水泥與混凝土外加劑適應性分析

李永軍

（山西東義集團特種水泥有限公司， 山西 孝義 032300）

0 前言

為滿足建筑業的快速發展需要，水泥混凝土需具備質輕、耐久性、水化熱低、流動度大、密實性高、早期強度高、高強、易于養護、容易成型、生產成本低等優點，這類優點的實現離不開混凝土外加劑的支持。為更好應用混凝土外加劑，正是本文圍繞水泥與混凝土外加劑適應性開展具體研究的原因所在。

1 水泥對混凝土外加劑的影響

水泥和外加劑的適應性存在雙向性特征，兩者適應性會受到水泥的細度、溫度、顆粒級配、礦物組成、化學成分、含堿量等因素影響，本節僅對其中部分影響因素進行深入探討。

1.1 化學成分與礦物組成影響

外加劑吸附能力會直接影響水泥的化學成分和礦物組成，這種影響會最終體現在水泥的流動性和強度增長方面，一般來說吸附外加劑的量越少，水泥漿體的流動度越大。硅酸二鈣、鋁酸三鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等屬于水泥礦物的主要組成，生產工藝和原材料直接決定水泥的生產工藝，水泥礦物組成對混凝土外加劑的影響依次為“鋁酸三鈣＞硅酸三鈣＞鐵鋁酸四鈣＞硅酸二鈣”。以鋁酸三鈣為例，由于早期強度提高快、需水量大、水化反應快，如果鋁酸三鈣的含量超過8%，將大量吸附混凝土外加劑，這將提升外加劑的作用損失，引發浪費問題，鐵鋁酸四鈣也會引發同類問題。因此，水泥中的鐵鋁酸四鈣與硅酸二鈣含量的嚴格控制必須得到重視，這將直接影響混凝土的最終性能[1]。

1.2 水泥細度和顆粒級配影響

為提高產量、降低成本，水泥生產廠家為提高水泥強度，往往會提升水泥研磨細度，但水泥的需水量也會因此增加，并加大對外加劑的吸附量，引發作用損失情況。研磨時間的升高還會導致水泥溫度提升，無水石膏的占比會因此加大，這將導致水泥與混凝土外加劑的適應性變差。結合實際調研可以發現，水泥顆粒級配受到的高效減水劑飽和摻量影響不大，但在相近水泥比表面積的條件下，如保持較大的水膠比或減水劑摻量，水泥顆粒中小于3μm的微細部分顆粒會在很大程度上影響漿體的初始流動性，流動性會隨含量增大而提升。此外，水泥微細顆粒含量也與漿體流動度損失聯系緊密，減水劑的濃度還會直接影響流動性的保持效果。

1.3 水泥的堿含量影響

水泥原材料屬于水泥中堿的主要來源，比如水泥中的石灰和粘土。如果水泥的堿含量小于0.5%或高于0.8%，水泥很容易與混凝土外加劑產生不適應。水泥含堿量直接影響其相容性，含堿量越高則相容性越差，且含堿量提高會導致水泥早期水化速率加快，凝結時間的縮短將導致混凝土塑性效果變差、坍落度損失增大。為降低水泥的堿含量影響，可將可溶性的硫酸鈉加入水泥，或摻入粉煤灰、礦粉，以此降低水泥堿含量帶來的影響。

2 混凝土外加劑對水泥的影響

混凝土外加劑可細分為四類，包括改善混凝土拌合物流變性能、調節凝結時間和改善硬化性能、增強耐久性、改善其他性能的外加劑，本節主要介紹常用混凝土外加劑對水泥的影響。

2.1 減水劑影響

作為典型的表面活性劑，減水劑能夠吸附于水泥和礦物摻合料顆粒表面，改變其電學特征和空間位阻特征，通過對顆粒間相互作用影響，減水劑可達到分散顆粒和膠凝材料塑化目的，水泥等膠凝材料顆粒表面特性也會因減水劑而改變。深入分析可以發現，減水劑的應用能夠分散固體顆粒，并破壞水泥漿體中的絮凝結構，混凝土拌合物中自由水含量會因絮凝結構包裹水分釋放而增加，最終提升混凝土拌合物流動性能。在考慮減水劑與水泥適應性時，減水劑的分散性、減水率、摻量等必須得到重視[2]。

