了达到水泥新标准要求,提高市场竞争力,加强研磨,提高水泥的细度从而提高强度。水泥过细,需水量大,同样会吸附外加剂量更大,外加剂损失量大;同时过细的水泥在研磨时温度更高,也会使更多的水合石膏分解成无水石膏,无水石膏含量提高,与外加剂的适应性也会变差。水泥的颗粒级配不好,水泥净浆泌水率大的水泥与外加剂适应性较差[ 3 ] 。

    1. 5 　水泥的碱含量
    碱含量过高(碱含量> 0. 8 %) 的水泥或碱含量过低(碱含量< 0. 5 %) 的水泥,也容易与外加剂产生不适应。[ 2 ] 水泥中碱主要来源于所用原材料,特别是石灰和粘土。含碱量过高或过低的水泥,在某些品种外加剂加入时,会引起水泥中石膏溶解度变化,使水泥矿物成分C3A 水化速率加快,需水量增大,工作度损失也变快。这时加入可溶性Na2 SO4 ,能够提高其与外加剂的适应性。粉煤灰、矿粉的掺入能够与水泥的水化产物Ca (OH) 2 发生二次反应,降低混凝土的碱度,使外加剂与水泥的适应性有所改善[ 4 ] 。

    1. 6 　新进水泥的影响
    新出厂的水泥与外加剂的适应性不如陈置的水泥。同样的外加剂能使陈置的水泥出现更高的流动度,因为刚生产出厂的水泥比较干燥,温度高,与水化合反应更快,经14d 以上的吸湿降温后,自由能降低,与外加剂的适应性提高,会出现明显的差异[5 ] 。

    1. 7 　粉煤灰与外加剂的适应性
    粉煤灰过细,也会要多一些的外加剂分散粉煤灰颗粒;粉煤灰烧失量越大(即含碳量越大) ,需水量越大,对外加剂影响越大,碳粒粗大多孔,容易吸水,吸附外加剂的能力强,使外加剂的掺量增加,特别是对引气剂影响大[4 ] 。

    1. 8 　气温、风力对外加剂的影响
    气温越高,风越大,砼坍落度损失越大。气温高,水泥水化反应快,外加剂的消耗加快,风越大,混凝土水份蒸发越快,加快了水泥颗粒之间的物理凝聚,混凝土坍落度损失越大。夏季气温太高时,可以采取对骨料浇水降温的办法,减小坍落度损失。

    1. 9 　骨料的影响
骨料的含泥量、泥块含量大,大量的粘土细粒会吸收更多的水份,消耗更多外加剂,使新拌混凝土和易性变差,容易离析,坍落度损失大,还影响混凝土强度;混凝土配合比不当,砂率不合理,也会增加坍落度的损失。砂率偏小,混凝土也容易离析、爬底,混凝土坍落度损失大;砂率偏大,过多的砂需要更多的水份润湿,使混凝土坍落度变小,也影响混凝土强度;骨料的级配不良,特别的缺少中间粒级的骨料,也容易造成混凝土离析、爬底,混凝土坍落度损失大,影响混凝土质量。

    2 　解决外加剂与水泥的不相适应问题的对策
    解决外加剂与水泥的不相适应问题,重在预防,注重材料的选择和进场材料的检测。外加剂与水泥的适应性是个错踪复杂的问题,出现外加剂与水泥的不相适应问题,混凝土厂家及时对策:根据情况,以实验为基础,分析查找原因,调整混凝土配合比,提高出厂坍落度,减少坍落度损失。常要调整粉煤灰用量,提高外加剂用量,提高外加剂在混凝土中的液相残留,保持水灰比不变,提高水泥用量,这无疑提高了单方造价。或可采用二次添加法,即将出厂坍落度控制在80～100 ,到工地使用前用外加剂溶液强搅约2min 调整到140 ,这样更加经济有效。混凝土厂家水泥常因库存量大,需要外加剂去适应水泥,即要外加剂厂家调整配方,根据混凝土厂家使用的水泥调整外加剂中减水剂、缓凝剂的品种和掺量,或增加保塑剂、气泡稳定的引气剂等。混凝土配合比的确定,还需要考虑到混凝土的凝结时间,外加剂中有缓凝成份,较高的气温突然骤降,混凝土中外加剂用的过多,没有及时调整配方,造成混凝土长时间不凝结,严重影响混凝土强度,夏季施工也应避开高温风大的中午时段,对原材料进行降温处理。混凝土施工配合比中砂率的确定,还要根据砂细度的大小,粗骨料的孔隙率调整大小。

