摘要：外加劑與水泥/摻合料之間有時(shí)出現(xiàn)的不相適應(yīng)性問題長期以來影響著實(shí)際工程對(duì)外加劑/摻合料的應(yīng)用，并受到材料科學(xué)研究人員的高度重視。本文首先對(duì)混凝土外加劑與水泥/摻合料之間的適應(yīng)性進(jìn)行定義，并從混凝土外加劑、水泥和摻合料三個(gè)方面討論導(dǎo)致商品混凝土中外加劑與水泥/摻合料不相適應(yīng)的原因和機(jī)理進(jìn)行研究和分析。
關(guān)鍵詞：外加劑 水泥 摻合料 適應(yīng)性 影響因素采集者退散
改革開放以來，我國商品混凝土發(fā)展十分迅速。從1979年我國建立第一家預(yù)拌混凝土攪拌站開始，商品混凝土攪拌站如雨后春筍般成長。1990年，我國已建成100家商品混凝土攪拌站，到2002年，我國商品混凝土攪拌站數(shù)量更是高達(dá)1039家，實(shí)際年產(chǎn)量為13914m3，與2002年相比，2003年商品混凝土年產(chǎn)量的增加幅度超過30%?；炷辽唐坊M(jìn)程的實(shí)施在提高混凝土質(zhì)量、滿足結(jié)構(gòu)工程實(shí)際需要、節(jié)約資源、節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境和文明施工等方面都發(fā)揮了巨大作用。然而，我國東、西部及沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展不均衡，混凝土商品化步伐和商品混凝土技術(shù)水平差別也很大。我國個(gè)別發(fā)達(dá)城市，如上海、北京、廣州等，混凝土商品化供應(yīng)比例已大于80%，而邊遠(yuǎn)地區(qū)(有些甚至是省會(huì)城市)，其混凝土商品化程度卻不足20%。為進(jìn)一步提高混凝土商品化程度，加速混凝土商品化進(jìn)程，2003年10月16日，我國商務(wù)部、公安部、建設(shè)部和交通部聯(lián)合發(fā)布“關(guān)于限制禁止在城市城區(qū)現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的通知”。通知規(guī)定：從2003年12月31日起，北京等124個(gè)城市禁止現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土；其它城市從2005年12月31日起禁止現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土。可見，我國混凝土商品化步伐將急速加快。
商品混凝土離不開化學(xué)外加劑和礦物摻合料，各種摻合料和以減水劑為主要組份配制的各種外加劑為商品混凝土的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了必要的技術(shù)保障。根據(jù)國外及我國發(fā)達(dá)城市商品混凝土的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，首先要解決好化學(xué)外加劑和礦物摻合料的配套供應(yīng)和應(yīng)用技術(shù)問題，否則，混凝土商品化的進(jìn)程必將受到嚴(yán)重的影響。
關(guān)于化學(xué)外加劑和礦物摻合料，我國已經(jīng)制定了較齊全的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如：1)GB8076-1997 混凝土外加劑；2)GB8077-2000 混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法；3)JC473-2001混凝土泵送劑；4)GB50119-2003 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范；5)GB1596-1991 用于水泥和混凝土中的粉煤灰；6)GB/T18046-2000 用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉；7)JTJ275-2000 海工工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范；8)GB/T18736-2002 高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定和實(shí)施為混凝土化學(xué)外加劑和礦物摻合料的正確選擇和應(yīng)用提供了良好的技術(shù)保障。