混凝土是人類的重大發明,混凝土的出現開始了人類建筑史的革命,混凝土外加劑的應用是混凝土生產的重大進步。混凝土集中攪拌站的出現,使建筑材料混凝土的生產走向了工業化、節約化的道路。這也對混凝土的生產質量控制提出更多的要求,造成了近幾年混凝土質量整體提高的同時,由于部分混凝土預拌站質量控制技術水平的不高,給工程質量帶來隱患,甚至出現了20 多年未遇的工程質量事故,造成重大經濟損失。

1 外加劑與水泥產生不相適應問題的主要因素

混凝土的性能不僅取決于組成材料的性能,更取決于材料之間的適應性及混凝土配合比。外加劑(減水劑) 與水泥的不相適應問題即外加劑對水泥工作性能改善不明顯、混凝土坍落度損失過大或混凝土過于快凝,甚至造成混凝土結構構件更易出現的裂縫。

外加劑作為混凝土的第5 組分,所占比重很小,但是對混凝土的性能卻是影響很大,能夠明顯提高混凝土的坍落度、調節凝結時間,從而改善混凝土施工性能或節約成本。水泥的水化反應需要不到水泥質量25 %的水,但水泥遇到水會形成絮凝結構將水包裹在里面,為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,外加劑的加入能夠在水泥顆粒表面定向吸附,使水泥顆粒表面帶有同性電荷,因斥力作用而分離開來,從而釋放出水泥絮凝結構包裹的水份,使更多的水參與水化反應、提高流動性[1 ] 。水泥顆粒對外加劑吸附性的大小及外加劑作用的損耗大小,反應了外加劑與水泥的適應性好壞。

外加劑與水泥的不相適應性問題是讓所有商品混凝土廠家的擔心和頭痛的問題,而出現問題后,最終總歸罪與外加劑,外加劑與水泥的不相適應性有外加劑本身的質量、化學成分的因素,主因卻常是水泥及摻合料等的因素有關,無論是普通減水劑、奈系高效減水劑還是第3 代聚羧酸系高效減水劑都會出現與水泥的不相適應性的情況,影響外加劑與水泥的適應性的因素很多,主要有:

1. 1 外加劑自身的因素

外加劑(減水劑) 的品種不同、結構官能團的不同、聚合度不同、復配組分不同等等因素的影響均會影響與水泥的適應性。不同廠家生產工藝、技術水平、質量管理水平不一樣,產品必然有差異[1 ] 。

1. 2 水泥的礦物組成對外加劑的影響

水泥的礦物組成對外加劑的影響很大,水泥的礦物組成主要有鋁酸三鈣(C3A) 、鐵鋁酸四鈣(C4AF) 、硅酸三鈣(C3 S) 、硅酸二鈣(C2 S) 等,不同礦物組成主要是由生產水泥的原材料和生產工藝決定的,水泥的礦物組成中對外加劑影響因素大小依次為C3A > C4AF > C3 S > C2 S。C3A 水化反應快,早期強度提高快,需水量大,C3A 含量過高(質量分數大于8 %) ,C3A 吸附外加劑量大,外加劑作用損失大。水泥廠家為了達到質量指標,往往提高C3A 含量節約成本[2 ] 。

1. 3 水泥熟料中添加調凝石膏品種的影響

水泥的生產最后需要加入石膏調節凝結時間,水泥廠家使用的調凝石膏對外加劑影響因素大小依次為硬石膏(工業無水石膏) > 半水石膏> 二水石膏,水泥廠家為了節約成本往往使用工業無水石膏,這樣不影響水泥達到質量指標要求,對普通不摻加外加劑的混凝土沒有不良反應,但對現代摻加外加劑的混凝土,用硬石膏的水泥需水量大,吸附外加劑量大,外加劑損失量大。硬石膏對木鈣類影響更加顯著,甚至會出現急凝(假凝) 現象[3 ] 。

1. 4 水泥細度和顆粒級配的影響

水泥廠家常常為了達到水泥新標準要求,提高市場競爭力,加強研磨,提高水泥的細度從而提高強度。水泥過細,需水量大,同樣會吸附外加劑量更大,外加劑損失量大;同時過細的水泥在研磨時溫度更高,也會使更多的水合石膏分解成無水石膏,無水石膏含量提高,與外加劑的適應性也會變差。水泥的顆粒級配不好,水泥凈漿泌水率大的水泥與外加劑適應性較差[ 3 ] 。

1. 5 水泥的堿含量

堿含量過高(堿含量> 0. 8 %) 的水泥或堿含量過低(堿含量< 0. 5 %) 的水泥,也容易與外加劑產生不適應。[ 2 ] 水泥中堿主要來源于所用原材料,特別是石灰和粘土。含堿量過高或過低的水泥,在某些品種外加劑加入時,會引起水泥中石膏溶解度變化,使水泥礦物成分C3A 水化速率加快,需水量增大,工作度損失也變快。這時加入可溶性Na2 SO4 ,能夠提高其與外加劑的適應性。粉煤灰、礦粉的摻入能夠與水泥的水化產物Ca (OH) 2 發生二次反應,降低混凝土的堿度,使外加劑與水泥的適應性有所改善[ 4 ] 。

1. 6 新進水泥的影響

新出廠的水泥與外加劑的適應性不如陳置的水泥。同樣的外加劑能使陳置的水泥出現更高的流動度,因為剛生產出廠的水泥比較干燥,溫度高,與水化合反應更快,經14d 以上的吸濕降溫后,自由能降低,與外加劑的適應性提高,會出現明顯的差異[5 ] 。

1. 7 粉煤灰與外加劑的適應性

粉煤灰過細,也會要多一些的外加劑分散粉煤灰顆粒;粉煤灰燒失量越大(即含碳量越大) ,需水量越大,對外加劑影響越大,碳粒粗大多孔,容易吸水,吸附外加劑的能力強,使外加劑的摻量增加,特別是對引氣劑影響大[4 ] 。

1. 8 氣溫、風力對外加劑的影響

氣溫越高,風越大,砼坍落度損失越大。氣溫高,水泥水化反應快,外加劑的消耗加快,風越大,混凝土水份蒸發越快,加快了水泥顆粒之間的物理凝聚,混凝土坍落度損失越大。夏季氣溫太高時,可以采取對骨料澆水降溫的辦法,減小坍落度損失。

1. 9 骨料的影響

骨料的含泥量、泥塊含量大,大量的粘土細粒會吸收更多的水份,消耗更多外加劑,使新拌混凝土和易性變差,容易離析,坍落度損失大,還影響混凝土強度;混凝土配合比不當,砂率不合理,也會增加坍落度的損失。砂率偏小,混凝土也容易離析、爬底,混凝土坍落度損失大;砂率偏大,過多的砂需要更多的水份潤濕,使混凝土坍落度變小,也影響混凝土強度;骨料的級配不良,特別的缺少中間粒級的骨料,也容易造成混凝土離析、爬底,混凝土坍落度損失大,影響混凝土質量。