摘 要：混凝土與外加劑的相容性問題是伴隨現代混凝土技術出現的，而水泥產品標準中此項性能沒有明確的規定。水泥生產企業多不了解相容性的概念意義及沒有相應的檢測手段，更是不了解控制和改善水泥與外加劑相容性的技術措施。目前，水泥與外加劑相容性差及不穩定的現象十分普遍，造成混凝土拌合物施工性能的大幅度波動。

一般的，混凝土外加劑適應性較差的表現如下：

1） 新拌混凝土在攪拌過程中出現異常凝結（速凝、假凝）；

2） 新拌混凝土塌落度損失較快；

3） 混凝土泌水、離析、分層現象嚴重；

4） 新拌混凝土塌落度提不上來，看似混凝土外加劑減水效果差；

5） 硬化混凝土強度明顯下降；

6） 混凝土出現收縮加大、抗滲、耐久性下降等現象；

7） 大體積混凝土中緩凝效果不明顯、出現溫差裂縫。

然而，當水泥與外加劑適應性相匹配時，外加劑則能提高新拌混凝土的工作性能，改善施工環境，提高硬化混凝土的力學性能和耐久性，同時可以節約水泥，降低成本，加快施工速度。這是由于相容性好的水泥在配置混凝土時可以用較少的外加劑或較少的水泥獲得較好的混凝土流動性能；可以用較低的成本獲得優質的混凝土，并且可以明顯控制混凝土早期開裂的現象。因此，研究水泥與外加劑的適應性已成為當前混凝土研究的重要問題。

本文通過對外加劑與水泥的適應效果的解析論述，指出影響混凝土外加劑與水泥適應性的主要因素，對其不相適應的原因和機理進行研究和分析，并提出了改善外加劑與水泥適應性的一些措施。

關鍵詞： 外加劑  水泥  適應性  影響因素

說到水泥（或混凝土）與外加劑的適應性，首先就要了解外加劑的概念。外加劑是指在拌制混凝土過程中摻入用以改善混凝土性能的物質，摻量一般不大于水泥質量的5％。工程中常用的外加劑，如泵送劑、減水劑、緩凝劑、引氣劑等。泵送劑：指能改善混凝土拌合物流動性能的外加劑；所謂泵送性能，就是混凝土拌合物具有能順利通過輸送管道、不阻塞、不離析、粘塑性良好的性能；泵送劑由減水劑、緩凝劑、引氣劑等復合而成；泵送劑的性能：具有高流化、粘聚、潤滑、緩凝之功效，適合制作高強或流態型的混凝土。

外加劑均為表面活性劑，生產企業所關注的是外加劑的分散作用，盡可能降低立方混凝土用水量，保持混凝土的流動性和穩定性，達到高強度的目的。水泥與水接觸即發生水化反應，機械攪拌過程使水泥分散成碎片，但這樣的分散體系是不穩定的，特別是經過粉磨的小粒徑的粒子更容易絮凝，一部分游離水被包裹在絮凝水泥粒子團中間，水泥的持水量與水泥的物理、化學性質、水泥的礦物質組成及水泥的分散度有一定關系，不同廠家的水泥持水量在一定范圍內變化，持水量決定混凝土用水量，這就構成了各廠家水泥的使用特點。外加劑的分散作用能夠提高水泥凝聚體的分散度，改變結合水、吸附水和游離水的比例，提高游離水，以提高水泥漿的流動性和穩定性。

其作用機理有：在固——液界面產生吸附，使水泥分散體的熱力學不穩定性降低，獲得相對穩定。增大水泥粒子表面的動電電位，從而增大粒子之間的靜電排斥，破壞了水泥粒子的絮凝結構。吸附在粒子表面的外加劑形成熔劑化膜，阻止凝聚結構的形成。由于在水泥粒子表面形成吸附層，產生對水泥初期水化的抑制作用，提高了游離水和水泥漿的流動性，引入穩定均勻的微小氣泡，減少水泥粒子之間的摩擦，以提高水泥漿的分散性和穩定性。

水泥分散體系是固——液分散體系，同時伴隨著水泥水化過程和相變過程，隨著水化的進行，液體量減少，固體量增大，逐漸失去流動性，在運輸及泵送過程中保持一定的流動性，滿足施工要求。水泥的持水量和水化速度是決定用水量及經時損失的主要因素，同時構成了各廠家水泥的特點，有些適應性好，有的較差。水泥用水量可在水泥生產中適當加入一些表面活性劑，即助磨劑，加以解決。

