我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展帶動了建筑業(yè)的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，同時對建筑材料的要求也越來越高，這其中包括水泥混凝土。建筑產(chǎn)品設(shè)計要求和施工質(zhì)量的提高，不僅要求混凝土高強、早期強度高、密實性高、流動度大、水化熱低、耐久性好且質(zhì)輕，同時還要求水泥混凝土生產(chǎn)成本低、容易成型且易于養(yǎng)護(hù)，這些要求促成了混凝土外加劑的普遍應(yīng)用和迅速發(fā)展。作為現(xiàn)代混凝土制備和生產(chǎn)施工技術(shù)中不可缺少的第五部分，混凝土外加劑是保證混凝土實現(xiàn)高性能的重要措施和方法之一。水泥作為混凝土的重要組成部分，它和外加劑的適應(yīng)性影響著混凝土的整體性能，而兩者的適應(yīng)性問題涉及到水泥化學(xué)、表面物理學(xué)、高分子材料學(xué)和電化學(xué)方面的知識，是一門極其復(fù)雜的難題。
對于外加劑與水泥的適應(yīng)性，《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》給出如下定義：將經(jīng)檢驗符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的某種外加劑摻入按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥中，所配制的混凝土或砂漿若能夠產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就認(rèn)為該水泥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，則該水泥與這種外加劑不適應(yīng)。
水泥和外加劑不適應(yīng)性問題的產(chǎn)生主要和水泥的選用、膠凝材料的成分、水泥的細(xì)度、外加劑的品種、作用機理、制造工藝等有關(guān)，同時加料的方式和摻量以及環(huán)境溫度等也會對兩者的適應(yīng)性造成影響。若出現(xiàn)不適應(yīng)的問題，則可能導(dǎo)致外加劑使用效果欠佳、坍落度損失快、水泥緩凝或凝結(jié)速度太快，嚴(yán)重的甚至造成混凝土強度的降低等，因而對混凝土外加劑與水泥兩者的相互適應(yīng)性進(jìn)行研究十分必要。以下主要從兩者的相互影響進(jìn)行了簡要分析。
1、混凝土外加劑對水泥的影響
混凝土外加劑是指在混凝土的拌制過程中加入的、摻量不大于水泥質(zhì)量5%（不含特殊情況）的、用于改善混凝土某種性能的物質(zhì)，按其使用功能主要可分為4類：用于混凝土拌合物流變性能改善的外加劑，主要包括引氣劑、減水劑和泵送劑；用于改善混凝土硬化性能和調(diào)節(jié)凝結(jié)時間的外加劑，主要有緩凝劑、早強劑和速凝劑；用于增強混凝土耐久性的外加劑，主要有防水劑、阻銹劑和引氣劑等；用于混凝土其他性能改善的外加劑，包括膨脹劑、防水劑、防凍劑、加氣劑、著色劑等。
混凝土外加劑的使用對水泥石的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)起到了改善作用，同時還協(xié)調(diào)了水泥的強度發(fā)展、對其膠凝成分的水化進(jìn)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且能對水泥水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和組成起到有效地改善作用，因而其對水泥的影響不容忽視。
以下簡要介紹了幾種常見混凝土外加劑對水泥的影響。
1.1 減水劑的影響
作為表面活性劑的一種，減水劑吸附在礦物摻合料顆粒和水泥表面，改變了其空間位阻的特征和電學(xué)特征，進(jìn)而實現(xiàn)了對顆粒間相互作用的影響，達(dá)到塑化膠凝材料和分散顆粒的目的。
