混凝土外加剂与水泥适应性

混凝土外加剂与水泥适应性的探讨【摘要】混凝土土外加剂与水水泥适应性问问题长期存在在于工程，并并对工程质量量产生较大的的影响。本文文主要讲述了了影响混凝土土外加剂与水水泥适应性的的二大机理，外外加剂对水泥泥的扩散作用用和水泥对外外加剂的吸附附作用。并对对影响这二大大机理的因素素进行分析。【关键词】混凝凝土；外加剂剂；水泥；适适应性；坍落落度；分散；；吸附1、前言随着现代建筑技技术的不断发发展，特别是是预拌混凝土土的不断商品品化，对混凝凝土的技术要要求也越来越越高，已不仅仅仅是满足于于达到设计强强度即可，而而是必须满足足环保性、安安全性、耐久久性以及工程程的一些特殊殊要求，如：：抗渗、抗冻冻、防辐射、自自密实等要求求。这就使得得混凝土仅由由原来传统的的水泥、砂、石石、水这四种种组份搅拌生生产适应不了了现代生产技技术的发展需需要。在这种种情况下，各各种掺合料及及以减水和缓缓凝为主要组组份配制的混混凝土外加剂剂已经成为现现代混凝土中中不可缺少的的组份。（本本文以后提到到的外加剂均均指减水和缓缓凝型外加剂剂）我们都知道，混混凝土外加剂剂能改善新拌拌混凝土的工工作性能，从从而提高混凝凝土质量及满满足某些复杂杂构件及特殊殊环境对混凝凝土的要求，同同时也能节约约水泥，降低低成本，加快快施工速度。预预拌混凝土离离不开化学外外加剂的和矿矿物掺合料，各各种掺合料和和以减水和缓缓凝为主要组组份配制的各各种外加剂为为预拌混凝土土的生产和应应用提供了必必要的技术保保障。混凝土外加剂即即指在混凝土土、砂浆和净净浆的制备过过程中，掺入入少量的（不不超过水泥用用量的5%）能对混混凝土、砂浆浆或净浆改变变性能的一种种产品。尽管在现代混凝凝土中已广泛泛应用混凝土土外加剂，但但就我国目前前的现状而言言，各地区的的经济、技术术发展不均衡衡，预拌混凝凝土步伐和对对混凝土技术术水平的认识识差别很大，因因此在实际生生产过程中一一直存在着外外加剂与水泥泥不适应的问问题。我们可可以这样理解解混凝土外加加剂与水泥的的适应性与不不适应性的概概念：按照混混凝土外加剂剂应用技术规规范，将经检检验符合有关关标准的某种种外加剂掺加加到按规定可可以使用该品品种外加剂的的水泥所配制制的混凝土（或或砂浆）中，若若能够产生应应有的效果，就就认为该水泥泥与这种外加加剂是适应的的；相反，如如果不能产生生应有的效果果，就认为该该水泥与这种种外加剂不适适应。在实际际工程中因外外加剂与水泥泥不适应带来来的技术难题题和质量事故故也较为普遍遍，因此在混混凝土的技术术发展过程中中首先应解决决混凝土外加加剂与水泥适适应性的问题题。2、混凝土外加加剂与水泥适适应性分析混凝土外加剂与与水泥不适应应主要表现在在以下几个方方面：新拌混混凝土的和易易性（流动性性、保水性、粘粘聚性）差，不不能满足工作作要求，坍落落度经时损失失大；混凝土土出现速凝、假假凝或过度缓缓凝；所有这这些现象均会会对混凝土的的质量及正常常生产产生较较为严重的影影响。外加剂与水泥的的作用机理为为：水泥粒子子对外加剂的的吸附以及外外加剂对水泥泥的分散作用用，水泥加水水转变成水泥泥浆后形成一一种絮凝状结结构。当外加加剂分子被浆浆体中的水泥泥粒子吸附，即即在其表面形形成扩散双电电层，成为一一个个极性分分子或分子团团，憎水端吸吸附于水泥颗颗粒表面而亲亲水端朝向水水溶液，形成成单分子层或或多分子层的的吸附膜。这这就降低了水水的表面张力力释放出絮凝凝体中被包裹裹的水分子。同同时，出于表表面活性剂的的定向吸附，使使水泥颗粒朝朝外一侧带有有同种电荷，产产生了相斥作作用。其结果果使水泥浆体体形成一种不不很稳定的悬悬浮状态；水水泥颗粒表面面的润滑作用用，外加剂的的极性亲水端端朝向水溶液液，多以氢键键形式与水分分子缔合，再再加上水分子子之间的氢键键缔合，构成成了水泥微粒粒表面的一层层水膜，阻止止水泥颗粒间间的直接接触触，起到润滑滑作用。因此此分析外加剂剂与水泥适应应性可以从“分散”和“吸附”考虑。2.1外加剂自自身特性对水水泥塑化效果果的影响（分分散作用）混凝土外加剂主主要有木质素素磺酸盐（简简称木钙）、萘萘系、密胺和和聚羧酸盐高高效外加剂。从从外加剂的组组成上分析，外外加剂分子是是由极性的亲亲水官能团（SO3H、COOH）和非极性的憎水基两部分组成。含有SO3H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则具有缓凝保坍性能。在所有的高性能外加剂中，不是含SO3H，就是含有COOH，或者同时有之。