2.2 膨脹劑影響

作為能夠補償混凝土收縮的外加劑，膨脹劑的作用機理可簡單概括為限制膨脹，混凝土的抗滲防裂性能可由此得以提升，其耐久性、密實度、強度也能夠在多向約束條件下得到保障。但結合實際調研可以發現，混凝土膨脹劑的應用很容易出現無法產生預期膨脹的問題，嚴重的還會導致混凝土在中后期出現開裂、變形等質量問題。同時，鋼筋抗銹蝕能力、混凝土的耐久性也會受到膨脹劑影響。膨脹劑帶來的負面影響原因較為復雜，混凝土的徐變和收縮屬于其中的主要原因。在水化及硬化過程中，膨脹劑不僅會自身出現膨脹，還會導致其他成分膨脹，這便能夠較好補償水泥和混凝土的收縮。考慮到因種類不同存在的膨脹機理區別，膨脹劑的應用需關注膨脹產生物差異，一般工程會采用硫鋁酸鹽系膨脹劑。

2.3 緩凝劑影響

作為能夠推遲水泥水化反應的外加劑，緩凝劑可有效延長混凝土凝結時間，新拌混凝土的塑性可由此保持較長時間，這不僅能夠較好服務于澆筑施工，還能夠提高施工效率并避免后期性能不良影響出現。緩凝劑可細分為無機緩凝劑和有機緩凝劑，一般的有機緩凝劑具備表面活性，可吸附在顆粒和液體的固-液界面、膠凝材料上，實現表面性質變化，混凝土結構的形成過程也會因較厚的水膜層形成而出現變化，晶體的相互屏蔽可取代顆粒接觸。而對于無機緩凝劑來說，其能夠與水泥生成鈣礬石等復鹽，沉淀會因此形成于水泥礦物顆粒表面，最終實現對水化進程的抑制。緩凝劑的作用機理極為復雜，使用時需關注摻量和品種的確定，如使用超量和選擇不當，早期強度急劇下降的混凝土將最終影響成品強度，這種影響源于過度緩凝導致的過量混凝土內部水分散失，水泥水化產物過少、水化程度過低自然會影響強度。在緩凝劑的使用過程中，水泥和緩凝劑的匹配適應狀況、施工季節、施工工藝等因素必須得到重視，摻量的控制也不容忽視。

3 水泥與混凝土外加劑適應性的改善措施

水泥與混凝土外加劑適應性問題極為復雜，向來受到業界人士重視，而在具體的混凝土生產過程中，預防和處于兩者間適應性屬于不可避免的過程。結合相關實踐應用，本文認為水泥與混凝土外加劑的適應性增強應從原材料生產、原材料選擇、外加劑摻入方法、施工環境四方面入手。在具體實踐中，混凝土配比確定環節需充分考慮較高的氣溫突然驟降、混凝土凝結時間等因素影響，避免混凝土強度降低等現象發生。如確定混凝土配合比存在外加劑與水泥不適應問題，混凝土廠家必須開展針對性分析與研究，確定原因，并針對性調整配合比，實現坍落度損失的最大程度減少，提高出廠坍落度。如施工現場出現外加劑與水泥不適應問題，施工單位應首先排除不適合的水泥和混凝土外加劑，由此遵循一般規則并開展多次試驗，即可不斷縮小水泥和混凝土外加劑的選擇范圍，配合針對性的混凝土試拌，即可有效處理外加劑與水泥不適應問題，如無法完全處理這類問題，則需要盡可能降低不適應帶來的損害，保證工程質量。

4 結論

綜上所述，影響水泥與混凝土外加劑適應性的因素很多，在此基礎上，本文涉及的水泥細度和顆粒級配影響、水泥的堿含量影響、膨脹劑影響、緩凝劑影響等內容，則提供了可行性較高的水泥與混凝土外加劑適應性優化路徑。為更好的保證混凝土性能，各類新型混凝土外加劑與水泥的適應性必須得到重視。