但盡管這樣，在實(shí)際工程中，常會(huì)出現(xiàn)不如意的使用效果，甚至出現(xiàn)重大工程事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，再者，也容易引起原材料提供方、商品混凝土生產(chǎn)方和施工方之間的矛盾。實(shí)踐表明，混凝外加劑與水泥/摻合料之間存在明顯的適應(yīng)性問題。發(fā)達(dá)國家的水泥生產(chǎn)廠和外加劑生產(chǎn)廠數(shù)量較少，質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，而我國混凝土外加劑廠有500家以上，水泥生產(chǎn)廠更是超過2000家，所以，商品混凝土生產(chǎn)過程中外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)性問題相當(dāng)突出，由此帶來的技術(shù)難題和質(zhì)量事故也較普遍。
為正確認(rèn)識(shí)外加劑與水泥/摻合料的適應(yīng)性問題，本文結(jié)合工程實(shí)際和近幾年的科研成果，對(duì)外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)與否進(jìn)行定義，并就商品混凝土生產(chǎn)中較常出現(xiàn)的減水劑型外加劑(普通減水劑、高效減水劑、緩凝型減水劑、泵送劑等)與水泥/摻合料之間的適應(yīng)性影響因素及機(jī)理展開全面研究和分析。
1. 混凝土外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)性的定義
為正確定義外加劑與水泥/摻合料之間的適應(yīng)性，首先應(yīng)將因外加劑、水泥和摻合料本身性能不合格所產(chǎn)生的影響排除在外；其次，要將外加劑與水泥/摻合料是否能配合使用這一點(diǎn)考慮在內(nèi)。
可以這樣理解混凝土外加劑與水泥/摻合料的適應(yīng)與不適應(yīng)性的概念：按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[1]，將經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻加到用按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥(和摻合料)所配制的混凝土中，若能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，我們就認(rèn)為該水泥/摻合料與這種外加劑是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，則該水泥/摻合料與這種外加劑不適應(yīng)。
比如，分別用五種普通硅酸鹽水泥并摻加某種高效減水劑(經(jīng)檢驗(yàn)符合高效減水劑標(biāo)準(zhǔn)要求[2])配制混凝土，在其它因素都相同的情況下，有種水泥所配制的混凝土在減水率方面出現(xiàn)了嚴(yán)重不足，則說明這種水泥與該高效減水劑不適應(yīng)，而其它幾種水泥與該高效減水劑是適應(yīng)的。再比如，當(dāng)某種水泥(摻有一定比例的摻合料)所配制的混凝土中摻加緩凝減水劑(經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn))，不僅得不到應(yīng)有的緩凝效果，反而出現(xiàn)了不正常的快凝現(xiàn)象，這肯定是由于該緩凝減水劑與所使用的水泥和/或摻合料不相適應(yīng)引起的。
幾乎所有品種的外加劑與水泥之間都存在適應(yīng)性問題，只是目前來說商品混凝土中幾乎全部使用減水型外加劑，而減水型外加劑與水泥/摻合料不相適應(yīng)時(shí)能夠比較直觀快速地反應(yīng)出，如出現(xiàn)混凝土流動(dòng)性差、減水率低，或拌合物板結(jié)發(fā)熱、流動(dòng)性損失過快、不正常凝結(jié)等現(xiàn)象。商品混凝土生產(chǎn)和使用過程中反響烈的問題主要是外加劑與水泥/摻合料之間不相適應(yīng)所導(dǎo)致的各種矛盾和質(zhì)量事故。
2. 減水型外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)性的影響因素及機(jī)
分析認(rèn)為，減水型外加劑與水泥/摻合料的自身特性都會(huì)影響它們之間的適應(yīng)性。就減水型外加劑自身來說，其分子特性、聚合度、中和離子、摻加時(shí)的狀態(tài)等都會(huì)對(duì)其作用效果產(chǎn)生影響；而對(duì)水泥來說，其化學(xué)組成、礦物成分、調(diào)凝劑石膏的狀態(tài)和摻量、堿含量、混合材種類和摻量、粉磨細(xì)度等都是必須考慮在內(nèi)的因素；對(duì)于摻合料，則其種類、摻量等對(duì)減水型外加劑的作用效果影響較大。