SO3H、COOH官能团主宰着外加剂的关键性能，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—羧酸”三大系列，它们对水泥的分散作用取决于分子特性、聚合性质（碳链、碳环或杂环甚至还含有NH、OH等极性基。）高效外加剂的品种从总产量来看，90％以上是萘系外加剂，目前萘系外加剂，由于原料供应充分，价格也较为适中，预计在今后一段时间内，仍将为我国高效外加剂的主要品种。就萘系外加剂自身的特性来讲，它属于磺酸类外加剂，影响其对水泥塑化效果的因素有磺化度、平均分子量、分子量分布、及聚合性质。实验表明：萘系外加剂在合成时的磺化越完全，则转化带有磺酸基的萘环就越多，对水泥的分散作用也越强；分子量的大小（也即聚合度大小）对其塑化效果的影响非常显著，当聚合度为10左右时塑化效果最理想；聚合性质直接关系到亲水官能团（SO3H）和非极性的憎水基的组成对水泥塑化效果影响也非常显著。编号配合比实测坍落度坍落度损失值((mm)结论水泥粉煤灰矿粉石砂水外加剂1小时2小时4小时1330804011206601905.1（SP4403）180103060适应2330804011296581836.4（SP4403）190103055适应3330804011376571767.7（SP4403）18552055适应4330804011206601905.1（JH--2）180103055适应5330804011296581836.4（JH--2）195102555适应6330804011376571767.7（JH--2）195102550适应Ⅰ330804011206601905.1（SP4403）175103560适应Ⅱ330804011296581836.4（SP4403）175103060适应Ⅲ330804011376571767.7（SP4403）18553050适应Ⅳ330804011206601905.1（JH--2）180100180----不适应Ⅴ330804011296581836.4（JH--2）18080180----不适应Ⅵ330804011376571767.7（JH--2）18580185---不适应下面二组数据是是二种不同的的外加剂与二二种不同的水水泥的适应性性交差试验：：工程名称：：浙江清华长长三角研究院院创业大厦AA段楼面混凝凝土：C355（水泥：1--6#湖州达达强，Ⅰ-Ⅵ#浙江桐星；；外加剂：杭杭构SP4003，湖州大大东吴TH--2；粉煤灰灰：嘉兴电厂厂Ⅱ；石：中石石（5-255）；砂：中中砂（Mx==2.6）;水:自来水。）试验表明，SPP403对二二种水泥的适适应性均较好好，而TH--2对达强水水泥的适应性性较好对桐星星水泥的适应应性较差。大大东吴外加剂剂厂技术人员员连夜对桐星星水泥的化学学分析，发现现水泥中掺加加了一种铁矿矿渣（后经水水泥厂证实），它它对TH-22产生强烈的的吸附作用，TH-2是低钠型萘磺酸盐改性复合产品，是以磺酸为主导的亲水官能团和以脂肪酸得来的直链烷基为主导的憎水基聚合而成。根据这一信息对TH-2进行配方调整，调整后的TH-2对桐星水泥的适应性较好，在工程的实际使用中混凝土的流动性、保水性等各项指标均满足工程要求，混凝土3天平均强度已达73%，28天平均强度达到138%。实例说明，单凭外加剂本身我们难以评价其好坏，关键是要先做适应性试验，然后再在工程上应用。2.2、水泥特特性对减水泥泥塑化效果的的影响（吸附附作用）在混凝土外加剂剂和矿物掺合合料方面我国国已制定了较较齐全的标准准和规范，有有些地区也制制定了相应的的地方标准。但但我国混凝土土外加剂厂有有500家以上上，水泥生产产厂家更是超超过20000家，生产质质量不稳定。在在不同厂家生生产的水泥中中，熟料的矿矿物组成、水水泥中石膏形形态和掺量、水水泥碱含量、水水泥细度、掺掺合料种类及及掺量、水泥泥新鲜程度和和温度都对混混凝土外加剂剂与水泥的适适应性产生较较大的影响。水泥熟料矿物组组成的影响硅酸盐水泥是建建筑工程中最最常用的水泥泥，它由硅酸酸盐水泥熟料料、石膏调凝凝剂和混合材材料三部分组组成。硅酸盐盐水泥熟料主主要由硅酸三三钙（C3S）、硅酸二二钙（C2S）、铝酸三三钙（C3A）和铁铝酸酸四钙（C4AF）组成，它它们对混凝土土外加剂的吸吸附能力对于于混凝土的流流动性及强度度增长都有很很大的影响，其其吸附混凝土土外加剂能力力的顺序为CC3A＞C4AF＞C3S＞C2S。总的来说说铝酸盐（CC3A，C4AF）在水化化初期其动电电位呈正值，对对外加剂分子子（阴离子表表面活性剂）吸吸附较强，而而C3S，C2S在水化初期期其动电位呈呈负值，因此此吸附外加剂剂的能力较弱弱。