混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施探讨

第３４卷第８期　２　０　０　８年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３４　ＮＯ　８　Ｍａｒ．２００８　・３・　

文章编号：１００９　６８２５（２００８）０８—０００３　０２　

混凝土外加剂和水泥的适应性问题研究＊　

翁家瑞　

摘　要：分析了影响混凝土外加剂与水泥适应性的因素及其内在机理，提出了改善混凝土外加剂与水泥适应性的措施，　并对混凝土外加剂与水泥适应性问题的研究方向进行了展望，以充分发挥混凝土外加剂的作用。　

关键词：混凝土外加剂，水泥，适应性　中图分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　

外加剂是除水泥、砂、石和水之外，混凝土中的第五组分，外　加剂的应用是使混凝土材料实现高性能化和绿色化的重要措施　

之一【　，而要充分发挥混凝土外加剂的作用，除了要求外加剂具　有良好的性能外，还要求外加剂与水泥具有良好的适应性，由于　受到水泥、外加剂、混凝土所处环境等多方面因素的影响，外加剂　

与水泥的适应性一直是一个难以解决的问题。　

１　影响因素　

研究外加剂与水泥适应性的影响因素，对减少工程质量隐患　

及其造成的经济损失有重要意义。影响水泥和外加剂适应性的　

因素主要包括以下几个方面。　

１．１　水泥　１）水泥的矿物成分。　水泥中主要矿物成分　ｓ，　ｓ，　Ａ，（２４ＡＦ对外加剂分子的　

吸附作用是不一样的，其吸附顺序为ｃ３Ａ＞ｃ４ＡＦ＞ｃ３ｓ＞　ｓ，可　见铝酸盐矿物对外加剂分子的吸附能力大于硅酸盐矿物，其原因　是　Ａ和Ｃ４ＡＦ在水化初期动电电位（Ｚｅｔａ电位）呈正值＿２　Ｊ，因而　

对外加剂分子的吸附能力较强，而　ｓ和　ｓ在水化初期其动电　电位呈负值，因此对外加剂分子的吸附能力较弱。在外加剂掺量　相同的情况下：水泥中Ｃ３Ａ和　ＡＦ含量越高，外加剂的分散效　果越差，外加剂对水泥的适应性越差；水泥中　Ｓ和　Ｓ含量越　

高，外加剂对水泥的适应性越好。　２）水泥中石膏的形态和含量。　为了调节水泥的凝结、硬化速度，使混凝土在搅拌、运输过程　中工作性能得到保证，在熟料磨细时，一般在水泥中掺入适量二　

维普资讯 ２．３水泥标准稠度用水量的影响　在用水泥制备净浆、砂浆或者拌　制混凝土时，都需要加入一定量的水　分，这些水分一方面与水泥起水化作　用使其凝胶硬化，另一方面使净浆、砂　浆和混凝土具有一定的流动性，以便　于施工。在其它条件相同的情况下，需　水量越小，水泥石的质量越高。为了使　水泥凝结时间、体积安定性的测定具　有可比性，人为地规定水泥净浆处于　一种特定的可塑状态，称为标准稠度，　它是通过规定的仪器测定的，而标准　稠度用水量是指使水泥净浆达到标准　稠度时所需要的拌和水量，以占水泥　重量的百分数表示。水泥标准稠度用　水量的高低对混凝土的性能影响很　大。如果水泥的标准稠度用水量大，为　确保混凝土的施工性能而加大用水　量，则会降低混凝土强度，增加混凝土　图１　熟料ＣＡ与掺１．０％ＪＭ—ＩＩｌ流动差值折线图　干缩产生裂纹的可能性，降低混凝土　的抗渗性和耐久性。　新型干法窑生产工艺的特点，决　定了其生产的水泥早期强度较高，水　泥水化较快，水泥标准稠度较大。同　时，标准稠度还与水泥粉磨方式（颗粒　级配和形貌）、粉磨细度以及掺合料（主　要是粉煤灰）品种品质有密切关系。　笔者继续以某工程所用的ＪＭ一１１１　高效减水剂和新型干法窑生产的普通　硅酸盐４２．５水泥进行试验，其净浆流　动度差值与水泥标准稠度用水量的关　系如图２。　试验结果表明，水泥标准稠度与　减水剂的塑化效果成反比关系，标准　稠度愈大，塑化效果愈差。　２．４水泥细度的影响　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。在水泥新标准实施后，一些水泥生　产厂家为追求水泥较高的早期强度，往　往提高水泥的细度，这更加不利于混凝　土工程的施工。　２．５水泥的新鲜程度和水泥温度的影　响　水泥越新鲜，减水剂对其塑化效果　相应要差一些，这是因为新鲜水泥的正　电性较强，对水泥的吸附能力较大。水　泥的温度越高，水泥水化越快，减水剂　对其塑化效果也越差，混凝土坍落度损　失也较快。在大型新型干法水泥生产　中，水泥库存期一般都较短，有些商品　混凝土生产厂利用刚生产出来且还未　来得及散失掉热量的水泥配制的混凝　

