行業(yè)動態(tài)
混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性問題及解決方法
在工程施工過程中，外加劑與水泥的適應(yīng)性問題十分關(guān)鍵。若因外加劑與水泥不相適應(yīng)，而導(dǎo)致混凝土過于快凝或者是坍落度損失過大等問題，總是會歸咎于外加劑。混凝土如果不能滿足施工要求，將會導(dǎo)致嚴(yán)重的工程質(zhì)量，甚至埋下安全隱患，僅歸咎于外加劑是較為片面的。從具體實踐來看，通過分析外加劑與水泥不適應(yīng)導(dǎo)致混凝土不達(dá)標(biāo)的原因，可以看出原因是很多的，既有外加劑質(zhì)量的影響，也有水泥化學(xué)成分的影響，因為水泥本身就是由各種礦物構(gòu)成的，其所用的石膏種類、摻和物、所含堿量高低等，也都會直接影響混凝土的質(zhì)量。
01水泥礦物構(gòu)成對外加劑的影響分析
從結(jié)構(gòu)上來看，水泥礦物主要是由鋁酸三鈣（C3A）、硅酸二鈣（C2S）、硅酸三鈣（C3S）、鐵鋁酸四鈣（C4AF）等構(gòu)成，其中，C3A的水化速度最快，其次是C3S，再次是C2S和C4AF。以回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的水泥熟料為例，其礦物構(gòu)成通常是C3S：45%～65%。C4AF：10%～18%。C2S：15%～32%。C3A：4%～11%。
不過，從實際情況來看，在與外加劑匹配程度上，C3A水化最快，而且，其對外加劑的吸附也最快，其次是C3S?？梢姡珻3A和C3S對水泥與外加劑適應(yīng)性產(chǎn)生主要影響。根據(jù)多年來的經(jīng)驗與教訓(xùn)，只要C3A,C3S能達(dá)到如下兩個條件，一般都能滿足施工要求：C3A不大于8%或C3A＋C3S不大于65%，即只要能確保C3A不大于8%，C3S在50%～55%范圍內(nèi)，同時，采用二水石膏進(jìn)行配制，這樣的水泥強度通常能有良好的外加劑適應(yīng)性。將其與萘系高效復(fù)合減水劑、一般木質(zhì)素類減水劑、泵送劑等進(jìn)行配制，混凝土的坍落度損失都是比較小的，能較好地滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求。但如果C3A大于8%或C3A＋C3S大于65%，即會發(fā)生水泥與外加劑不適應(yīng)的問題，混凝土的坍落度損失也會比較大。在水泥各種礦物中，C3A是影響外加劑的主要因素。因此，為提高水泥早期強度，水泥廠都會提高C3A含量，但也給外加劑應(yīng)用帶來很大難度。
在施工實踐中，當(dāng)發(fā)生水泥與外加劑不相適應(yīng)的問題時，通?？刹捎萌缦陆鉀Q對策：
（1）進(jìn)行試驗比較，使用同一種外加劑，將其與幾種不同品牌、種類的水泥進(jìn)行配置，根據(jù)砂漿流動度試驗結(jié)果，來對外加劑與水泥的適應(yīng)情況進(jìn)行評價和判斷；
（2）采用常用的且與外加劑適應(yīng)性良好的一種水泥作為標(biāo)本，將其他各種外加劑與之配置，通過砂漿流動度試驗結(jié)果，來判斷外加劑的質(zhì)量。
通過對比試驗可知，導(dǎo)致不相適應(yīng)的原因，到底是在水泥，還是在外加劑。如果結(jié)果顯示是水泥導(dǎo)致的，就需要對水泥礦物組成進(jìn)行進(jìn)一步分析，同時，還要分析水泥石膏種類、摻合料種類、含堿量高低等，看起對外加劑的影響如何。若結(jié)果顯示是外加劑導(dǎo)致的，需要立即聯(lián)系生產(chǎn)廠家進(jìn)行調(diào)查，看廠家的外加劑配方是否發(fā)生了變動。調(diào)查母體的質(zhì)量是否穩(wěn)定等。
通過最近幾年的情況來看，木質(zhì)素類外加劑的原料變化比較大，主要原因是針葉樹原料比較緊缺，而優(yōu)質(zhì)木鈣則主要供應(yīng)出口，這使得不少復(fù)配木質(zhì)素類的外加劑，不僅質(zhì)量出現(xiàn)波動較大的情況，而且存在明顯的含氣量過高，減水率下降等問題，導(dǎo)致預(yù)拌混凝土表面經(jīng)常出現(xiàn)大氣泡，檢驗結(jié)果也顯示混凝土強度出現(xiàn)下降等。在萘系減水劑方面，國內(nèi)大廠都是采用全自動控制生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定。不過，生產(chǎn)合成萘磺酸鈉的不少廠家，仍然以人工操作為主，受人為因素影響，在關(guān)鍵生產(chǎn)過程中，磺化、縮合等存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，使得母體聚合度不高，且存在減水率波動較大的情況，如果使用此種母體復(fù)合各種萘系減水劑，其質(zhì)量自然也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。