混凝土外加剂与水泥的相容性及其对砼性能的影响
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绘制以掺量为横坐标、流动度为纵坐标的 曲线，通过曲线 分析外加剂掺量与流动度的关系及 变化规律。
3.影响外加剂与水泥适应性的主要因素
•外加剂自身的因素
•水泥的矿物组成对 外加剂的影响
•水泥熟料中调凝石 膏品种的影响
•水泥细度和颗粒级 配的影响
主要 因素
•水泥的碱含量
•混合材与外加剂的 适应性
•气温、风力对外加 剂的影响
•骨料的影响
（1）外加剂自身的因素
外加剂（减水剂）的品种不同、分子结构的不 同、聚合度的不同、 复配组分的不同等，均会影响其与水泥的适应性。
水泥的无机矿物颗粒由于范德化力、不同电荷的静电互相作用、水泥 颗粒的表面化学作用，导致粒子形成聚集结构，束缚一部分水，不能 用于滑润水泥粒子，也不能立即用于水化。加入高效减水剂等外加剂 后，由于吸附作用和电荷斥力，使水泥粒子分散，絮凝结构解体，释 放束缚水并阻止粒子的表面相互作用，使水泥浆体的流动增大，其增 加的大小与其技术性能及掺量有关。
保水性差，造成混凝土离析、泌水
四种组成材料在混凝土中所起的作用： 砂、石： 骨架作用；抑制混凝土的收缩。 水泥＋水→水泥浆：
水泥浆在硬化前起润滑作用，赋予拌合物一 定的和易性，硬化后将骨料胶结成一个坚实 的整体。
水泥浆包裹在砂粒的表面并填充砂粒间的空 隙而形成水泥砂浆，水泥砂浆又包裹石子表 面并填充石子间的空隙，形成混凝土。
图2 混凝土用各种外加剂
（2）水泥的矿物组成对外加剂的影响
水泥的矿物组成主要有硅酸三钙(C3S) 、硅酸二钙(C2S ) 、铝酸三 钙(C3A) 、铁铝酸四钙(C4AF) 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，水泥的矿物组成对外加剂的影响程度 依次为：C3A>C4AF>C3S>C2S。C3A水化反应快，早期强 度提高 快，需水量大。若 C3A含量过高(C3A含量 > 8%)，C3A吸附外加剂 的量大，外加剂的作用损失大。
（3）水泥熟料中调凝石膏品种的影响
水泥生产中需要加入石膏来调节水泥的凝结时间。调凝石膏对外加剂 的影响程度依次为 ：无水石膏>半水石膏 >二水石膏。
表1中编号1的水泥掺入超塑化剂后，超塑化剂与天然无水石膏相互作用， 减少了SO42-离子的溶出量，因而造成水泥浆体流动性的损失；对于编号2的水 泥，无论掺加或不掺加超塑化剂，半水石膏和二水石膏均有控制C3A水化的足 够的SO42-离子；对于编号3的水泥，由于高含量半水石膏的水化导致假凝，掺 入超塑化剂后，降低了半水石膏的水化率，从而改善了浆体的流动性。
混凝土外加剂与水泥的相容性 及其对砼性能的影响
主讲人：杨耀辉
混凝土
外加剂与水泥 的相容性
相容性 (compatibility) 是指共混物各组分彼 此相互容纳，形成宏观 均匀材料的能力。
外加剂对混凝 土性能的影响
工作性能 力学性能 其他性能
一、外加剂与水泥的相容性
影响 因素
相容性 不良的 影响
图3是采用嘉新水泥公司生产的水泥熟料与二水石膏配料进行粉磨后的 试验结果。
图 3 水泥比表面积对减水剂塑化效果的影响
（5）水泥的碱含量
（6）混合材与外加剂的适应性
目前，我国80%以上的水泥在粉磨时掺加了一定量的混合材， 如火山灰、粉煤灰、矿渣粉、煤矸石和石灰石等。由于混合材的品 种、性质和掺量等的不同，外加剂的作用效果存在着较大差异 。
凝结硬化前：
起填析、润滑、包裹的作用
凝结硬化后：
起胶结作用
砂子
水泥浆
石子
Hale Waihona Puke Baidu
图1 外加剂与水泥相容性良好
2.相容性试验方法步骤
（1）
将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃 板、截锥形圆 模、搅拌机及搅拌锅均匀擦拭，使其表 面湿润且不带水 滴；将截锥圆模放在玻璃板中央，并用湿布覆盖待用。
（2）
称取水泥600g，倒入搅拌锅内，加入一定 掺量的外加剂 （在推荐掺量范围内）与210g的水，搅拌 4min。