減水劑改變水泥等膠凝材料顆粒表面特性的方式主要有：①吸附在固體顆粒表面的減水劑可以使顆粒表面帶有與其數(shù)值相同的負(fù)電位，增加表面電位的絕對值，進(jìn)而促使靜電斥力的產(chǎn)生；②產(chǎn)生在減水劑吸附層的立體空間位阻效應(yīng)。上述兩種方式的作用，其一可以使固體顆粒更為分散，其二可以使水泥漿體中的絮凝結(jié)構(gòu)得到破壞，促進(jìn)絮凝結(jié)構(gòu)包裹的水分得到釋放，增加混凝土拌合物中自由水的含量?；炷涟韬衔锪鲃有阅艿脑黾又饕揽考尤霚p水劑后上述兩種效應(yīng)的共同作用。因而在考慮兩者適應(yīng)性時，主要考慮減水劑的減水率、分散性、摻量等。
1.2 緩凝劑的影響
緩凝劑是一種通過推遲水泥的水化反應(yīng)從而將混凝土的凝結(jié)時間延長，在較長時間內(nèi)保持新拌混凝土的塑性，提高施工效率，便于澆筑，同時不會對混凝土的各項后期性能有不良影響的外加劑。緩凝劑可按其化學(xué)成分進(jìn)行分類，為有機緩凝劑和無機緩凝劑。
一般情況下，很多有機緩凝劑具有表面活性，它們吸附在膠凝材料、液體和顆粒的固-液界面上，使得固體顆粒的表面性質(zhì)變化；大量的水分子依靠分子中親水基團(tuán)得到吸附，因而形成了較厚的水膜層，改變了混凝土結(jié)構(gòu)的形成過程，使晶體從顆粒接觸變?yōu)橄嗷テ帘?；某些緩凝劑的分子中具有特殊官能團(tuán)，可以和游離的Ca結(jié)合生成難溶性的鈣鹽，這些鈣鹽在固體顆粒表面吸附從而使水泥的水化進(jìn)程得到抑制，實現(xiàn)緩凝。大多數(shù)無機緩凝劑通過與水泥生成復(fù)鹽如鈣礬石等并在水泥礦物顆粒表面形成沉淀，進(jìn)而抑制水化進(jìn)程。緩凝劑的作用機理十分復(fù)雜，一般情況下是上述多種機理綜合作用的結(jié)果。表1為三聚磷酸鈉對水泥凈漿凝結(jié)時間影響。
緩凝劑在使用時要注重品種的選擇和摻量的確定，如若選擇不當(dāng)或超量則可能導(dǎo)致混凝土早期強度急劇下降，還可能導(dǎo)致其中后期強度的降低。這主要是由于過度緩凝致使長時間內(nèi)混凝土沒有凝結(jié)硬化，造成了混凝土內(nèi)部水分散失過量，導(dǎo)致水泥水化程度低、水化產(chǎn)物過少，對混凝土強度的損失不可逆轉(zhuǎn)。因此，在進(jìn)行緩凝劑種類的選擇時要充分考慮混凝土原材料之間尤其是緩凝劑和水泥的匹配適應(yīng)狀況、施工工藝、施工季節(jié)等因素，并嚴(yán)格控制其摻量。
1.3 膨脹劑的影響
膨脹劑通過產(chǎn)生一定的限制膨脹從而補償混凝土的收縮，提高了混凝土的抗?jié)B防裂性能，同時在多向約束條件下保證其強度、密實度和耐久性均有所提高。即便如此，混凝土膨脹劑的應(yīng)用仍存在很多問題，主要是因為摻加膨脹劑后混凝土常不能產(chǎn)生預(yù)期的膨脹，中后期的混凝土結(jié)構(gòu)甚至出現(xiàn)變形和開裂的情況。此外，膨脹劑也對混凝土的耐久性和鋼筋抗銹蝕能力有所影響。
導(dǎo)致構(gòu)筑物裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，就材料而言，其主要原因為混凝土的收縮和徐變。研究表明，水泥拌和后所產(chǎn)生的化學(xué)收縮值大致為7～9ml/100g，當(dāng)混凝土中的水泥用量為380kg/m3，其化學(xué)減縮達(dá)26.6～34.21ml/m3，內(nèi)部形成了許多孔隙。在水泥的水化及硬化過程中，膨脹劑除了產(chǎn)生自身膨脹外還能與水泥混凝土中的其他成分反應(yīng)產(chǎn)生膨脹，從而使得水泥和混凝土的收縮得以補償。膨脹劑的膨脹機理因種類不同而有區(qū)別，其膨脹產(chǎn)生物也有差異。目前硫鋁酸鹽系膨脹劑應(yīng)用最為廣泛。
1.4 其他外加劑的影響
隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，外加劑的研究和應(yīng)用也隨之取得了較大的發(fā)展。引氣劑、早強劑、防凍劑等外加劑的研究和使用在一定程度提高水泥混凝土的性能，但其對水泥的影響也不容忽視。
