水泥与减水剂的适应性及其影响因素和改善方法

水泥与减水剂的适应性研究综述（中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075）摘要:混凝土外加剂与水泥的适应性是一个复杂的问题，其影响因素也较多。

本文将综合国内外研究学者的研究成果，简述水泥与减水剂之间的适应性的影响因素及机理分析,并总结主要了改善适应性的措施。

关键词:水泥；减水剂；作用机理；适应性；改善措施The adaptability of the cement and water reducing agent and its influencing factors and the improvement measures（School of Civil Engineering and Architecture，Central SouthUniversity，Changsha 410075，China）Abstract: The adaptability of cement and water reducing agent is a complex problem，its influencing factors are more. This paper studies the research results of the scholars at home and abroad, briefly the influence factors between cement and water reducing agent , adaptability and mechanism analysis, and summarizes the main measures to improve the adaptability.Key words:cement; water reducing agent; mechanism; adaptability; Improvement measures近年来，高性能混凝土已经成为国内外的研究热点，而配制高性能混凝土的关键就是要保证其具有良好的流变性能，能满足不同条件下的使用要求，要达到这一目的，就必须选择适应性良好的水泥与减水剂。

但是，减水剂与水泥的适应性问题仍没有很好地解决，一直是困扰着世界混凝土学界的一个难题，它影响了减水剂的作用效果，影响了水泥混凝土的各项性能，同时也影响了高性能混凝土的推广应用。

因此，对水泥与减水剂之间的适应性进行分析并进行改善十分重要。

1、适应性的概念适应性也称为相容性，其概念可以这样来理解：按照混凝土外加剂应用技术规范，将检验符合有关相关标准的外加剂掺加到按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土中，若能产生应有的效果，就说明该水泥与这种外加剂是适应的；相反，如果不能产生应有的效果，就说该水泥与这种外加剂之间是不不适应的。

就减水剂而言，高效减水剂与水泥的适应性良好，表现为减水剂的掺量饱和点明显，饱和掺量不大，水泥浆体的初始流动性较好，且在规定时间内坍落度损失小。

根据加拿大Aitcin等研究者的研究，我们可以认为水泥与减水剂适应性可以用初始流动性、是否有明确的饱和点以及流动性损失三个方面来衡量。

2、适应性的机理分析及影响因素2.1减水剂的作用机理减水剂的减水机理主要靠吸附分散作用、润滑作用、湿润作用、空间位阻作用及影响水化产物的形态为主。

在加入减水剂后，减水剂的疏水基团定向吸附于水泥质点表面，亲水基团则指向水溶液，形成了单分子层或多分子层吸附膜。

由于减水剂分子的定向吸附，在这种电性斥力的作用下，使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，释出其中的水，使浆体的流动性增加，同时减水剂的亲水基团与水分子以氢键结合，阻止了水泥颗粒间的直接接触，在颗粒间起润滑作用，并对水化产物的形态产生影响。

2.2减水剂的适应性的影响因素影响水泥和减水剂适应性的因素主要包括以下几个方面：2.2.1水泥的矿物组成对适应性的影响水泥中主要矿物成分主要有硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，铁铝酸四钙等，不同矿物组成主要是由生产水泥的原材料和生产工艺决定的，水泥的矿物组成中对减水剂分子的吸附作用是不一样的，铝酸盐矿物对减水剂分子的吸附能力大于硅酸盐矿物。

姚燕等学者的研究表明在减水剂掺量相同的情况下：水泥中铝酸盐矿物含量越高，减水剂的分散效果越差，减水剂对水泥的适应性越差；水泥中硅酸盐矿物含量越高，减水剂对水泥的适应性越好。

2.2.2水泥的细度对适应性的影响水泥颗粒越细，细颗粒越多，需水量越大。

而需水量的增大，必将加剧混凝土的坍落度损失。

贾祥道、姚燕等以Ｉ型硅酸盐水泥为研究对象，用水泥净浆流动度试验的表明水泥在磨细后，减水剂的饱和掺量相应增大，且水灰比较低时，增加幅度更大。

水泥细度对减水剂的分散作用有较明显的影响，如果用表面吸附理论来说明外加剂的分散作用，则水泥比表面积越高，对高效外加剂的吸附量就越多。

如果水泥细度过细，为了达到同样的效果，需要适当增加减水剂的量。

此外，水泥细度对水泥浆体流动度及其保持也有较大的影响。

王玲等人的研究表明，水泥比表面积提高后，减水剂对水泥的饱和掺量有所增大，水泥浆体流动性及保持效果较差，贾祥道还研究了水泥对减水剂的吸附量，研究结果表明，随着水泥比表面积的提高，水泥颗粒对减水剂的吸附量逐渐增大，但是水泥颗粒单位面积上减水剂的吸附量却逐渐减小，这就是减水剂的饱和掺量随水泥比表面积提高而逐渐增大，但水泥浆体流动度随水泥比表面积提高而逐渐减小的原因。