表2 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求
项目
技术要求
I级
II级
III级
F类粉煤灰
细度(45μm方孔筛筛余)≤(%)
C类粉煤灰
12.0
25.0
45.0
需水量比≤(%)
表1 不同形态石膏对水泥流变性能的影响
（4）水泥细度和颗粒级配的影响
a) 水泥过细需水量大，会增加外加剂吸附量，外加剂的损失量会增大； b) 过细研磨时水泥的温度高，会使更多的水合石膏分解成无水石膏，无水石膏
含量的提高，使水泥与外加剂的适应性变差； c) 若水泥的颗粒级配不好，水泥净浆的泌水率大，水泥与外加剂适应性较差。
（3） （4）
将拌制好的净浆迅速注入截锥形模内，并用刮刀刮平，将 截锥形圆模沿垂直方向提起，同时开启秒表计时至30 s， 取流动部分两个相互垂直方向的最大直径，计算其平均值 作为净浆的流动度。
保留锅内余下的净浆，30 min与60 min时，分别测定对应 的流动度。
（5） （6）
按不同的外加剂掺量，重复以上的试验步骤，记录相应的 数据。
相容性
测试 方法
1.相容性不良 的影响
初始流动性差、流动度经时损失 快以及浆体 稳定性差，施工时不 易振实，容易造成“蜂窝”等缺 陷，影响混凝土的密实度
混凝土均质性差在初凝前易出现粗 骨料下 降、浆体上浮的分层现象； 导致混凝土后期强度下降，并且在 受外界环境影响和自身浆体水化影 响时不同部 分体积变化不同，加剧 了混凝土结构的开裂
•减水剂对矿渣作为混合材的水泥的塑化效果优于纯硅酸盐水泥，而 对火山灰、煤矸石作为混合材的水泥的塑化效果较差。外加剂对掺 不同混合材水泥的掺量有较大差异。 •若粉煤灰过细，也需要多一些的外加剂来分散粉煤灰颗粒。粉煤灰 的烧失量越大（即含碳量越大），则需水量越大，对外加剂的影响 也越大；碳粒粗大、多孔容易吸水，吸附外加剂的能力强，将使外 加剂的掺量增加，特别是对引气剂的影响大。
原因：C3A和C4AF在水化初期其动电电位（Zeta电位）呈正值，因
而 较 强 、 较 多 地 吸 附 外 加 剂 分 子 （ 阴 离 子 表 面 活 性 剂 ） ， 而 C3S 和 C2S在水化初期其动电电位呈负值，因而吸附外加剂的能力较弱。水泥 中C3A和C4AF的比例越大，则外加剂的分散效果越差 。
3.影响外加剂与水泥适应性的主要因素
•外加剂自身的因素
•水泥的矿物组成对 外加剂的影响
•水泥熟料中调凝石 膏品种的影响
•水泥细度和颗粒级 配的影响
主要 因素
•水泥的碱含量
•混合材与外加剂的 适应性
•气温、风力对外加 剂的影响
•骨料的影响
（1）外加剂自身的因素
外加剂（减水剂）的品种不同、分子结构的不 同、聚合度的不同、 复配组分的不同等，均会影响其与水泥的适应性。
水泥的无机矿物颗粒由于范德化力、不同电荷的静电互相作用、水泥 颗粒的表面化学作用，导致粒子形成聚集结构，束缚一部分水，不能 用于滑润水泥粒子，也不能立即用于水化。加入高效减水剂等外加剂 后，由于吸附作用和电荷斥力，使水泥粒子分散，絮凝结构解体，释 放束缚水并阻止粒子的表面相互作用，使水泥浆体的流动增大，其增 加的大小与其技术性能及掺量有关。
保水性差，造成混凝土离析、泌水
四种组成材料在混凝土中所起的作用： 砂、石： 骨架作用；抑制混凝土的收缩。 水泥＋水→水泥浆：
水泥浆在硬化前起润滑作用，赋予拌合物一 定的和易性，硬化后将骨料胶结成一个坚实 的整体。
水泥浆包裹在砂粒的表面并填充砂粒间的空 隙而形成水泥砂浆，水泥砂浆又包裹石子表 面并填充石子间的空隙，形成混凝土。
图2 混凝土用各种外加剂
（2）水泥的矿物组成对外加剂的影响
水泥的矿物组成主要有硅酸三钙(C3S) 、硅酸二钙(C2S ) 、铝酸三 钙(C3A) 、铁铝酸四钙(C4AF) 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，水泥的矿物组成对外加剂的影响程度 依次为：C3A>C4AF>C3S>C2S。C3A水化反应快，早期强 度提高 快，需水量大。若 C3A含量过高(C3A含量 > 8%)，C3A吸附外加剂 的量大，外加剂的作用损失大。
（3）水泥熟料中调凝石膏品种的影响
水泥生产中需要加入石膏来调节水泥的凝结时间。调凝石膏对外加剂 的影响程度依次为 ：无水石膏>半水石膏 >二水石膏。
