浅析水泥与外加剂的相容性

摘 要：水泥与外加剂的相容性是影响混凝土质量的重要因素。相容性要求外加剂适应水泥，同时也要求水泥适应外加剂。对外加剂和水泥的相容性有影响的主要因素包括以下三个方面：首先是水泥中的矿物成分以及调凝剂的状态和掺量、水泥的新鲜程度和温度、细度、碱含量等；其次是外加剂的分子量、化学性质、磺化程度、平衡离子度和交联度，缓凝剂的用量与种类等；还有时间、温度、湿度等环境条件。

关键词：适应性；相容性；坍落度经时损失；矿物成分；碱含量

混凝土外加剂以很少的掺量掺加在水泥混凝土中，能根据施工需要有效的对混凝土的工作性能及力学性能进行改善。自进入21世纪以来，高性能水泥混凝土的应用越来越广泛，外加剂对水泥的是否适应的问题越来越重要。仅仅依靠调整外加剂配方来适应水泥性能在技术上出现了很多难题，解决问题的方法必须转向水泥与外加剂的相互关系，必须从双向适应考虑来寻找途径，即不仅要求外加剂适应水泥，某些时候也要通过调整水泥的矿物成分、细度等方式来适应外加剂，使水泥与外加剂的相容。因此，产生了水泥与外加剂的“相容性”的概念。

1 水泥与外加剂相容性不好可存在一下具体表现

当水泥、外加剂、水、砂石料、外掺料等混凝土原材料经检验均合格，依照理想的混凝土配合比，外加剂的掺量以及混凝土的拌制方法无误时，若表现出以下情况，则说明水泥与外加剂的相容性不良：

（1）有减水效果的外加剂的实际减水率与用基准水泥的检测值有很大差距，新拌制混凝土的初始坍落度不满足设计要求。

（2）新拌制混凝土拌合物初始坍落度满足设计要求，但坍损现象严重，新拌制混凝土无法满足施工生产的需要。

（3）新拌制混凝土初始坍落度满足设计要求，坍损小，但有泌水现象，有“扒底”、骨料包裹性不好等现象，严重时可能导致施工中出现堵泵等工程事故。

（4）在推荐掺量情况下，混凝土（或砂浆）却出现了急凝、假凝等不正常凝结现象。

外加剂与水泥相容性的问题可以从以下三个方面找出原因及解决的方法：其一是水泥方面，其矿物成分以及调凝剂的状态和掺量、水泥的新鲜程度及温度、细度、碱物质含量等，；其二是外加剂方面，如聚羧酸减水剂的分子结构、萘系减水剂分子量、平衡离子度、磺化程度和交联度、缓凝剂的用量与种类等；三是环境条件，如时间、温度、湿度等。

2 水泥的物理化学性能对两者相容性的影响

2.1 水泥中所含矿物的影响

水泥中主要含有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙四种成分，它们对吸附减水剂的能力是不同，铝酸三钙和铁铝酸四钙在水化初期其动电电位呈正值，因而较强的吸附减水剂，且铝酸三钙水化速度快于铁铝酸四钙，减水剂首先被铝酸三钙吸附。硅酸三钙、硅酸二钙在水化初期其动电电位呈负值，所以它们吸附减水剂的能力比较差一些。

2.2 硫酸根离子的影响

在水泥浆体中，当硫酸根离子能与铝酸三钙的量相适应时，水泥浆浆体的相容性比较好。当水泥浆体中硫酸根离子的浓度不能满足铝酸三钙的量时，由于没有足够多的硫酸根离子抑制，铝酸三钙快速水化，它及它的初期水化物会大量吸附高效减水剂，降低了减水剂在液相中有效的浓度，使其无法发挥分散作用，混凝土坍损现象加剧。

2.3 矿物掺合料的影响

在实际应用中，水泥中掺加的粉煤灰和矿渣会优化水泥的塑化效果，掺加火山灰或煤矸石则不能产生良好的塑化效果。究其原因为粉煤灰的细粒大多为球型、磨细矿渣自身分散性能好，它们都有利于外加剂的分散；火山灰的比表面积较大，对外加剂的吸附作用很强，不利于外加剂的良好分散。另外掺入矿物外加剂是降低混凝土含碱量的一种方法。

2.4 碱物质

水泥中的可溶性碱可导致水泥与外加剂的相容性变差，降低外加剂的塑化效果，增大混凝土坍损。但是，对于含硫酸钠的水泥（或含有硫酸钠的外加剂），由于碱物质是以硫酸盐的型式存在，硫酸钠的溶解度和溶解速度都比石膏大得多，它产生的硫酸根离子与铝酸三钙反应生成钙矾石可以抑制水泥水化，从而抵消由于碱物质增多对水泥的促凝作用以及由此引发的对水泥与外加剂相容性不良的作用。