薷赫霸　理论科学　２１７　浅析外加剂与水泥的适应性　袁贵芳，牟维钢　（黑龙江运建集团，黑龙江齐齐哈尔１６１　１００）　摘要混凝土外加剂与水泥适应性问题长期存在于工程，并对工程质量产生较大的影响。本文主要讲述了影响混凝土外加剂与水泥适应　性的二大机理，外加剂对水泥的扩散作用和水泥对外加剂的吸附作用。并对影响这二大机理的因素进行了分析。　关键词混凝土；￣ｌ，）Ｊｔｌ剂；水泥；适应性；分散；吸附　中圈分类号ＴＵ７　文献标识码Ａ　文章编号１６７３—９６７１一（２ＯＬＯ）Ｏ２２—０２１７—０ｌ　１混凝土外加，ｆ｜与水泥适应性分析　新拌混凝土的和易性（流动性、保水性、粘聚性）差，不能满足工　作要求，坍落度经时损失大；混凝土出现速凝、假凝或过度缓凝；所有　这些现象均会对混凝土的质量及正常生产产生较为严重的影响。　掺．Ｌ￣ＦＪＪｎ剂后，外加剂与水泥的作用机理为：水泥粒子对外加剂的　吸附以及外加剂对水泥的分散作用，水泥加水转变成水泥浆后形成一种　絮凝状结构。当外加剂分子被浆体中的水泥粒子吸附，即在其表面形成　扩散双电层，成为一个个极性分子或分子团，憎水端吸附于水泥颗粒表　面而亲水端朝向水溶液，形成单分子层或多分子层的吸附膜。这就降低　了水的表面张力释放出絮凝体中被包裹的水分子。同时，出于表面活性　剂的定向吸附，使水泥颗粒朝外一侧带有同种电荷，产生了相斥作用。　其结果使水泥浆体形成一种不很稳定的悬浮状态；水泥颗粒表面的润滑　作用，外加剂的极性亲水端朝向水溶液，多以氢键形式与水分子缔合，　再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层水膜，阻止　水泥颗粒间的直接接触，起到润滑作用。因此分析外加剂与水泥适应性　可以从“分散”和“吸附”考虑。　１．１外加剂自身特性对水泥塑化效果的影响（分散作用）　混凝土外加剂主要有木质素磺酸盐（简称木钙）、萘系、密胺和聚　羧酸盐高效外加剂。从外加剂的组成上分析，外加剂分子是由极性的　亲水官能团（ｓ０，Ｈ、ＣＯＯＨ）和非极性的憎水基两部分组成。含有ＳＯ　Ｈ　官能团的外加剂具有显著的坍落度保持值、适宜的引气性和减水率；含　ＣＯＯＨ￣Ｕ具有缓凝保坍性能。在所有的高性能外加剂中，不是含ｓ０　Ｈ，　就是含有ＣＯＯＨ，或者同时有之。ｓ０　Ｈ、ＣＯＯＨ官能团主宰着外加剂的关　键陛能，并反映出该外加剂所起的主要作用。因此外加剂也可以分成：　磺酸、羧酸及“磺酸一羧酸”三大系列，它们对水泥的分散作用取决　于分子特眭、聚合性质（碳链、碳环或杂环甚至还含有ＮＨ、ＯＨ等极性　基。）　１．２水泥特性对减水泥塑化效果的影响（吸附作用）　１．２．１水泥熟料矿物组成的影响　硅酸盐水泥是建筑工程中最常用的水泥，它由硅酸盐水泥熟料、　石膏调凝剂和混合材料三部分组成。硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙　（Ｃ　Ｓ）、硅酸二钙（Ｃ，ｓ）、铝酸三钙（ｃ　Ａ）和铁铝酸四钙（Ｃ　ＡＦ）　组成，它们对混凝土外加剂的吸附能力对于混凝土的流动性及强度增长　都有很大的影响，其吸附混凝土外加剂能力的顺序为ｃ，Ａ＞Ｃ．ＡＦ＞Ｃ　Ｓ＞　ｃ，Ｓ。总的来说铝酸盐（ｃ　Ａ，ｃ　ＡＦ）在水化初期其动电位呈正值，对　外加剂分子（阴离子表面活性剂）吸附较强，而ｃ　ｓ，ｃ．ｓ在水化初期其　动电位呈负值，因此吸附外加剂的能力较弱。所以，在混凝土外加剂掺　量相同的情况下，ｃ　Ａ，￣Ｃ４ＡＦ含量高的水泥浆体中，混凝土外加剂的分　散效果就较差，混凝土单方用水量大幅增加，坍落度损失加快。而生　产硅酸盐水泥熟料主要由石灰石和粘土两大原料，石灰质原料主要提供　ＣａＯ，常用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等，粘土质原料主要提供ｓｉ０　、　ＡＩ２０３）￣Ｆｅ，０　，常用粘土、粘土质页岩、黄土等。