表1中编号1的水泥掺入超塑化剂后，超塑化剂与天然无水石膏相互作用， 减少了SO42-离子的溶出量，因而造成水泥浆体流动性的损失；对于编号2的水 泥，无论掺加或不掺加超塑化剂，半水石膏和二水石膏均有控制C3A水化的足 够的SO42-离子；对于编号3的水泥，由于高含量半水石膏的水化导致假凝，掺 入超塑化剂后，降低了半水石膏的水化率，从而改善了浆体的流动性。
混凝土外加剂与水泥的相容性 及其对砼性能的影响
主讲人：杨耀辉
混凝土
外加剂与水泥 的相容性
相容性 (compatibility) 是指共混物各组分彼 此相互容纳，形成宏观 均匀材料的能力。
外加剂对混凝 土性能的影响
工作性能 力学性能 其他性能
一、外加剂与水泥的相容性
影响 因素
相容性 不良的 影响
图3是采用嘉新水泥公司生产的水泥熟料与二水石膏配料进行粉磨后的 试验结果。
图 3 水泥比表面积对减水剂塑化效果的影响
（5）水泥的碱含量
（6）混合材与外加剂的适应性
目前，我国80%以上的水泥在粉磨时掺加了一定量的混合材， 如火山灰、粉煤灰、矿渣粉、煤矸石和石灰石等。由于混合材的品 种、性质和掺量等的不同，外加剂的作用效果存在着较大差异 。
凝结硬化前：
起填析、润滑、包裹的作用
凝结硬化后：
起胶结作用
砂子
水泥浆
石子
Hale Waihona Puke Baidu
图1 外加剂与水泥相容性良好
2.相容性试验方法步骤
（1）
将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃 板、截锥形圆 模、搅拌机及搅拌锅均匀擦拭，使其表 面湿润且不带水 滴；将截锥圆模放在玻璃板中央，并用湿布覆盖待用。
（2）
称取水泥600g，倒入搅拌锅内，加入一定 掺量的外加剂 （在推荐掺量范围内）与210g的水，搅拌 4min。
表2 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求
项目
技术要求
I级
II级
III级
F类粉煤灰
细度(45μm方孔筛筛余)≤(%)
C类粉煤灰
12.0
25.0
45.0
需水量比≤(%)
表1 不同形态石膏对水泥流变性能的影响
（4）水泥细度和颗粒级配的影响
a) 水泥过细需水量大，会增加外加剂吸附量，外加剂的损失量会增大； b) 过细研磨时水泥的温度高，会使更多的水合石膏分解成无水石膏，无水石膏
含量的提高，使水泥与外加剂的适应性变差； c) 若水泥的颗粒级配不好，水泥净浆的泌水率大，水泥与外加剂适应性较差。
（3） （4）
将拌制好的净浆迅速注入截锥形模内，并用刮刀刮平，将 截锥形圆模沿垂直方向提起，同时开启秒表计时至30 s， 取流动部分两个相互垂直方向的最大直径，计算其平均值 作为净浆的流动度。
保留锅内余下的净浆，30 min与60 min时，分别测定对应 的流动度。
（5） （6）
按不同的外加剂掺量，重复以上的试验步骤，记录相应的 数据。
相容性
测试 方法
1.相容性不良 的影响
初始流动性差、流动度经时损失 快以及浆体 稳定性差，施工时不 易振实，容易造成“蜂窝”等缺 陷，影响混凝土的密实度
混凝土均质性差在初凝前易出现粗 骨料下 降、浆体上浮的分层现象； 导致混凝土后期强度下降，并且在 受外界环境影响和自身浆体水化影 响时不同部 分体积变化不同，加剧 了混凝土结构的开裂
•减水剂对矿渣作为混合材的水泥的塑化效果优于纯硅酸盐水泥，而 对火山灰、煤矸石作为混合材的水泥的塑化效果较差。外加剂对掺 不同混合材水泥的掺量有较大差异。 •若粉煤灰过细，也需要多一些的外加剂来分散粉煤灰颗粒。粉煤灰 的烧失量越大（即含碳量越大），则需水量越大，对外加剂的影响 也越大；碳粒粗大、多孔容易吸水，吸附外加剂的能力强，将使外 加剂的掺量增加，特别是对引气剂的影响大。
原因：C3A和C4AF在水化初期其动电电位（Zeta电位）呈正值，因
而 较 强 、 较 多 地 吸 附 外 加 剂 分 子 （ 阴 离 子 表 面 活 性 剂 ） ， 而 C3S 和 C2S在水化初期其动电电位呈负值，因而吸附外加剂的能力较弱。水泥 中C3A和C4AF的比例越大，则外加剂的分散效果越差 。