引氣劑是指為改善混凝土拌合物的和易性在攪拌過程中引入大量均勻、穩(wěn)定、封閉的微小氣泡，并在水泥硬化后仍能留有微小氣泡以增強混凝土抗凍性和耐久性的外加劑。
防凍劑是指在一定負(fù)溫條件下，能顯著降低冰點并使混凝土液相不凍結(jié)或部分凍結(jié)，減少混凝土的凍害，從而解決冬季混凝土施工的一種外加劑。同時，防凍劑在負(fù)溫條件下能保證水與水泥能進(jìn)行水化，促進(jìn)砂漿和混凝土的強度增長，使其在一定時間內(nèi)獲得預(yù)期強度。
上述兩種外加劑都對水泥有影響。例如在新型防凍劑中，CaCl2對水泥混凝土的早強作用機理主要有以下兩種論點：一是水泥的水化受CaCl2的催化作用；二是CaCl2參與水泥水化反應(yīng)生成復(fù)合水化硅酸鈣（C3S·CaCl2·H2O），同時，在石膏存在下與水泥中C3A作用生成水化氯鋁酸鹽（C3A·CaCl2·10H2O和C3A·CaCl2·30H2O）。NaCl與水泥熟料的反應(yīng)能力不如CaCl2強，它殘留在液相中的數(shù)量較多，而混凝土中Na+的引入使堿性大大提高，不利于混凝土的穩(wěn)定性。
1.5 外加劑的選用
每種外加劑都有其發(fā)揮效用的領(lǐng)域，只有在其適應(yīng)的混凝土中外加劑的功效才能得以充分發(fā)揮。表2為一些外加劑的適用領(lǐng)域。
2、水泥對外加劑的影響
水泥和外加劑的適應(yīng)性是雙向的，對兩者適應(yīng)性造成影響的因素很多，主要包括有水泥的化學(xué)成分、礦物組成、水泥顆粒級配、水泥細(xì)度、水泥中的含堿量、石膏的種類水泥的陳放時間、水泥溫度、摻量等。
2.1 水泥的化學(xué)成分和礦物組成對外加劑的影響
水泥的強度及流動性的增長很大程度上受其化學(xué)成分和礦物組成對外加劑吸附能力的影響，水泥漿體吸附外加劑的量越少其流動度越大。通常情況下，水泥的礦物組成包括硅酸二鈣（C2S）、硅酸三鈣（C3S）、鋁酸三鈣（C3A）、鐵鋁酸四鈣（C4AF）等，水泥的原材料和生產(chǎn)工藝是其礦物組成主要決定因素。水泥的礦物組成對外加劑的影響程度依次為：C2S<C3S<C4AF<C3A。C4AF、C3A與水混合后能較多吸附外加劑的原因是ξ電位呈正值，而C2S、C3S混水后ξ電位為負(fù)值，導(dǎo)致外加劑的吸附量較少。
在水泥的礦物成分中，C3A水化反應(yīng)很快，需水量大，早期強度提高快。但如果C3A含量過高（>8%），則其吸附外加劑的量過大，導(dǎo)致外加劑的作用損失大，造成浪費。且C3A或其初期水化物對高效減水劑有優(yōu)先吸附功能，同時C3A的水化速度比C4AF快，因而導(dǎo)致C4AF的含量影響相容性的程度比C3A小很多。實行水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，生產(chǎn)廠商為提高水泥強度而增加C4AF與C3A的含量，但卻導(dǎo)致外加劑使用效果差的現(xiàn)象。因而為保證外加劑的良好適應(yīng)性、提高混凝土體積穩(wěn)定性、降低開裂趨勢就要嚴(yán)格控制水泥中C3A、C4AF的含量。
2.2 水泥調(diào)凝劑對外加劑的影響
在水泥生產(chǎn)中常添加的調(diào)凝劑有二水石膏、半水石膏、硬石膏、電石渣、檸檬酸渣、工業(yè)廢石膏等。這里主要介紹前三種石膏，其對外加劑的影響程度依次為：二水石膏<半水石膏<硬石膏。石膏的細(xì)度、形態(tài)、研磨溫度、用量等均對外加劑的適應(yīng)性有影響。三種石膏中硬石膏的溶解性能較差，一些外加劑如木鈣、糖鈣等與其同用后，非但不能加快石膏的溶解，反而會使硬石膏的溶解度降低，使水泥缺少調(diào)凝劑而產(chǎn)生嚴(yán)重的不相容，甚至出現(xiàn)假凝。在水泥生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制研磨溫度，因為研磨機內(nèi)溫度升高會使一部分二水石膏脫去結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨嗌踔翢o水石膏（硬石膏），造成不相容的異?，F(xiàn)象。此外，用硬石膏做調(diào)凝劑后，水泥需水量增大導(dǎo)致外加劑吸附量增大，造成外加劑的損失。