原料的变化将对外加剂　的作用效果产生很大的影响。　１＿２＿２水泥中石膏形态和掺量的影响　石膏在水泥生产中用于调节水泥凝结时间，常采用天然的或合成　ＣａＳＯ，－２Ｈ，０，石膏掺量控制在１．３—２．５％（１￣ｌｓｏ　％计）。但如果石膏掺　量不够或细度不够使石膏不能充分溶解，当溶解度含量小于１＿３％时，　不能阻止水泥快凝，则容易产生速凝的现象，但如果溶解度含量大于　２．５％时，凝结时间的增长也很少。而在混凝土中，ＣａＳＯ　一２Ｈ，Ｏ的调凝　效果优７：ＣａＳＯ　一０．５Ｈ，０，但在水泥的生产过程中，石膏与熟料的粉磨温　度通常较高，从而使二水石膏脱水成半水石膏再脱水成硬石膏，从而影　响了石膏的调凝效果。另外有些水泥厂为了节约成本，采用无水石膏　代替ＣａＳＯ，￣－２Ｈ　０，这种水泥在碰到以木钙和糖钙为主要成份的外加剂　时会表现出严重的不适应性，因为对木钙和糖钙的吸附能力为ｃａｓ０　＞　ＣａＳＯ　－０．５Ｈ，Ｏ＞ＣａＳＯ　一２Ｈ，０，因此在无水石膏表面会大量吸附木钙、糖　钙分子，被吸附膜层严密的包围起来无法溶出为水泥浆体系统提供必要　的ｓ０　：一离子，造成ｃ　Ａ大量水化，形成大量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陕，严重者将导致混凝土异　常快凝。因而石膏的成份、溶解度含量直接影响混凝土的凝结时间，也　影响混凝土外加剂与水泥的适应性。　１．２．３水泥碱含量的影响　水泥中碱含量主要来源于生产所用的原材料，是按ＮａＯ　＋ｏ．６５８Ｋ，Ｏ计　算的重量百分率来表示。水泥中过量的碱会和集料中的活性物质ＳｉＯ　反　应，生成膨胀性的碱硅酸盐凝胶，一方面会导致混凝土开裂，另一方面　碱含量的增大降低了外加剂对水泥浆体的塑化作用，使水泥浆体流动性　损失加快，凝结时间急剧缩短，减弱了高效外加剂的作用。但当可溶性　碱的含量过低时，不仅当外加剂剂量不足时坍落度损失较快，而且当剂　量稍高于饱和点时，会出现严重的离析与泌水。大量实验数据表明，碱　含量在０．４－０．８％以内时外加剂与水泥的适应性影响很小，而在国家标准　中，低碱水泥的碱含量不得大于０．６％，因此为了使外加剂与水泥的适应　性较好，碱含量宜控制在０．４－０．６％。　１．２．４水泥细度的影响　试验表明：随着水泥细度的增加，外加剂塑化效果下降。细度越小　比表面积越大，而水泥对外加剂的吸附性随比表面积的增加而增加，在　相同的外加剂掺量下，水泥的需水量随比表面积的增大而增大，同样混　凝土坍落度损失也随比表面积的增大而加快，所以，本来在一定掺量下　表现为适应的外加剂在水泥细度的提高下会表现出不适应现象。　１．２．５掺合料种类及掺量的影响　在水泥及混凝土的生产过程中，均掺有～定量的掺合料，如矿渣　粉、粉煤灰等，由于这些掺合料的品质及掺量的不同，对混凝土外加剂　的作用效果也会产生一定的影响。由于粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆　体起到“滚珠轴承作用”，随着掺量的增加混凝土流动ｌ生增加，外加剂　的适应性表现较好。另外由于粉煤灰中的碳会吸附较多的外加剂而使混　凝土坍落度下降。单掺矿粉对外加剂的适应性与粉煤灰相似但没有粉煤　灰表现得这么明显，由于“微集料效应”，矿粉的粒径比水泥小，填充　了水泥颗粒间的空隙，使水泥颗粒间水分得到释放，提高了混凝土的流　动性，但掺量超过一定量时，随着比表面积的增加会表现出坍落度损失　加快等不适应现象。试验表明，双掺４０％，矿粉：粉煤灰＝２：１时最佳，　此时表现出的混凝土与外加剂的适应性最好。　２结束语　综上所述，混凝土外加剂对水泥的扩散作用和水泥对外加剂的吸附　作用是影响水泥与外加剂的适应性的二大关键因素，为了使外加剂与水　泥达到最佳适应，对水泥和外加剂做适应性试验和化学分析是非常必要　的。