在相同的配合比下，同摻量同品種的外加劑，往往由于所用水泥品種不一樣，其應用效果差異極大，同樣的外加劑在一種水泥中應用效果好，而在另一種水泥中的應用效果不佳，或者根本就沒有效果，甚至會出現工程事故。這就是外加劑與水泥的適應性。

外加劑與水泥的適應性在預拌混凝土中，要求配置的混凝土能夠滿足設計的齡期強度，有一定的工作性，較好的耐久性和其他特殊的功能要求。

其適應性的表現如下：

適應性較好的表現：新拌混凝土工作性能明顯改善；根據需要能有效控制混凝土的凝結時間；在一定時間內，能有效的控制混凝土塌落度經時損失；混凝土密實性好，齡期強度有較大增長 ；混凝土抗滲、抗凍、抗碳化等耐久性能有較大的提高。

適應性較差的表現：新拌混凝土的攪拌過程中出現異常的凝結（速凝、假凝）；新拌混凝土塌落度損失快；混凝土泌水、離析、分層現象嚴重；新拌混凝土塌落度提不上來，看似混凝土外加劑減水效果差；混凝土硬化強度明顯下降；出現混凝土收縮加大、抗滲、耐久性下降等現象；大體積混凝土中緩凝效果不明顯，出現溫差裂縫。

因此，要正確認識混凝土外加劑與水泥適應性這一現實問題。在應用某一品種混凝土外加劑之前，一定要做混凝土外加劑與水泥適應性實驗，并且按照《混凝土外加劑應用技術規范》正確選擇和應用混凝土外加劑。

水泥中影響水泥與外加劑適應性的主要是水泥中的鋁酸三鈣（）的含量。其影響主要是由于水泥熟料中三氧化二鋁（）的含量高，致使礦物組成中鋁酸三鈣（）的含量增加，從而影響混凝土和易性。經過實驗，水泥中鋁酸三鈣（）的含量在6%以下水泥與外加劑的適應性較好，反之，水泥中鋁酸三鈣（）的含量越高適應性就越差。

由于水泥在粉磨過程中要加入一定量的石膏作為緩凝劑。因此，石膏的種類也就成為影響水泥與外加劑適應性的一個重要因素。石膏按其結晶水的含量分為二水石膏（·）(又稱生石膏)、半水石膏（·）(又稱熟石膏或燒石膏)、硬石膏（）(又稱無水石膏)。石膏的不同形態以及各種工業副產石膏的使用，使得外加劑的使用更需要謹慎。如減水劑，如果使用不當，就有可能變成了速凝劑。此外，石膏自身的細度不夠，使石膏溶解度不夠，產生速凝；石膏的用量不夠，不能有效控制鋁酸三鈣（）的水化反應，還有石膏自身形態對水泥與外加劑適應性的影響。一般的，在混凝土中二水石膏（·）緩凝效果優于硬石膏（）。這是由于石膏與熟料的粉磨溫度通常較高，從而使二水石膏脫水或半水石膏再脫水成硬石膏。另外，有些水泥生產企業為了節省成本，往往采用硬石膏或工業副產石膏（無水石膏）替代二水石膏作為水泥的緩凝劑。但不論采用何種石膏生產的水泥，按照有關水泥標準進行產品檢驗時，一般區別不大，但在摻入減水劑情況下，有時卻表現出大相徑庭的塑化效果，尤其是以無水石膏作為緩凝劑的水泥碰到木鈣（木鈉）、糖鈣組分時，則會產生嚴重的不相適應性。這樣，不僅得不到預期的減水效果，而且往往會引起流動性損失過快甚至異常凝結。

然而為什么硬石膏作為緩凝劑的水泥碰到木鈣（木鈉）、糖鈣時會產生前述異常現象呢？這是由于石膏的結晶形態不同，其對木鈣（木鈉）或糖鈣的吸附能力也不相同，順序為二水石膏﹥半水石膏﹥硬石膏。當采用硬石膏作為緩凝劑的水泥摻入木鈣（木鈉）或糖鈣與水一起拌合時，無水石膏表面立即吸附大量的木鈣或糖鈣分子，并被吸附膜層嚴密的包圍起來，無法為水泥漿體系提供必要的離子，因而造成大量水化，形成相當數量的水化鋁酸鈣結晶體并相互連接，這一結果輕者導致混凝土塌落度損失過快，而嚴重者將導致混凝土異常速凝。

