刍议混凝土外加剂与水泥适应性

刍议混凝土外加剂与水泥适应性摘要通过在混凝土中添加外加剂来改善混凝土性能是目前最常用的办法。但是因为不同的水泥和外添加物的相容性不同，搅拌出的混凝土性能往往不同，当各种添加料不同时也会存在一定差异，这就存在外添加物与水泥的适应性问题。由于这种外加添加物具有的效用明显，能大幅度影响混凝土的各方面能力，大力研究外添加物对水泥的作用有重要意义，在大工程施工前进行混凝土外添加物和将要使用的水泥做适应性试验以选择合适的外添加物，确保工程质量。关键词：混凝土；水泥；外加剂；适应性；因素；措施引言为了改善混凝土工作性能，以适应不同的施工需求，通常在水泥、砂石、水混合搅拌的时候加入混凝土外加剂来实现。混凝土外添加物能够改变水泥的特性，优化泥浆中结合水、吸附水及游离水的分布，具体是增加游离水的含量，使得泥浆流动性、稳定性更强。在搅拌过程时泥浆中发生各种物理化学变化，外加剂掺入量对其影响非常大。在经济快速发展、技术不断革新的二十一世纪，建筑行业对混凝土新技术提出了新的要求。然而目前绝大多数的外加剂与水泥存在不相容的问题，即在混凝土外加剂添加标准下，按相关规定使用某种外加剂和某一水泥混合搅拌的混凝土有时存在不能达到期望的效果的问题，这就是外添加物和水泥不适应的问题。为了解决这个问题，必须要研制出更好的办法来改进混凝土外添加物对水泥的作用效率。1混凝土外加剂的使用历程目前绝大多数的建筑都还是以混凝土为主修建的，所以各种建筑的修建都必须依赖混凝土技术的发展。而混凝土技术发展的一个重要突破点就在于混凝土外加剂上，这种添加技术可以提高混凝土的各方面性能，有极大的发展空间。而且相对言而言还有一定的环保意义，因为它可以利用各种粉尘、煤渣等污染环境的废料来生产。虽然混凝土添加剂在上世纪六十年代就出现了，但是直到上世纪七十年代我国在这方面才取得了一些成绩，而且还是种类单一、性能低下的添加剂。目前我国混凝土外加剂的发展现状具有生产厂家多、种类多、品牌多、产量大、产值高，生产、研发技术越来越强，产品标准走向规范等特点。表12007年国内各种混凝土添加剂产量（万吨）品种高效减水剂高性能减水剂木质素磺酸系引气剂膨胀剂速凝剂葡萄糖酸盐奈系蒽系洗油系氨基磺酸系脂肪族密胺系产量197.424.631.649.9411.560.41341.4317.510.3410035.414.52混凝土外加剂及常用外加剂介绍混凝土添加剂的使用带来了混凝土技术的提升，使其变得越来越重要，并且还在不断的发展当中。和水泥、砂石、水相比，外添加物只需要很少的掺量就能起到重要的作用，具体作用在提高混凝土的密度、强化混凝土的强度，改变混凝土的内部结构、改善其工性能，提高混凝土的耐腐蚀度等。2.1混凝土外加剂类型混凝土添加剂发展到目前拥有种类繁多的添加剂，通常可以将它们按他们的作用来分类。有可以降低用水量改良混凝土流动的添加物；有可以加快凝结速度的添加物；有减缓凝结速度的添加物；有增强混凝土抗腐蚀的添加物；以及其他各种各样具有不同能力的混凝土外添加物。不过，就目前国内使用量相对较多的添加剂来说，一般是具有减水、缓凝等效果添加物。2.2应用最广泛的外加剂——减水剂减水剂是在搅拌时能够减少水量的使用同时能保证泥浆具有一定的流动性的一种混凝土外加剂。图1展示了减水剂的分子模型。减水添加物能很大程度上改良个混合物的反应效率。一方面，减水添加物可以使混合物解除其絮状状态，增加了泥浆的流动性，图2和3是其作用过程；另一方面，减水剂解除了水泥的絮状结构使水泥颗粒被一层膜包围，使其更容易在泥浆中流动，其效果如图4所示，这进一步提高了泥浆的相对流动，另外，减水剂还可以帮助水泥和水混合时更大程度上水泥颗粒和水的接触，使水泥颗粒变得湿润，容易搅拌。