    3 　水泥、外加剂、粉煤灰的选择
    水泥的选择:从外加剂与水泥产生不相适应问题的因素中,可以发现需水量大的水泥,更容易出现与外加剂不相适应问题。所以应选择使用需水量小,强度又较高的水泥。对于配制高性能混凝土,选择这样流变性好,反应性能低的水泥更加重要。实验选择方法:以不同的厂家的外加剂检测该种水泥的净浆流动度或砂浆流动度,对多种外加剂均出现了最大的流动度和最小的流动度损失的水泥,与外加剂适应性好,应选择使用。

    外加剂的选择:应用已知与外加剂适应性较好的水泥实验,选择其能使该水泥砂浆流动度较大的外加剂,并应试验掺加该外加剂的混凝土工作性能。外加剂的选择应注意选择大的厂家,因为大的厂家自动化程度高,技术水平高,产品质量稳定、品种多,处理问题能力强。而小的厂家,人工操作,产品不稳定,甚至有的厂家只是进半成品复配,进的原料质量都难以保证,供给的外加剂质量也是难以有稳定的质量。

    粉煤灰的选择:粉煤灰的影响主要有含碳量的影响,含碳量大的粉煤灰需水量大,另外,粉煤灰越细,球型玻璃体含量越高,越能改善混凝土的性能,使需水量越小,粉煤灰的使用需要粉煤灰有减水效果。粉煤灰细度的选择, 比表面积在450 m2 / d ～550 m2 / d 、0. 045 mm 筛余在12 %～5 %的粉煤灰与水泥颗粒能形成良好的级配组合,更好发挥微集料的填充效应,对混凝土耐久性有利[6 ] 。粉煤灰的使用选择烧失量< 5 %、需水量< 100 %的Ⅰ、Ⅱ粉煤灰较好。

    虽然材料厂家供给水泥、粉煤灰都能达到合格的标准,但混凝土厂家应对水泥、粉煤灰提出具体的质量指标,并要求质量稳定。水泥厂家改变原材料来源、改变工艺,均会造成水泥品质的很大改变,所以应要求水泥厂家出现这些情况应事先通知,如果生产出的水泥不能达到使用要求,则应要求水泥厂家恢复原有品质,或重新选择水泥。

    混凝土外加剂与水泥的适应性问题,是个错综复杂的问题,但也是一个必须了解和基本掌握的问题。预防和处理混凝土出现外加剂与水泥的适应性问题,首先要从混凝土原材料入手。原材料的选择不当,均会给施工带来问题,增加费用,甚至造成工程事故,所以混凝土厂家应该以实验为基础慎重科学地选择使用材料。

参考文献
1 　冯　浩,朱清江. 混凝土外加剂工程应用手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,2005.
2 　王华生,赵彗如. 混凝土技术禁忌手册[M] . 北京:机械工业出版社,2002.
3 　郭延辉,覃维祖,郭京育. 混凝土外加剂及其应用技术[M] . 北京:机械工业出版社,2004.
4 　刘秉京. 混凝土技术[ M] . 北京: 人民交通出版社,2004.
5 　陈建奎. 混凝土外加剂的原理与应用[M] . 北京:中国计划出版社,1997.
6 　胡红梅,马保国. 矿物功能材料改善混凝土氯离子渗透性的试验研究[J ] . 混凝土, 2004 (2) :16 - 20.

摘自：中国混凝土咨询网