不同石膏在不同減水劑中的溶解量見下表1

    外加劑對不同石膏類型水泥凝結時間的影響              表1

(注：水泥中＝6.94%   二水石膏摻入量4%    硬石膏摻入量5%)

綜上所述，調整石膏的種類也會顯著改善水泥與外加劑的適應性。其種類與適應性的好差的順序為二水石膏﹥半水石膏﹥硬石膏。

許多混凝土工程為了縮短工期，要求所用的水泥要有一定的早強效果，而提高水泥的細度是最為有效的方法，水泥過細水化速度快，水化熱高，同時水泥表面積的增加，更加降低可液相中殘留外加劑的溶度，增加了液體的粘度，從而不能適應泵送預拌混凝土的要求。另外，過細的水泥還會降低混凝土中的含氣量，降低混凝土的抗滲、抗凍性能。

高效減水劑與不同細度水泥的適應性不同,水泥細度增加,外加劑摻入量需提高,見下表：

高效減水劑與不同細度水泥的適應性                     表2

因此，水泥過細，水化速度快，需水量大，保水性好，但其塌落度損失快，而且水泥過細，混凝土收縮大，含氣量下降，降低了混凝土的抗滲、抗凍、耐久性。

眾所周知，商品混凝土離不開外加劑和礦物摻和料，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和應用提供了必要的技術保障。根據國外及我國發達城市商品混凝土的發展經驗，首先要解決好外加劑和礦物摻合料的配套供應和應用技術問題，否則，混凝土商品化的進程必將受到影響。

目前我國80%以上的水泥在粉磨時都摻入了一定量的混合料，如火山灰、粉煤灰、礦渣粉、煤矸石、石灰石和窯灰等。由于混合料的品種、性質和摻入量等不同，減水劑的作用效果存在較大差異。

混合料的種類、摻入量等對減水劑的適應性也有影響。由于火山灰質混合料具有較大的內比表面積,吸附量大,一般來說,減水劑對摻入礦渣混合料水泥的適應性好,而對摻入粉煤灰質混合料的適應性差。對于摻入粉煤灰混合料的水泥,不同品種的粉煤灰,對適應性影響差別較大,優質細粉煤灰,超細粉煤灰中含有球狀玻璃體,對減水劑的吸附量小,適應性好。對粗粉煤灰、含碳量高的適應性差。

現今，水泥中的摻合料一般分為石灰石、礦渣、原狀二級粉煤灰、細磨二級粉煤灰和煤干石等。由于水泥顆粒屬連續級配顆粒緊密堆積體,加入兩種或兩種以上適宜混合料可加強填充效應。混合料無論是單摻還是復摻,混合料本身的質量要穩定,摻入量要均勻,這樣,不僅水泥的強度指標穩定,而且為混凝土制備過程中外加劑的摻入創造了條件，特別指出,用作混合料的粉煤灰,最好選用一級灰。對于單摻來說，摻入石灰石要比摻入礦渣適應性好；摻入礦渣要比摻入原狀二級粉煤灰適應性好；摻入原狀二級粉煤灰要比摻入細磨二級粉煤灰適應性好；摻入細磨二級粉煤灰要比摻入煤干石適應性好。

水泥的堿含量主要指水泥中和的含量，通常以＋0.658表示，堿含量對水泥與減水劑的適應性會產生很大影響。

水泥中堿含量對外加劑適應性的影響：

(1)水泥中的堿主要來源于所用原材料，特別是石灰和粘土，當然這些堿相當一部分可以在水泥生產中揮發，但許多水泥企業為了節約能源，將揮發廢氣進行回收利用，這就使揮發的堿又沉淀下來，無形中使水泥含堿量增高。

(2)減水劑用于高堿水泥，減水率會急劇下降。試驗表明，減水劑用于高堿水泥，混凝土增強效果下降，體積穩定性不好。

(3)緩凝劑的作用機理是能夠吸附在水泥顆粒的表面，形成一層吸附膜，在一定時間內有效地阻止水泥水化，而大量的堿會破壞吸附膜，使水泥繼續水化，失去了緩凝作用，如將緩凝劑用于有一定保塑要求的混凝土，則會加速坍落度損失，達不到保塑保坍效果。