2.2.3水泥的碱含量对适应性的影响碱含量（氧化钠、氧化钾）对水泥与减水剂的适应性也有重要的影响。

可溶性碱的存在有助于铝酸盐矿物的溶出，增加水泥颗粒对外加剂的吸附能力，所以水泥中碱含量的增加会使减水剂的塑化效果变差，还会导致混凝土凝结时间的缩短和坍落度损失的加剧，减弱了减水剂的作用。

但当可溶性碱的含量过低时，不仅当减水剂剂量不足时坍落度经时损失较快，而且当剂量稍高于饱和点时，会出现严重的离析与泌水。

2.2.4水泥的陈放时间及温度对适应性的影响水泥陈放时间越短，水泥越新鲜，减水剂对其塑化作用效果越差。

因为由于粉磨时会产生电荷，新鲜的水泥出磨时间短，颗粒问相互吸附凝聚的能力强，正电性强，吸附阴离子表面活性剂多。

此外，当水泥温度超过80℃时对减水剂的塑化效果降低明显，当水泥温度更高时，可能会造成二水石膏脱水变成无水石膏，需水量及外加剂吸附量明显增大，坍落度损失也会明显加快。

所以使用刚出磨水泥和出磨温度还较高的水泥，就会出现减水率低、坍落度损失快的现象。

2.2.5水泥中的混合材对适应性的影响我国水泥大多掺用不同种类和数量的混合材，常用的混合材有高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰、焙烧煤矸石、沸石粉等。

混合材的品种、性质和掺量等不同，对减水剂作用效果的影响也不一样。

实践表明，高效减水剂对矿渣水泥和粉煤灰水泥的适应性较好，对火山灰、焙烧煤矸石为混合材的水泥的适应性较差。

2.2.6水泥颗粒级配对适应性的影响水泥颗粒级配及颗粒球形度对水泥与减水剂的适应性影响也较大。

在水泥比表面积相近时，水泥颗粒级配对减水剂的影响主要表现在水泥颗粒中小于3微米的微细颗粒的含量的差异，这部分微细颗粒对减水剂的作用影响很大。

中国建筑材料科学研究院姚燕教授的研究表明，水泥比表面积相近时，水泥颗粒中小于3微米的微细颗粒的含量对减水剂的饱和掺量影响不大，但对水泥浆体的初始流动度及1h后的流动度有明显的影响。

微细颗粒含量较大时，只有提高水灰比或增大减水剂掺量，水泥浆体才能获得较大的初始流动性。

同时，微细颗粒含量的增大加剧了水泥浆体流动度的损失。

2.2.7水泥颗粒的球形度对适应性的影响球形度是指将与粒子投影面积相等的圆的周长除以粒子投影的轮廓长度所得的值，颗粒形状越接近于球体，球形度数值越大。

日本Isao Tanaka等人用球形度分别为0.85和0.67的球形水泥与普通水泥作了水泥浆流动度对比试验，试验中胶砂比为1：2，水灰比为0.55，前者的流动度为277m，而后者的流动度仅为177m，实验结果表明，在相同的胶砂比、水灰比的条件下，水泥的球形度越高，配制出来的水泥流动性越好。

贾祥道等的实验结果表明，水泥颗粒球形度提高后，对减水剂的饱和掺量影响不大；但可使水泥浆体的初始流动度增大，还可使水泥浆体的流动度保持效果得到改善。

由此可见，水泥的球形度对水泥与减水剂的适应性的影响也较大。

3、改善水泥与减水剂的适应性的措施3.1复合使用外加剂复合使用外加剂是现时普遍使用的一种简单而经济的提高减水剂与水泥的适应性的方法。

该方法主要包括：高效减水剂与缓凝剂或缓凝减水剂的复合使用，主要通过缓凝组分的缓凝作用抑制水泥的早期水化反应，从而减小混凝土的坍落度经时损失；减水剂与引气剂复合使用，主要通过引入大量微小气泡，增大混凝土拌和物的流动性，同时增大黏聚性，减小混凝土的离析和泌水；减水剂与减水剂的复合使用，通过“协同效应”和“超叠加效应”，提高减水剂与水泥的适应性。

3.2改变减水剂掺入方法配制混凝土时，可以采用采用后掺法、多次添加法等方法掺入减水剂，来保持混凝土的流动性。

在水化反应的整个过程中，保证水泥浆体中外减水浓度，避免因减水剂含量下降，使大部分的新生水化产物没有得到减水剂的吸附，引起水化产物相互搭接而产生凝结。

3.3加强磨机内物料温度的控制在提高水泥比表面积的同时，加强磨机内物料温度的控制，避免温度过高或过低，保持水泥中石膏组成和含量的稳定性，对控制减水剂和水泥之间的适应性很重要。

3.4在水泥中掺入适当的混合材在水泥中掺入适量的超细混合材如（粉煤灰），可以有效改善外加剂与水泥的适应性不良而导致的混凝土和易性差、减水效果差、保塑性差等问题。

总之，水泥和减水剂的适应性是一个错综复杂的问题。

在配制混装土时必认真考虑这个问题，在多次试验的基础上，将水泥和外加剂品种的选择范围缩小，最后还必须通过试拌混凝土来尝试解决，防止因此水泥和减水剂的适应性不良而导致的经济损失和混凝土质量问题。

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