2.5 细 度

水泥颗粒具有比较强的吸附性，细度大的水泥可以吸附大量的外加剂，导致外加剂不能产生应有的作用，使混凝土坍损快，塑化效果变差。

2.6 水泥的制成时间和温度

新制成的水泥有时温度较高，因而水泥水化速度较快。当其温度超过75℃时，水化加速，使外加剂的塑化效果降低明显。当其温度过高时，会造成二水石膏脱水，使水泥与外加剂的相容性明显变差。

3 各种外加剂在相容性中的影响因素

3.1 普通减水剂

普通减水剂，大多有还原糖和多元醇等组分，而这些组分会影响水泥中某些调凝剂在水泥水货过程中的溶出速度，导致铝酸三钙的反应速度加快。当水泥中含有较多的的铝酸三钙时，容易产生假凝现象。

3.2 萘系高效减水剂

萘系高效减水剂在生产过程中的磺化越完全，则其聚合物产生的的萘环越多，该减水剂在应用时的分散作用就越好；其分子量的大小在对水泥的分散中也起这重要作用；萘系高效减水剂中存在的各种阳离子，如钠离子、钙离子等，它们分散效果和相容性效果也会有所不同。

3.3 醇类缓凝减水剂

醇类缓凝减水剂有时同普通减水剂一样也造成混凝土假凝现象。但醚类、二甘醇和羟基羧酸盐等缓凝剂不会引发硬石膏等溶解度降低，相反会使其增高（氟石膏除外）。

3.4 聚羧酸系减水剂

聚羧酸减水剂和水泥的相容性与减水剂的分子结构有关，增加聚羧酸系减水剂分子结构中侧链的长度和密度都有助于分散体系的稳定。

3.5 复合外加剂组分之间的适应性

3.5.1 普通减水剂与高效减水剂复合

各种高效减水剂中均可能含有一定量的硫酸钠，普通减水剂如木钙、糖钙在生产过程中使用石灰中和，其产品为钙盐。所以在普通减水剂与高效减水剂复合时有些组合可能产生沉淀，如：糖钙+萘系、木钙+萘系、糖钙+三聚氰胺、木钙+三聚氰胺等，这些组合是不可取的，可以用木钠代替糖钙或木钙，或用柠檬酸、酒石酸等代替糖钙或木钙。

3.5.2 含碱外加剂与减水剂组分之间的适应性

含碱外加剂，如早强剂、膨胀剂、防冻剂等与减水剂之间存在着相容性问题。膨胀剂或早强剂可以大幅度降低高效减水剂的减水率，或使混凝土坍损加快。因此，减水剂或泵送剂与早强剂或膨胀剂复合使用时，应通过试验确定其是否相容，并确定适合掺量后方可使用。

4 时间、温湿度等影响因素

时间、温度、湿度在水泥与外加剂的相容性问题中也是很重要的。如混凝土的坍落度损失是随时间而变大的，随温度的增加损失速率变快等等。

5 小 结

在水泥与外加剂关系的研究中，人们经历了从外加剂对水泥的适应性到描述水泥与外加剂两者之间相互关系的相容性的过程，这个概念的确立使我们在施工生产中能更科学的发现问题、解决问题。同时，水泥与外加剂的相容性这一观点也可以促进我国外加剂事业以及水泥生产的发展，规范企业生产的产品，杜绝例如过分追求早期强度而提高水泥粉磨细度、混凝土生产追求强度增加水泥用量、外加剂用量而忽视混凝土的耐久性的问题等。只有建立科学的论证方法，才能使我国的混凝土工程得到良好的发展。随着我国基础建设的发展，对混凝土的工作性要求不断提高，水泥与外加剂的相容性问题是不可回避的。对于水泥与外加剂相容性问题的研究最终是要在混凝土的施工生产中体现的，需要通过施工单位、水泥厂家以及外加剂厂家一起努力，使在混凝土工程使用的原材料科学、稳定。在施工建设中使用外加剂时只有做到熟悉所用外加剂的成分、水泥组分，进行现场试验，保证它们的相容性良好，并做好施工过程控制，才能较好的防止出现工程质量事故。

参考文献

[1]王栋民，等.论水泥与化学外加剂的相容性.混凝土外加剂开发与应用论文集.2001.

[2]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，1999.