由此看來，盡管外加劑廠家的配方?jīng)]有發(fā)生變化，但卻沒有重視產(chǎn)品母體質(zhì)量變化帶來的影響。因此，在試驗過程中，必須要重視原材料質(zhì)量的調(diào)查和檢驗，只要發(fā)現(xiàn)屬外加劑導(dǎo)致的問題，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行退貨處理，如果發(fā)生第二次退貨，就要停止使用此種外加劑，更換更穩(wěn)定的品牌。現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)外加劑廠家，采用的都是復(fù)配生產(chǎn)，必須要加強對母體質(zhì)量的控制。
02水泥熟料中石膏種類對外加劑的影響
這里的石膏主要指的是硬石膏，如果水泥采用硬石膏作為緩凝劑，其不但會與糖蜜類、木鈣外加劑不相適應(yīng)，而且還會發(fā)生假凝問題。同時，硬石膏也會影響萘系減水劑的減水率。
筆者曾做過硬石膏和二水石膏的試驗，將其按照比例與水泥進(jìn)行配置，然后再進(jìn)行萘系減水劑適應(yīng)性試驗，發(fā)現(xiàn)100%硬石膏配置的水泥，凈漿流動度只有105～110mm，適應(yīng)性非常差；100%二水石膏配制的水泥，凈漿流動度為240～245mm。如果將硬石膏與二水石膏按照1∶1的比例進(jìn)行配置，仍然不能與木鈣、糖蜜類外加劑相適應(yīng)，凈漿流動動度為200～210mm，說明與萘系減水劑基本適應(yīng)；如果是按2∶8的比例進(jìn)行配置，凈漿流動度為230mm左右，對萘系減水劑影響不大，雖然會影響木鈣、糖蜜類減水劑，不過不會發(fā)生假凝問題。因此，使用外加劑的過程中，還要先調(diào)查清楚水泥中的石膏種類與含量，防止發(fā)生不相適應(yīng)的問題，影響混凝土的質(zhì)量和施工進(jìn)度。
03水泥堿含量對外加劑應(yīng)用效果的影響
從文獻(xiàn)資料研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，不少研究對水泥堿含量越大，外加劑適應(yīng)性就越差的問題，進(jìn)行了相關(guān)的研究。不過，在施工實踐中，對此問題重視程度往往不大。但水泥礦物構(gòu)成及石膏種類的影響，相對于堿含量而言更大，因此，使用優(yōu)質(zhì)、高強、低堿水泥配制的混凝土，能較好地與外加劑相適應(yīng)，可減少坍落度損失及堿骨料反應(yīng)問題。
4.1影響分析
礦渣水泥與外加劑適應(yīng)性通常較好。將純礦渣作為摻合料，能改善混凝土的泵送性、和易性，有利于提高后期強度，降低水化熱，還能提高外加劑適應(yīng)性，非常適合用于大體積混凝土。
使用粉煤灰作為摻合料時，因碳素對外加劑的吸附作用大，需要加強對粉煤灰尤其是其中的含碳量的質(zhì)量控制，否則會影響外加劑的應(yīng)用效果。一級粉煤灰含碳量最低，一般不會對外加劑適應(yīng)性產(chǎn)生影響，二級粉煤灰也影響不大，但若其接近三級粉煤灰時，就會影響外加劑的使用。二級粉煤灰顏色較深，從顏色上也能進(jìn)行一定的判斷。用工業(yè)廢渣、煤矸石等作為摻和料的水泥，成分比較復(fù)雜，存在不穩(wěn)定的情況，難以較好地適應(yīng)外加劑。因為外加劑與水泥的不相適應(yīng)，導(dǎo)致了一系列問題，如混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場卻無法卸出等，解決辦法通常是進(jìn)行二次添加，即由實驗室人員按比例，將高效減水劑均勻添加到拌罐中，進(jìn)行高速攪拌1min后卸料，再由泵車壓送進(jìn)行澆筑。
4.2國外實例
日本在處理外加劑與水泥相適應(yīng)性問題的做法是：因為日本大型水泥生產(chǎn)公司、外加劑公司都分別只有十幾家，都是屬于日本水泥協(xié)會和外加劑協(xié)會成員。如果出現(xiàn)水泥與外加劑不相適應(yīng)問題，兩個協(xié)會就會共同邀請專家、教授等，來對原因進(jìn)行分析，責(zé)任方需要負(fù)責(zé)。在20世紀(jì)70年代，日本也流行混凝土二次添加法，即先應(yīng)用木質(zhì)素系減水劑配制混凝土，坍落度保持在8cm左右，攪拌車運到施工現(xiàn)場后，再繼續(xù)往攪拌罐里添加萘系高效減水劑，高速攪拌后在卸料。不過，因為二次添加需要花費人力成本，噪聲污染也比較大，在20世紀(jì)80年代日本逐漸采用聚羧酸鹽等高效引氣減水劑，有效解決混凝土坍落度損失問題。
4.3做法建議