各种减水添加物具有的能力存在一定的差异，据此我们将之分为高效能的和普通的。图1减水剂分子简化模型图2水泥浆絮状结构图3减水剂分子作用图4水泥浆絮状结构的解体2.3国内常用减水剂首先是减水效率一般的木质素类减水功能添加剂，虽然这类添加剂减水效率不是很高，但是其生产相对容易，性能也比较稳定，可以进行灵活搭配使用，因而具有较为不错的市场。但是受到木质素资源开发力度，国内各地区使用情况不同，以及和水泥的适应性问题等的限制，改减水剂的使用还是存在很大局限性的；其次是使用量最多的高效减水剂，这一类添加剂的减水效率相对而言要高一些，各方面性能也都很好，因而是当前国内应用最具市场的减水添加物了；最后是聚羧酸盐高效能减水添加物，这类添加物不仅减水效率相对很高，而且在改变混凝土的性能上面也具有很强的特性，是将来混凝土外加剂研究使用的普遍产品。国内生产这种高性能减水添加物的年产量如图5所示。图5我国高性能减水剂聚羧酸系减水剂统计3混凝土外添加剂与水泥适应性影响因素混凝土外添加物对水泥的作用不好从微观来看是很复杂的过程，但是从宏观上来说，其主要表现在：混合时砂浆不好搅拌、流动性差、各种添加物不能充分混合；有时还出现硬化太快或者不发生凝固现象。这些情况对接下来的混凝土泥浆使用时存在很大问题的，严重影响施工进度，最后减少混凝土的强度、耐久度、耐腐蚀度，使工程的质量大打折扣。为了对以上现象做出改进，应当研究外加剂和水泥的反应机制以此来改善外加剂和水泥的相容性。3.1混凝土外加剂种类的影响当前使用的混凝土添加物主要是减水添加物，其中有减水能力不强的普通减水添加物和减水能力很强的高效能减水添加物，以及能够大幅度降低用水量改善混凝土性能的聚羧酸盐减水添加物。虽然这些外加剂都有亲水端和憎水端，但是在性能还存在有一定的差异，导致这些外加剂和水泥颗粒的作用也就不同。另外，当这些添加物的有效成分的添加量不一样，反应面积不一样是时，它们对其他添加物的作用效果也就不同，使得各种添加物不能合适的产生效果。所以，在研究采用何种水泥及何种添加剂的时候注意一定要进行这种添加物和水泥产品是否能够很好的产生作用。3.2混凝土外加剂掺量、掺加工艺的影响尽管混凝土的外添加物所需要的量很少，但是在不同的添加量下还是会有明显的差距的，如添加物添加量过大时有可能导致混凝土的固化的速度太快，来不及将混凝土注入目标位置，反之，如果添加过少则不能很好的进行硬化以致耽误施工进度。所以，在添加该种添加物时应该对其添加量做一个合理的考虑。最好的办法是通过多次尝试来确定，当然这种尝试也必须具备一定的科学知识，不是盲目地进行的。在添加物的添加方法上，最好是在混凝土混合好了以后添加，只有这样才能有效利用添加物作用。3.3水泥使用的影响首先是水泥所含化学成分的影响，这种影响通常能导致和水泥的反应结果是不一样的；其次是水泥和水的接触面积的关系，接触面积越大和水发生反应也就越快越充分，反之较慢较不充分，也即如果水泥颗粒太小，其吸水强含气性差不利于混凝土的抗热胀冷缩能力，太大又不利于混凝土的流动性，水泥颗粒对混凝土流动性的影响如图6所示；再次，是水泥放置时间的影响，水泥从生产出来到使用过程中，会因为各种原因性能越来越差，因此，刚生产出来的新鲜水泥由于还存在电荷的吸引作用，能将水泥分子有效的聚拢起来；最后是水泥反应的环境条件，其变化不能过于剧烈，不然水泥和其他添加料不能达到一个很好的混合效果，也就没有很好的可塑性。