2.3 水泥細(xì)度和顆粒級配對外加劑的影響
為了降低成本、提高產(chǎn)量、增強市場競爭力，水泥生產(chǎn)廠家往往通過加強水泥的研磨細(xì)度來提高水泥的強度。但水泥研磨過細(xì)則需水量的增大，導(dǎo)致外加劑吸附量的增加，造成外加劑作用損失；同時，水泥的溫度隨著研磨時間升高，因而更多的水合石膏脫水生成無水石膏，導(dǎo)致外加劑與水泥的適應(yīng)性變差。
研究表明，高效減水劑的飽和摻量受水泥顆粒級配的影響不大，但在水泥比表面積相近的條件下，保持較大的減水劑摻量或較大的水膠比，水泥漿體的初始流動性將在很大程度上受水泥顆粒中微細(xì)部分顆粒（<3μm）的含量的影響，含量越大流動性越強；但是，水泥的漿體流動度損失也與微細(xì)顆粒含量的增大密切相關(guān)。在摻減水劑水泥漿體的溶液中，水泥漿體流動性的保持效果受減水劑的濃度決定，若要保持漿體的流動性效果，則需增加減水劑濃度。
2.4 水泥的堿含量對外加劑的影響
水泥所用原材料是其堿的主要來源，尤其是水泥中的黏土和石灰。堿含量過低（堿含量<0.5%）或過高（堿含量>0.8%）的水泥，均容易與外加劑產(chǎn)生不適應(yīng)。水泥的相容性受含堿量的影響很大，含堿量越低相容性越好。水泥的含堿量提高則會使其的早期水化速率加快，縮短混凝土的凝結(jié)時間，導(dǎo)致坍落度損失增大、塑性效果變差。此時為了改善外加劑與水泥的適應(yīng)性，可在水泥中加入可溶性的Na2SO4，或摻入礦粉、粉煤灰等能夠與水泥的水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生二次反應(yīng)的物質(zhì)，以降低混凝土的堿度。
2.5 水泥的陳放時間和水泥溫度對外加劑的影響
試驗表明，新鮮水泥在生產(chǎn)后12d內(nèi)吸附的外加劑量較大，大部分水泥15d后趨于正常。這是由于出磨時間短的水泥粉磨時產(chǎn)生電荷，因而水泥與外加劑的顆粒間凝聚和相互吸附能力強。此外，新鮮水泥顯出的正電性強，對呈負(fù)電性的陰離子型表面活性劑吸附能力強，因此表現(xiàn)出減水劑的減水率低，混凝土的坍落度損失快，與減水劑的適應(yīng)性差
同時，新鮮水泥干燥度高，表面溫度可高達(dá)80～90℃，早期水化時發(fā)熱大、速度快，造成需水量增大，對外加劑的吸附量也隨之增大。同等摻量時，流動度變小，必然會導(dǎo)致混凝土坍落度損失快、凝結(jié)時間短等不良現(xiàn)象的發(fā)生。
3、混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的改善措施
混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性問題相當(dāng)復(fù)雜，但兩者間適應(yīng)性的預(yù)防和處理又是當(dāng)代混凝土生產(chǎn)過程中不可避免的過程。增強外加劑和水泥的適應(yīng)性主要可以從以下幾個階段進(jìn)行。圖1為改善混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的主要措施。
在確定混凝土的配合比時，需要考慮的因素還有混凝土的凝結(jié)時間、較高的氣溫突然驟降等，以免造成混凝土強度降低或長時間等現(xiàn)象的發(fā)生。如果在確定配合比過程中出現(xiàn)水泥與外加劑不適應(yīng)的問題，混凝土廠家應(yīng)根據(jù)實際情況及時分析查找不適應(yīng)的原因，在試驗的基礎(chǔ)上調(diào)整混凝土配合比，最大可能地減少坍落度損失，提高混凝土的出廠坍落度。
總之，混凝土外加劑和水泥之間的適應(yīng)性是一個錯綜復(fù)雜的問題，若在施工現(xiàn)場遇到此類問題，首先應(yīng)該遵照一般規(guī)則將不適合的外加劑和水泥排除，然后在多次試驗的基礎(chǔ)上，縮小外加劑和水泥品種的選擇范圍，最后通過試拌混凝土來嘗試解決，若不能解決則應(yīng)將不適應(yīng)所造成的損害減到最低。
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