為提高預(yù)拌混凝土質(zhì)量，避免發(fā)生工程事故。只有堅持使用優(yōu)質(zhì)原材料，并科學(xué)控制配合比，實行全自動控制的生產(chǎn)設(shè)備，才能確保混凝土達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)要求。
（1）通過比較，優(yōu)選具有資質(zhì)的、產(chǎn)品性能與質(zhì)量可靠、穩(wěn)定的大型水泥廠家和外加劑廠家、砂石廠家，并與其固定進(jìn)行原料供應(yīng)合作。
（2）嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)，對入廠的各種原料進(jìn)行復(fù)檢。
（3）通過砂漿流動度情況，判斷水泥與外加劑之間的適應(yīng)性，如果發(fā)現(xiàn)存在不相適應(yīng)，就要進(jìn)一步分析是水泥導(dǎo)致的，還是外加劑導(dǎo)致的，找出原因后，與發(fā)生問題的廠家聯(lián)系解決。
選擇通過分析砂漿流動度來判斷適應(yīng)性問題，而不是使用凈漿流動度進(jìn)行判斷，主要原因是在實踐中，發(fā)現(xiàn)有的改性的高分子外加劑不適宜使用凈漿流動度進(jìn)行判斷，如某些聚羧酸鹽類外加劑。如果分子量大，粘度大，還仍然使用凈漿流動度方法進(jìn)行判斷，將會導(dǎo)致結(jié)果無法真實反映其擴(kuò)展性能。由于凈漿流動度并不大，然而砂漿流動度卻比較大，在這種情況下，如果僅采用凈漿流動度進(jìn)行判斷，容易發(fā)生誤判。而砂漿流動度更接近混凝土，同時，因為加入了砂，使得其分散性得到充分發(fā)揮，有效克服了其粘稠性問題，因此判斷結(jié)果比較準(zhǔn)確。
（4）如果天氣溫度較高，混凝土坍落度損失往往會比較大，施工現(xiàn)場卸料比較困難，此時可以采用二次添加方法，嚴(yán)禁隨意往攪拌罐里加水。
（5）如果混凝土配制要求比較高，或者是配制高強混凝土，不僅要添加外加劑，還要嚴(yán)格控制砂、石級配、壓碎值、含泥量、形狀等。夏季天氣炎熱，溫度較高，砂石在太陽暴曬下，溫度也會隨之增高，進(jìn)而導(dǎo)致坍落度損失加大，因此，應(yīng)對石子溫度進(jìn)行控制，通過不斷灑水來合理降溫。
（6）外加劑必須要按照種類進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分，并用顯著標(biāo)識予以標(biāo)明。將外加劑添加到儲罐時，需雙方進(jìn)行確認(rèn)，也就是由生產(chǎn)商和混凝土廠家共同進(jìn)行確認(rèn)，無誤后才能入罐。如果出現(xiàn)錯誤，不僅會使減水劑的用量增加3～4倍，還會導(dǎo)致混凝土幾日不凝，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重工程事故。
4.4不適應(yīng)處理措施
從實踐來看，項目部往往都是一次性大量采購水泥，然后，直接放入水泥儲倉中，因此，對于外加劑要求就比較高，需要外加劑適應(yīng)水泥。如果確實是因為水泥礦物構(gòu)成或石膏因素，導(dǎo)致水泥與外加劑不相適應(yīng)，才會對水泥廠家進(jìn)行更換。
當(dāng)水泥與外加劑不適應(yīng)時，一般可采取如下措施進(jìn)行解決。
（1）根據(jù)實際情況，合理增加外加劑的摻量。
（2）將外加劑進(jìn)行更換。在各種外加劑中，聚羧酸鹽類與水泥的適應(yīng)性最優(yōu)，其次是氨基磺酸鹽，再次為萘系及其復(fù)合減水劑、糖蜜類、木質(zhì)素磺酸鹽等。不過，因為單獨使用氨基磺酸鹽會發(fā)生泌水嚴(yán)重的問題，必須要將其與萘系復(fù)合使用。國內(nèi)外加劑大多是普通、高效、緩凝等復(fù)合配置，配合比不同，各單體質(zhì)量也存在差異，當(dāng)然效果也是不同的。在發(fā)生不相適應(yīng)的狀況時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行砂漿適應(yīng)性試驗，另選外加劑。
（3）如果采用上述方法，還是不能解決不相適應(yīng)的問題，就可以考慮使用二次添加方法。
（4）使用增加水泥漿的方式，在保持原有水灰比的基礎(chǔ)上，將出廠坍落度提高，使其增大到20~22cm，同時增加單位水泥和用水量。這樣，當(dāng)坍落度小于12cm時，如果坍落度增加1cm，則單位用水量就會相應(yīng)地增加1.2%；當(dāng)坍落度大于15cm時，如果坍落度增加1cm，則單位用水量就會相應(yīng)地增加1.5%～2.5%。這里需要注意的是，單位水泥量和用水量需要同步進(jìn)行增加，這樣才能保持水灰比不會發(fā)生改變，也不影響混凝土強度，其不足之處是混凝土成本將會增加。