2.1 減水劑自身特性對(duì)其塑化效果的影響
就萘系高效減水劑自身的特性來講，影響其對(duì)水泥/摻合料塑化效果的因素有磺化度、平均分子量、分子量分布以及聚合度、聚合性質(zhì) (直鏈、支鏈等) 等，另外，減水劑摻加時(shí)的狀態(tài)(粉狀或液態(tài))也影響其塑化效果，具體情況如下。
1)萘系減水劑在合成時(shí)的磺化越完全，則轉(zhuǎn)變?yōu)閹в谢撬峄腔锏妮镰h(huán)越多，該減水劑的分散作用也越強(qiáng)；水解過程也同樣重要，因?yàn)樗膺^程可以使得萘環(huán)上α位的磺酸基除去，以利于縮聚反應(yīng)。
2)萘系減水劑的分子量(也即聚合度)對(duì)其塑化效果的影響非常顯著，存在一個(gè)分子量值。試驗(yàn)表明，萘系減水劑分子的聚合度為10左右時(shí)的塑化效果最理想。
3)萘系減水劑中起中和作用的反離子的性質(zhì)也影響減水劑的塑化效果。
4)萘系減水劑摻加時(shí)的狀態(tài)會(huì)影響其對(duì)水泥的塑化效果。試驗(yàn)表明，摻加粉狀的減水劑其塑化效果比摻加液態(tài)減水劑時(shí)約低5%，其原因是粉狀減水劑的分子呈纏繞形結(jié)構(gòu)，而減水劑溶解在水中1天以上時(shí)則其分子呈直鎖形結(jié)構(gòu)，因此吸附在水泥顆粒上所起的分散效果就大些。
對(duì)于木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑來說，其生產(chǎn)原料中木質(zhì)素的來源、純度、制備時(shí)加入的金屬陽離子種類、添加狀態(tài)等都對(duì)其作用效果產(chǎn)生一定影響。表1是對(duì)木質(zhì)素磺酸鈣(MG)和木質(zhì)素磺酸鈉(MN)作用效果的對(duì)比結(jié)果?？梢?，在相同摻量情況下，MN的塑化效果比MG明顯，但其對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的改善效果卻不如MG。
與木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑和萘系、密胺系高效減水劑相比，氨基磺酸鹽系高效減水劑和聚縮酸系高效減水劑盡管減水率大，控制坍落度損失效果明顯，但合成工藝過程中的諸多因素都會(huì)對(duì)其作用效果產(chǎn)生較大影響。
關(guān)鍵詞：外加劑 水泥 摻合料 適應(yīng)性 影響因素采集者退散
改革開放以來，我國商品混凝土發(fā)展十分迅速。從1979年我國建立第一家預(yù)拌混凝土攪拌站開始，商品混凝土攪拌站如雨后春筍般成長。1990年，我國已建成100家商品混凝土攪拌站，到2002年，我國商品混凝土攪拌站數(shù)量更是高達(dá)1039家，實(shí)際年產(chǎn)量為13914m3，與2002年相比，2003年商品混凝土年產(chǎn)量的增加幅度超過30%?；炷辽唐坊M(jìn)程的實(shí)施在提高混凝土質(zhì)量、滿足結(jié)構(gòu)工程實(shí)際需要、節(jié)約資源、節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境和文明施工等方面都發(fā)揮了巨大作用。然而，我國東、西部及沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展不均衡，混凝土商品化步伐和商品混凝土技術(shù)水平差別也很大。我國個(gè)別發(fā)達(dá)城市，如上海、北京、廣州等，混凝土商品化供應(yīng)比例已大于80%，而邊遠(yuǎn)地區(qū)(有些甚至是省會(huì)城市)，其混凝土商品化程度卻不足20%。為進(jìn)一步提高混凝土商品化程度，加速混凝土商品化進(jìn)程，2003年10月16日，我國商務(wù)部、公安部、建設(shè)部和交通部聯(lián)合發(fā)布“關(guān)于限制禁止在城市城區(qū)現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的通知”。通知規(guī)定：從2003年12月31日起，北京等124個(gè)城市禁止現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土；其它城市從2005年12月31日起禁止現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土。可見，我國混凝土商品化步伐將急速加快。
