1前言

　　近些年來在我國經(jīng)濟騰飛的良好環(huán)境下，全國各地基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展迅速，預(yù)拌混凝土行業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展[1]。2018年僅廣東省交通基本建設(shè)計劃投資就1200億元，城鄉(xiāng)建設(shè)需要大量的混凝土。外加劑作為混凝土的原材料之一在基礎(chǔ)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，特別是聚羧酸減水劑綜合性能優(yōu)異其綠色環(huán)保、可調(diào)控范圍寬廣、減水率高可使水泥及膠凝材料的性能達最佳狀態(tài)，但因為水泥品牌品種和外加劑廠家的魚龍混雜各自工藝也不相同導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)水泥與外加劑不相適應(yīng)問題，在很大的程度影響了混凝土的施工性能和建筑質(zhì)量，水泥和聚羧酸外加劑的相容性問題不是單方面的，本文通過各種不同水泥摻合料成分和聚羧酸減水劑機理、組分進行分析。

　　2水泥與外加劑不相容的表現(xiàn)

　?、畔嗳菪砸卜Q作為適應(yīng)性，根據(jù)混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，將各項指標(biāo)合格的外加劑以一定的摻量與質(zhì)量合格的水泥按比例混合成混凝土，若能產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)和得到相應(yīng)的物理結(jié)果則適應(yīng)性好，反之相互排斥則不相容性，不相容一般表現(xiàn)在以下方面：在混凝土各種粉料、骨料都合格的前提下外加劑用量異常，新拌混凝土初始坍落度擴展度小，通俗說法就是“打不開狀態(tài)”。

　?、菩掳杌炷脸跏继涠群蛿U展度達到施工要求的情況下，混凝土出機和易性差漿體包裹性差，出現(xiàn)露石、漿體下沉、跑漿、泌黃水現(xiàn)象。

　　⑶新拌混凝土初始坍落度和擴展度符合設(shè)計要求，1小時后坍落度擴展度損失大保坍效果差。⑷新拌混凝土對外加劑摻量敏感用水量也異常，當(dāng)摻量上升或降低0.1%時混凝土出機效果反差大，例如外加劑摻量為2.0%時混凝土出機效果良好，同條件情況下當(dāng)摻量為1.9%時混凝土出機坍落度擴展度小滿足不了施工要求，當(dāng)外加劑摻量為2.1%時混凝土出機過摻泌黃水出現(xiàn)“抓底板結(jié)”。

　　⑸新拌混凝土凝結(jié)硬化時間異常，出現(xiàn)速凝、假凝、凝結(jié)時間超長等不正?，F(xiàn)象。

　?、驶炷劣不罂?jié)B性和耐久性明顯降低，抗壓強度波動大，甚至出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

　　3水泥與外加劑不相容的因素

　　水泥與聚羧酸減水劑的相容性是一個極其復(fù)雜的問題影響因素很多。涉及到了精細化工、水泥化學(xué)、高分子材料學(xué)、物理學(xué)等多方面的知識。根據(jù)作用主體不同，可分為聚羧酸減水劑各組分自身問題和水泥摻合料自身的問題，具體包括減水劑品種與作用機理、分子結(jié)構(gòu)及分子量的設(shè)計、母液合成工藝和復(fù)配技術(shù)、水泥摻合料組成、堿、硫酸鹽、石膏成分、細度及顆粒級配分布、水泥新鮮程度等因素，以下主要根據(jù)兩者的具體成分簡要分析：

　　3.1水泥

　　3.1.1水泥中混合礦物摻合料影響

　　在過去水泥生產(chǎn)中普遍使用混合材，而且近年來隨著環(huán)保部門對高耗能高排放的的嚴查，水泥廠會選擇礦物摻合料來部分代替水泥熟料，很多摻入煤矸石、石粉、粉煤灰、硅灰、礦渣等，礦渣和粉煤灰最為常見。這些摻合料的活性、需水比、燒失量影響外加劑對水泥的分散性能，表1是單摻不同摻合料凈漿流動度試驗。

　　表1試驗按GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行試驗:從試驗發(fā)現(xiàn)單摻一定量的粉煤灰時，由于使用較好的粉煤灰微珠含量比較多易產(chǎn)生“滾珠效應(yīng)”以致凈漿流動性大對外加劑相容性強，單摻礦渣時外加劑對礦渣的分散性比較好保坍性能優(yōu)良，但沒有粉煤灰效果明顯，單摻石灰石粉時，凈漿流動性明顯變差保坍能力也差摻煤矸石1小時后無流動擴展度，原因是兩者的需水量較大。