所以，在在混凝土外加加剂掺量相同同的情况下，C3A和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SiO2、Al2O3及Fe2O3，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。2.2.2水水泥中石膏形形态和掺量的的影响石膏在水泥生产产中用于调节节水泥凝结时时间，常采用用天然的或合合成CaSOO4-2H2O，石膏掺量量控制在1..3~2.55%（以SO3%计）。但如如果石膏掺量量不够或细度度不够使石膏膏不能充分溶溶解，当溶解解度含量小于于1.3%时，不不能阻止水泥泥快凝，则容容易产生速凝凝的现象，但但如果溶解度度含量大于22.5%时，凝凝结时间的增增长也很少。而而在混凝土中中，CaSOO4-2H2O的调凝效果果优于CaSSO4-0.5HH2O，但在水泥泥的生产过程程中，石膏与与熟料的粉磨磨温度通常较较高，从而使使二水石膏脱脱水成半水石石膏再脱水成成硬石膏，从从而影响了石石膏的调凝效效果。另外有有些水泥厂为为了节约成本本，采用无水水石膏代替CCaSO4-2H2O，这种水泥泥在碰到以木木钙和糖钙为为主要成份的的外加剂时会会表现出严重重的不适应性性，因为对木木钙和糖钙的的吸附能力为为CaSO4＞CaSO4-0.5HH2O＞CaSO4-2H2O，因此在无无水石膏表面面会大量吸附附木钙、糖钙钙分子，被吸吸附膜层严密密的包围起来来无法溶出为为水泥浆体系系统提供必要要的SO42-离子，造造成C3A大量水化，形形成大量水化化铝酸钙结晶晶体并相互连连接。这一结结果轻者导致致混凝土坍落落度损失过快快，严重者将将导致混凝土土异常快凝。因因而石膏的成成份、溶解度度含量直接影影响混凝土的的凝结时间，也也影响混凝土土外加剂与水水泥的适应性性。水泥碱含量的影影响水泥中碱含量主主要来源于生生产所用的原原材料，是按按NaO2+0.6558K2O计算的重量量百分率来表表示。水泥中中过量的碱会会和集料中的的活性物质SSiO2反应，生成成膨胀性的碱碱硅酸盐凝胶胶，一方面会会导致混凝土土开裂，另一一方面碱含量量的增大降低低了外加剂对对水泥浆体的的塑化作用，使使水泥浆体流流动性损失加加快，凝结时时间急剧缩短短，减弱了高高效外加剂的的作用。但当当可溶性碱的的含量过低时时，不仅当外外加剂剂量不不足时坍落度度损失较快，而而且当剂量稍稍高于饱和点点时，会出现现严重的离析析与泌水。大大量实验数据据表明，碱含含量在0.44~0.8%%以内时外加加剂与水泥的的适应性影响响很小，而在在国家标准中中，低碱水泥泥的碱含量不不得大于0..6%，因此此为了使外加加剂与水泥的的适应性较好好，碱含量宜宜控制在0..4~0.66%。水泥细度的影响响图1取自嘉兴芽芽芽水泥熟料料与CaSOO4-2H2O的配料进行行粉磨后的试试验结果。试验表明：随着着水泥细度的的增加，外加加剂塑化效果果下降。在水水泥生产过程程中，许多厂厂家为了满足足强度的要求求，一味的提提高水泥的细细度，细度越越小比表面积积越大,而水泥对外外加剂的吸附附性随比表面面积的增加而而增加,在相同的外外加剂掺量下下,水泥的需水水量随比表面面积的增大而而增大,同样混凝土土坍落度损失失也随比表面面积的增大而而加快,所以,本来在一定定掺量下表现现为适应的外外加剂在水泥泥细度的提高高下会表现出出不适应现象象。掺合料种类及掺掺量的影响在水泥及混凝土土的生产过程程中，均掺有有一定量的掺掺合料，如矿矿渣粉、粉煤煤灰等，由于于这些掺合料料的品质及掺掺量的不同，对对混凝土外加加剂的作用效效果也会产生生一定的影响响。例如，单单掺一定量的的粉煤灰，由由于粉煤灰中中富含的球状状玻璃体对浆浆体起到“滚珠轴承作作用”，随着掺量量的增加混凝凝土流动性增增加，外加剂剂的适应性表表现较好。另另外由于粉煤煤灰中的碳会会吸附较多的的外加剂而使使混凝土坍落落度下降，因因此，当粉煤煤灰掺量一定定时，Ⅰ级粉煤灰烧烧失量较小（含含碳量低），对对外加剂的适适应性表现较较好，而Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰烧烧失量大（含含碳量高），对对外加剂的适适应性表现就就差。单掺矿矿粉对外加剂剂的适应性与与粉煤灰相似似但没有粉煤煤灰表现得这这么明显，由由于“微集料效应应”，矿粉的粒粒径比水泥小小，填充了水水泥颗粒间的的空隙，使水水泥颗粒间水水分得到释放放，提高了混混凝土的流动动性，但掺量量超过一定量量时，随着比比表面积的增增加会表现出出坍落度损失失加快等不适适应现象。而而当粉煤