堿含量還對水泥的流動度有影響，隨著堿含量的增加，水泥的流動度呈下降趨勢。見下表3：

堿含量對水泥流動度的影響                   表3

綜上所述，水泥中堿含量越高，水泥的需水量就越大，凝結時間就越快，其與外加劑適應性就越差，反之適應性就越好。

相對于存放一定時間的水泥來說，減水劑對新鮮水泥的塑化效果要差一些。這是因為新鮮水泥的正電性較強，對減水劑的吸附能力較大。水泥的溫度越高，減水劑對其塑化效果也越差，混凝土坍落度損失也較快。因此，有些商品混凝土生產企業利用剛出磨還未來得及散失掉熱量的水泥配制的混凝土往往表現出減水率低、坍落度損失過快，甚至在攪拌機內就異常凝結的現象，應引起高度重視并避免這種現象。

對于同一品牌、同一等級的水泥,由于生產過程中原材料的變化、生料配合比的調整、工藝條件的改變等,都會導致水泥內在成分及性能指標的變化。因此,即使同品種、同品牌、同等級的水泥在不同時期,對外加劑的適應性也未必一樣。

綜上所述，水泥越新鮮（存放時間越短），溫度越高，其水化熱反應越快，對減水劑的吸附越多，適應性就越差，反之適應性就越好。

目前，外加劑摻和的方法有三種。

第一種：將水泥倒入水中，然后再加入外加劑。這種方法其流動度最小。

第二種：將水與外加劑混合，然后再加入水泥。這種方法其流動度中等。

第三種：將水泥加一半水，攪拌約30秒，然后再加入外加劑與另一半水。這種方法其流動度最大。

經過實驗，采用后摻或滯水法或少量多次摻入的工藝。這種方法的效果較好。這就需要改變混凝土輸送車的某些裝置。若在攪拌運輸車上安裝配套的后摻或多次參加混凝土外加劑的儀器裝置，那么混凝土外加劑與水泥適應性便可大大改善，而且這種運輸車的技術優勢便能較好地發揮出來，肯定會受到市場的青睞。

可見改善外加劑的摻合工藝可顯著改善其與水泥的適應性。其改善措施如下：

（1）    改變外加劑的摻入時間，即采用后摻法或滯水法，這種方法效果比較明顯；

（2）適當增加外加劑的摻量，增加混凝土中外加劑殘留率也有比較明顯的效果；

（3）摻入部分活性摻合料。試驗證明具有一定活性的水硬性材料或自硬性材料，在滿足一定的技術要求條件下與外加劑同摻，不但節約水泥，改善混凝土工作性，提高混凝土強度，還能改善外加劑對水泥的適應性；

（4）正確設計調整混凝土配合比，在不影響工作性的前提下，保證石膏有一定的溶解度；

（5）有效控制液相中Ca²⁺、OH^－、SO^2-₄ 離子的平衡；

（6）采用多種復合外加劑。

多品種外加劑的復合使用，不只是外加劑性能上的取長補短，更重要的是不同分子結構的外加劑同摻，由于分子間的相互作用，應用技術效果有較為明顯的提高。將普通減水劑與高效減水劑同摻，在總摻量不變的情況下，減水率增加了15%～20%。在減少15%總用量情況下，減水增強性能不變，不但降低了成本，混凝土部分性能比單一摻用還有所提高，對水泥適應性也有所改善。

燒失量也決定著水泥與外加劑適應性的好壞。燒失量越大，則水泥與外加劑的適應性越差。反之，適應性就越好。

水泥中的顆粒級配從2～80微米不等，如果水泥中的顆粒從0～5微米級配太多時（大于55%左右），水泥與外加劑的適應性就較差。這主要表現為水泥需水量過大，容易產生早凝，無法達到泵送要求。而水泥顆粒從5～32微米級配較多時，水泥與外加劑適應性就較好。根據規范，要求水泥顆粒級配必須符合ST（富勒）級配。