商品混凝土離不開化學(xué)外加劑和礦物摻合料，各種摻合料和以減水劑為主要組份配制的各種外加劑為商品混凝土的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了必要的技術(shù)保障。根據(jù)國外及我國發(fā)達(dá)城市商品混凝土的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，首先要解決好化學(xué)外加劑和礦物摻合料的配套供應(yīng)和應(yīng)用技術(shù)問題，否則，混凝土商品化的進(jìn)程必將受到嚴(yán)重的影響。
關(guān)于化學(xué)外加劑和礦物摻合料，我國已經(jīng)制定了較齊全的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如：1)GB8076-1997 混凝土外加劑；2)GB8077-2000 混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法；3)JC473-2001混凝土泵送劑；4)GB50119-2003 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范；5)GB1596-1991 用于水泥和混凝土中的粉煤灰；6)GB/T18046-2000 用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉；7)JTJ275-2000 海工工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范；8)GB/T18736-2002 高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定和實(shí)施為混凝土化學(xué)外加劑和礦物摻合料的正確選擇和應(yīng)用提供了良好的技術(shù)保障。但盡管這樣，在實(shí)際工程中，常會(huì)出現(xiàn)不如意的使用效果，甚至出現(xiàn)重大工程事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，再者，也容易引起原材料提供方、商品混凝土生產(chǎn)方和施工方之間的矛盾。實(shí)踐表明，混凝外加劑與水泥/摻合料之間存在明顯的適應(yīng)性問題。發(fā)達(dá)國家的水泥生產(chǎn)廠和外加劑生產(chǎn)廠數(shù)量較少，質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，而我國混凝土外加劑廠有500家以上，水泥生產(chǎn)廠更是超過2000家，所以，商品混凝土生產(chǎn)過程中外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)性問題相當(dāng)突出，由此帶來的技術(shù)難題和質(zhì)量事故也較普遍。
為正確認(rèn)識(shí)外加劑與水泥/摻合料的適應(yīng)性問題，本文結(jié)合工程實(shí)際和近幾年的科研成果，對(duì)外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)與否進(jìn)行定義，并就商品混凝土生產(chǎn)中較常出現(xiàn)的減水劑型外加劑(普通減水劑、高效減水劑、緩凝型減水劑、泵送劑等)與水泥/摻合料之間的適應(yīng)性影響因素及機(jī)理展開全面研究和分析。
1. 混凝土外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)性的定義
為正確定義外加劑與水泥/摻合料之間的適應(yīng)性，首先應(yīng)將因外加劑、水泥和摻合料本身性能不合格所產(chǎn)生的影響排除在外；其次，要將外加劑與水泥/摻合料是否能配合使用這一點(diǎn)考慮在內(nèi)。
可以這樣理解混凝土外加劑與水泥/摻合料的適應(yīng)與不適應(yīng)性的概念：按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[1]，將經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻加到用按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥(和摻合料)所配制的混凝土中，若能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，我們就認(rèn)為該水泥/摻合料與這種外加劑是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，則該水泥/摻合料與這種外加劑不適應(yīng)。