　　3.1.2水泥熟料礦物成分影響

　　水泥的需水量與熟料各組分的礦物成分需水量密切相關(guān)，礦物成分與聚羧酸外加劑的影響是吸附外加劑分子不分散，其中鋁酸三鈣對外加劑的吸附能力最強，鐵鋁酸四鈣排第二，其次為硅酸三鈣、硅酸二鈣，熟料礦物成分含量與水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度有密切聯(lián)系。

　　從表2比對數(shù)據(jù)可以看出熟料中因C3A水化速度最快隨著C3A含量增加標(biāo)準(zhǔn)稠度也隨之變高，這是因為為了能夠達到零屈服應(yīng)力則減水劑的需求量也會同樣增加，造成水泥漿體收縮流動度變小。

　　3.1.3堿含量的影響

　　水泥中的堿含量對混凝土的和易性流動性影響很大，主要成分為Na2O和K2O。隨著堿含量的增大，聚羧酸減水劑的分散性能變差。

　　從表3可以看出在同等外加劑摻量下水泥堿含量越高，外加劑對水泥的塑化效果就越差，水泥中堿含達到0.65%時1小時后沒凈漿流動度，隨著堿含量的增加會影響混凝土的凝結(jié)時間，水泥漿流動性大幅度下降摻入減水劑后塑化效果也明顯降低，漿體流動性迅速下降并出現(xiàn)嚴重稠化現(xiàn)象。

　　3.1.4水泥中MgO的影響

　　MgO會形成游離方鎂石,水泥生料中的方鎂石在一定的鍛燒溫度下會形成死燒方鎂石，這種氧化鎂晶體在常溫下的水化非常緩慢，造成水泥早期水化被延緩。水泥生料中還有一部分方鎂石會進入含有阿利特和鐵鋁酸鈣等物相的一些固溶體中。生料引入熟料中的氧化鎂含量增加，則所制備水泥的早期水化熱顯著增加[2]。其對熟料的抗壓強度、尤其是早期強度有一定的提高作用，但如果摻入過量的MgO會導(dǎo)致熟料質(zhì)量不合格從而影響與外加劑的相容。

　　3.1.5硫酸鹽的影響

　　硅酸鹽水泥中的硫酸鹽來源于外摻石膏、熟料和混合材，或者是水泥助磨劑。液相中的硫酸根離子通常會使得聚羧酸減水劑的分散性能下降，硫酸根離子與梭酸根離子產(chǎn)生吸附競爭，進而影響聚梭酸系減水劑的分散力，低摻量的易溶性硫酸鹽對聚梭酸減水劑是起促進分散作用的，而高摻量則起反作用。選擇適宜的硫酸鹽量能夠抑制聚竣酸減水劑與水化產(chǎn)物的插層作用，避免聚梭酸減水劑的損耗水相中的硫酸離子越多，聚羧酸減水劑的減水分散性能也下降得越快，這種不相容性直接導(dǎo)致了混凝土出機狀態(tài)不佳。

　　3.1.6石膏摻量的影響

　　石膏在水泥生產(chǎn)中被添加起調(diào)凝劑作用，石膏種類有很多有二水石膏、半水石膏、無水石膏、脫硫石膏、工業(yè)廢石膏等[3]。這里主要分析二水石膏和脫硫石膏，石膏的摻量、細度、成份、溶解度的含量直接影響水泥的凝結(jié)時間，同時也影響混凝土中外加劑與水泥的適應(yīng)性。

　　從表4和表5中可以看出無水石膏R2O和MgO含量比二水石膏高以致標(biāo)準(zhǔn)稠度也相對比較高，二水石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度有所下降，凝結(jié)時間延長，強度略有降低，凈漿流動度分散性能比較好1小時損失也比較小，所以二水石膏因化學(xué)成分含量不同適應(yīng)性要優(yōu)于無水石膏。

　　3.1.7水泥細度和顆粒級配分布的影響

　　現(xiàn)在大多數(shù)水泥企業(yè)為了降低成本、提高市場占有率都會通過加強水泥的研磨細度來提高水泥的強度[3]。水泥細度越細比表面積就越大從而水化速度快需水量也大，不同水泥的細度和水泥顆粒級配含量不同的分布對凈漿流動度的影響很大。

　　根據(jù)表6可以看出不同的水泥細度顆粒分布影響水泥的比表面積和標(biāo)準(zhǔn)稠度也直接影響水泥的凈漿流動度，水泥顆粒細度越細含量越高對聚羧酸外加劑的吸附能力越強，同等外加劑摻量和用水量下不同水泥由于細度不同，細度比較細的水泥分散能力和其塑化效果要差一些。