２０１３年３月　ｎ阿目蒜晦　施工技术　【文章编号】１６７３—００３８（２０１３）０７—００５７—０２　混凝土外加剂与水泥的适应性与性能影响　涛　（贵州省中铁电气化局第二工程有限公司　贵州省贵阳市５５０００７）　摘要：本文首先简要介绍了外加剂与水泥不相适应的各种因素，针对混凝土外加剂对混凝土性能的影响进行了详细阐　述。从而促进建筑业的可持发展，以供参考。　关键词：混凝土外加剂；因素；性能影响　引言　随着建筑行业的发展，混凝土外加剂已经成为新型混凝土不　可缺少的部分，混凝土外加剂的特点是品种多、掺量少，在改善　新拌和硬化混凝土性能中起着重要的作用，又是混凝土改性的　主要技术途径，不同的外加剂可以使混凝土性能获得不同程度　的改善和提高。目前，外加剂对混凝土性能的影响研究和应用虽　有较大的成果，但仍有许多基础研究、开发和应用技术值得进一　步探讨。　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，我国水泥占世界水泥总量的１／３，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，主要是提高水泥早期强度、细度（增大比表面积），Ｃ　Ａ的含　盆、混合料的质量等，使水泥达到新标准的要求，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，甚至有时泌水、有时又不泌水、凝结时间的　差异很大。　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。　１．１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成化产物，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。聚　梭酸盐（ＰＣ）及氨基磺酸盐（ＡＳ）、炭基磺酸盐类（ＳＡＦ）、蔡系（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，ＡＳ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。　１．２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。　１．３水泥细度与颗粒形貌的影响　为满足水泥新标准的强度要求，提高水泥细度是最有效的办　法，但水泥过细，表面积的增加，需水量大，更加降低了液相中残　留外加剂浓度，增加了液体粘度，塑化效果变差，混凝土坍落度　损失更快；水泥过细水化速度快，水化热高，容易产生裂缝。根据　国家标准，允许在水泥中掺入一定量的掺合料，常用掺合料有水　淬高炉矿渣、粉煤灰、沸石粉、火山灰、煤碱石、窑皮等，由于掺合　料的性能不同，也会影响外加剂对水泥的适应性，火山灰、煤碱　石、窑皮最差。　１．４调凝剂的影响　调凝剂（石膏）的形态、细度、用量、研磨温度等均有影响。水　泥常用调凝剂为石青（硫酸钙），石膏又分为二水石膏、半水石　青、硬石。根据有关标准，三种石膏都可作水泥调凝剂使用，而其　中硬石青溶解性能较差，一些外加剂如糖钙、木钙等与硬石膏同　用，不但不能促进石膏溶解，反而会降低硬石青的溶解度，使水　泥因缺少调凝成份而产生速凝等异常凝结。水泥厂为了缩短熟　料冷却时间，经常将温度较高的熟料与石青同磨，二水石１５０￣Ｃ　高温下会脱水成为半水石，温度再高至１６０￣Ｃ以上，半水石青还　会成为溶解性较差的硬石膏，影响水泥的适应效果，使混凝土流　动性变差，甚至出现假凝。　１．５碱含量的影响　水泥中的碱主要来源于所用原材料，特别是石灰和粘土。含　碱量越低，相容性越好，高含碱量则会加速水泥的早期水化速　率，导致需水量增大并且加快工作度损失，塑性效果变差。　１．６新鲜水泥存放时间与通度的影响