比如，分別用五種普通硅酸鹽水泥并摻加某種高效減水劑(經(jīng)檢驗(yàn)符合高效減水劑標(biāo)準(zhǔn)要求[2])配制混凝土，在其它因素都相同的情況下，有種水泥所配制的混凝土在減水率方面出現(xiàn)了嚴(yán)重不足，則說明這種水泥與該高效減水劑不適應(yīng)，而其它幾種水泥與該高效減水劑是適應(yīng)的。再比如，當(dāng)某種水泥(摻有一定比例的摻合料)所配制的混凝土中摻加緩凝減水劑(經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn))，不僅得不到應(yīng)有的緩凝效果，反而出現(xiàn)了不正常的快凝現(xiàn)象，這肯定是由于該緩凝減水劑與所使用的水泥和/或摻合料不相適應(yīng)引起的。
幾乎所有品種的外加劑與水泥之間都存在適應(yīng)性問題，只是目前來說商品混凝土中幾乎全部使用減水型外加劑，而減水型外加劑與水泥/摻合料不相適應(yīng)時(shí)能夠比較直觀快速地反應(yīng)出，如出現(xiàn)混凝土流動(dòng)性差、減水率低，或拌合物板結(jié)發(fā)熱、流動(dòng)性損失過快、不正常凝結(jié)等現(xiàn)象。商品混凝土生產(chǎn)和使用過程中反響烈的問題主要是外加劑與水泥/摻合料之間不相適應(yīng)所導(dǎo)致的各種矛盾和質(zhì)量事故。
2. 減水型外加劑與水泥/摻合料適應(yīng)性的影響因素及機(jī)
分析認(rèn)為，減水型外加劑與水泥/摻合料的自身特性都會(huì)影響它們之間的適應(yīng)性。就減水型外加劑自身來說，其分子特性、聚合度、中和離子、摻加時(shí)的狀態(tài)等都會(huì)對(duì)其作用效果產(chǎn)生影響；而對(duì)水泥來說，其化學(xué)組成、礦物成分、調(diào)凝劑石膏的狀態(tài)和摻量、堿含量、混合材種類和摻量、粉磨細(xì)度等都是必須考慮在內(nèi)的因素；對(duì)于摻合料，則其種類、摻量等對(duì)減水型外加劑的作用效果影響較大。
2.1 減水劑自身特性對(duì)其塑化效果的影響
就萘系高效減水劑自身的特性來講，影響其對(duì)水泥/摻合料塑化效果的因素有磺化度、平均分子量、分子量分布以及聚合度、聚合性質(zhì) (直鏈、支鏈等) 等，另外，減水劑摻加時(shí)的狀態(tài)(粉狀或液態(tài))也影響其塑化效果，具體情況如下。
1)萘系減水劑在合成時(shí)的磺化越完全，則轉(zhuǎn)變?yōu)閹в谢撬峄腔锏妮镰h(huán)越多，該減水劑的分散作用也越強(qiáng)；水解過程也同樣重要，因?yàn)樗膺^程可以使得萘環(huán)上α位的磺酸基除去，以利于縮聚反應(yīng)。
2)萘系減水劑的分子量(也即聚合度)對(duì)其塑化效果的影響非常顯著，存在一個(gè)分子量值。試驗(yàn)表明，萘系減水劑分子的聚合度為10左右時(shí)的塑化效果最理想。
3)萘系減水劑中起中和作用的反離子的性質(zhì)也影響減水劑的塑化效果。
4)萘系減水劑摻加時(shí)的狀態(tài)會(huì)影響其對(duì)水泥的塑化效果。試驗(yàn)表明，摻加粉狀的減水劑其塑化效果比摻加液態(tài)減水劑時(shí)約低5%，其原因是粉狀減水劑的分子呈纏繞形結(jié)構(gòu)，而減水劑溶解在水中1天以上時(shí)則其分子呈直鎖形結(jié)構(gòu)，因此吸附在水泥顆粒上所起的分散效果就大些。
對(duì)于木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑來說，其生產(chǎn)原料中木質(zhì)素的來源、純度、制備時(shí)加入的金屬陽離子種類、添加狀態(tài)等都對(duì)其作用效果產(chǎn)生一定影響。表1是對(duì)木質(zhì)素磺酸鈣(MG)和木質(zhì)素磺酸鈉(MN)作用效果的對(duì)比結(jié)果?？梢?，在相同摻量情況下，MN的塑化效果比MG明顯，但其對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的改善效果卻不如MG。
與木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑和萘系、密胺系高效減水劑相比，氨基磺酸鹽系高效減水劑和聚縮酸系高效減水劑盡管減水率大，控制坍落度損失效果明顯，但合成工藝過程中的諸多因素都會(huì)對(duì)其作用效果產(chǎn)生較大影響。