　　3.1.8水泥溫度的影響

　　水泥的新鮮程度與水泥溫度成正相關(guān)關(guān)系，這是因為剛出磨的新鮮水泥帶電荷，新鮮水泥顯出的正電性強，對呈負電性的陰離子型表面活性劑吸附能力強[3]。加水后因水泥溫度高水泥中的鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣水化速率加快，因此出現(xiàn)減水劑的減水率低水泥凈漿流動性小或出現(xiàn)混凝土的初始狀態(tài)差或坍落度損失大，所以溫度高的水泥與減水劑的適應(yīng)性和塑化效果都差。

　　3.2外加劑方面

　　3.2.1聚羧酸減水劑作用機理

　　外加劑作用機理主要有：降低固液界面能、靜電斥力、空間位阻，關(guān)于聚梭酸系減水劑的作用機理，應(yīng)用較廣泛的理論有立體效應(yīng)(空間位阻效應(yīng))理論即大分子鏈上的羧基產(chǎn)生的陰離子效應(yīng)和中性聚氧乙烯長側(cè)鏈的空間阻礙作用[4]。

　　3.2.2合成工藝的影響

　　外加劑功能性大單體主要以聚乙二醇單甲醚（MPEG）、烯丙基聚氧乙烯(APEG)、甲基烯基聚氧乙烯醚(TPEG)為主，因合成工藝及配方技術(shù)要求高很多技術(shù)不夠的小型外加劑企業(yè)合成出來的母液經(jīng)常不穩(wěn)定導(dǎo)致復(fù)配出來的外加劑運用在混凝土中出現(xiàn)和易性差、泌水、離析等情況。

　　合成工藝決定了聚羧酸減水劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)、減水劑的各項性能由結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，例如：分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計（主鏈含有一定量的羧酸官能團，側(cè)鏈分子量為聚醚或酯化聚醚），可以設(shè)計梳狀、多枝狀或線型，聚梭酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)、分子量、PEO側(cè)鏈、聚合物官能團，鏈長、與主鏈的連接方式、接枝密度、都會對減水劑在水泥顆粒表面的吸附作用有重要影響。

　　主鏈分子量的大小影響水泥凈漿的分散性能，分子量太大會使得體系粘度增大降低吸附速度，當(dāng)分子量太小時聚合物粘度低，漿體的粘聚性變差，容易出現(xiàn)混凝土松散或泌水現(xiàn)象，主鏈的分子量應(yīng)在最佳平均分子量才能同時兼顧分散能力和分散保持性。

　　其他參數(shù)影響因素還有酸醚摩爾比、反應(yīng)體系濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、鏈轉(zhuǎn)移劑用量、引發(fā)劑用量、第三單體種類等都直接或間接影響著減水劑的性能。

　　3.2.3聚羧酸減水劑復(fù)配技術(shù)的影響

　　聚羧酸外加劑在復(fù)配的過程中除了添加減水組分、保坍組分、緩凝組分外還會根據(jù)混凝土具體材料有針對性的添加各種不同的小料（小單體），例如纖維素、引氣劑、消泡劑、保朔劑等，在添加各種組分的過程中要兼顧混凝土的各項指標(biāo)要求，減水組分過量的添加容易出現(xiàn)混凝土對外加劑摻量敏感，保坍組分的添加要考慮邂逅問題，緩凝組分的添加要根據(jù)季節(jié)和天氣溫度的影響，纖維素的引氣劑的添加要充分考慮混凝土和易性與抗壓強度的權(quán)衡。

　　4結(jié)語

　　縱觀全文可以看出水泥與聚羧酸外加劑的相容問題是一個極其復(fù)雜的問題，造成混凝土適應(yīng)性差的原因是多方面的影響因素有很多，涉及學(xué)科范圍廣如材料物理、高分子材料學(xué)、水泥化學(xué)、動力學(xué)和物理化學(xué)等。在水泥方面影響混凝土適應(yīng)性的因素比較多有礦物摻合料、堿含量、MgO、硫酸鹽、石膏、細度等，混凝土出現(xiàn)適應(yīng)性不好時應(yīng)多留意這些指標(biāo)，外加劑方面一般比較穩(wěn)定選擇合成工藝穩(wěn)定、復(fù)配調(diào)整技術(shù)成熟的大品牌外加劑廠家一般都沒什么問題，但切記外加劑不是“萬能劑”它解決不了混凝土的所有問題，當(dāng)混凝土出現(xiàn)水泥與外加劑的相容性問題時，需要水泥廠家和外加劑廠家共同努力調(diào)整各自配方最后才能達到共贏。