图6水泥颗粒细度对混凝土流动性的影响3.4混凝土掺和料影响混凝土中除添加剂和水泥外的其他添加料对他们之间的反应也有很大的干扰，如果这些添加料破坏了他们的反应环境条件，那将很不利这二者的反应，外加剂的作用将大打折扣。此外，掺粉尘也有利于泥浆的流动性、保坍性，最终使得混凝土微观结构稳定，混凝土强度、耐久度得到保证。3.5混凝土掺料比例影响许多工程施工事实证明，混凝土中各种添加物添加量的配比对混凝土的性能有巨大的影响，如砂石的比例过高则影响砂浆的流动，将不利于混凝土的扩展，另外，砂石形状和吸水能力也是会对混凝土的各种性能造成影响。实际应用中都是采用砂石相对较少的办法来提高混凝土的各种性能，此外还要确定一个最适合的用水量，以保证混凝土达到最好的使用效果，进而确保工程的质量可靠。4改善混凝土外加剂与水泥适应性的措施4.1根据实际选择混凝土外加剂混凝土外加剂的掺加第一步就是根据需要选择合适的外加剂。如我国地处夏季炎热、冬天干冷，昼夜温差大的高寒地区的新疆，对混凝土就需要抗冷缩的特性，加上新疆是大部分地区盐碱度较高，这又对混凝土的抗腐蚀性提出了新的要求，在采用同一种水泥及其他掺加料的条件下，就要求尽量选取能够改善混凝土抗冷缩、抗坍落、抗腐蚀等性能的混凝土外加剂。对于和有些采用硬石膏来做调凝剂的水泥，一般可以通过改变外加剂的一些成分来适应这种情况。4.2选取合适的外加剂掺加量及掺加方法混凝土外添加物的使用量是存在一个合适的度量的，在实际应用中必须要想方设法取得这个最佳的添加剂量。一般而言，在还没有研制出新的确定方法前，多次尝试寻找最佳值是目前的不二法门。其次是理论和实践都证明了外添加物最好是最后加入混合，这时的效果最好。4.3选用合适的水泥品种在选取混泥土添加剂的时候，可以通过多个添加剂和多种水泥产品做交叉试验，以数据判定选定哪种水泥和哪种添加剂配合使用。例如，在新疆地区，占水泥使用量八成以上的屯河牌、天山牌、青松牌水泥与聚羧酸系外加剂的相容性试验结果发现：屯河水泥较好，天山水泥其次，青松水泥较差。4.4适当掺入掺料如在混凝土中发生泌水时，可以通过加入粉尘等掺料或者增加砂石比例来降低含水量；在混凝土中发生坍落时，可以通过增加水的拌合量或者加混凝土外加剂来帮助水泥溶解，以防出现速凝的现象。4.5调整掺合料比例针对掺料的掺入比例对混凝土外加剂与水泥相容性的影响，通过试验确定各种掺料的最佳比例。下面是用水量计算公式：式中Ve、Va分别是浆体的体积和空气的体积，单位是m3，ρc、ρf分别是掺加水泥粉煤灰的比重，单位为kg/m3；是胶体和水的比值；ϕ是掺料体积占总量的百分比。及砂率计算公式：式中：Ves是干砂浆的体积，单位m3；ρs、ρg则分别是砂石表面密度，单位kg/m3。5结语混凝土外加剂和水泥的相容性问题是一个目前混凝土施工中遇到的重大问题。随着国家基础设施建设的举措，混凝土外加剂的需求将持续增长，怎么解决这个问题将会是混凝土外加剂相关专业人士研究的热点。目前通过大量试验解决适应性问题的方法存在很大的局限性，很不利于节约成本、加快工程进度。很有必要在不久的将来可以研究出更科学的方法来解决混凝土外加剂与水泥适应性问题。参考文献[1]李亮.浅谈混凝土外加剂与水泥适应性[J].科技风,2012(2):168-168.[2]王万兴.自密实混凝土在新疆地区堆石混凝土中的研究及应用[D].新疆大学,2009.[3]温国梁,姚学健,白梅荣.混凝土外加剂与水泥适应性分析[J].混凝土,2011(10):82-83.[4]王士超,俞黎明,虞孝伟.混凝土外加剂与水泥、掺合料适应性的影响因素分析[J].粉煤灰,2007,19(4):47-48.