混凝土攪拌時間會影響混凝土的含氣量及混凝土外加劑對混凝土的分散效果、凝結時間，從而影響混凝土的工作和硬化混凝土的力學性和耐久性。

攪拌機攪拌速度過快，會破壞水泥漿中的膠體結構和破壞水泥顆粒表面形成雙電層膜，使混凝土凝結時間坍落度損失、泌水量都受到較大影響。

根據摻入外加劑的水泥水化理論，凡是有利于水泥水化更完全、更徹底的外加劑特別是減水劑，均會一定程度的增大干縮。這是由于水化更充分的水泥石中會生成更多的水化硅酸鈣凝膠，在其貢獻更高更強的同時，也產生了更大的干縮。外加劑在化學適應的前提下，其產品的減水率并不代表實際減水率，這里還有劑量適應性問題。規范所述的減水率是用基準水泥并按基準配合比的檢測結果，與實際工程所使用的水泥與減水劑測得的減水率有差別。在溫度、配合比不變的條件下減水劑存在最優(飽和)摻量，緩凝劑對混凝土初凝時間的影響存在最優摻量： 即摻入少量的緩凝劑能延長混凝土的初凝時間。當摻量增加到一定值時，混凝土的初凝時間達到極值。若再增加摻量，其緩凝效果反而降低。這與實際工程所使用的水泥和緩凝劑測得的初凝時間最優摻量也有差別。

在使用緩凝劑時，通過試驗找出緩凝劑的最優摻量，再根據施工要求的初凝時間，在最優摻量的范圍內采用與之對應的合理摻量，以求達到既經濟又能滿足工程施工要求的目的。如果實際減水率遠小于產品減水率的外加劑，證明該減水劑劑量與工程使用的水泥適應性不佳，一般應更換外加劑或水泥。

一般情況下，檢驗水泥∕混凝土與外加劑適應性的試驗方法以水泥凈漿流動度試驗和混凝土塌落度與塌落度擴展度試驗為主。在此，以水泥凈漿流動度試驗為例簡單說明檢測水泥與外加劑適應性的方法。

2.1.1 方法提要：在水泥凈漿攪拌機中，加入一定量的水泥、外加劑進行攪拌，將攪拌好的凈漿放入截錐圓模內，提起截錐圓模，測定水泥凈漿在玻璃板平面上自由流淌的最大直徑。

2.1.2 儀器：水泥凈漿攪拌機、截錐圓模：上口直徑36mm，下口直徑60mm，高60mm，內壁光滑無接縫的金屬容器、玻璃板：400×400×5mm、秒表、鋼直尺刮刀、天平，稱量0.1g、0.01g。

2.2.1 將玻璃板放在水平位置上，用濕布摩擦玻璃板、截錐圓模，攪拌器和攪拌鍋，使其表面濕而不帶水，將截錐圓模放在玻璃板的中央，并用濕布覆蓋以備待用。

2.2.2 稱取水泥300g，倒入攪拌鍋中，加入推薦摻量的外加劑及87g或105g的水，攪拌3分鐘。

2.2.3 將攪拌好的凈漿迅速注入截錐圓模內，用刮刀刮平，將截錐圓模按垂直的方向提起，同時開啟秒表計時，任水泥凈漿在玻璃板上流動，至30秒，用直尺量取流動部分互相垂直的兩個方向的最大直徑，取平均值作為水泥凈漿流動度。結果表示應注明注水量，所用的水泥型號，出廠和外加劑的摻量。

隨著社會經濟的不斷發展，工程技術的不斷提高，施工成本擺上了重要目標值。在混凝土中加入適量的外加劑，能提高混凝土質量，改善混凝土性能，減少混凝土用水量，節約水泥，降低成本，加快施工進度，這給我們的施工帶來明顯的經濟效益。但是，外加劑與水泥的適應性問題卻沒有引起足夠的重視，給工程帶來隱患，甚至造成了嚴重的質量和安全事故。

如何在提高經濟效益的同時， 確保質量和安全，是值得我們深入探討和研究的課題。下面簡要列舉施工中使用外加劑應注意的幾個問題：相對于其他原材料而言，外加劑摻量雖然較少，但對混凝土質量至關重要。因此，在工程應用前，應按照質量標準、工程需要、施工條件和施工工藝等選擇合適的外加劑。再根據現有的標準，在使用前對外加劑要作勻質性試驗。此外，在原材料中，水泥對外加劑的影響最大，還應注意水泥品種的選擇。水泥品種不同，將影響外加劑的使用效果，外加劑與水泥選擇好后，外加劑摻量與水泥適應性必須經試驗論證，確定之后，應嚴格控制。一般的，外加劑的復配技術是外加劑對水泥相適應的主要技術手段，復配技術中，兩種和兩種以上的外加劑相復配，取長補短，比單一的外加劑效果要好，且用量省。對水泥漿體的試驗，可以對水泥和外加劑之間的適應性進行初步的分析，但不能保證用同樣水泥和外加劑制備的混凝土流變性完美無缺。水泥漿體所得結果的有效性以后必須對混凝土進行試驗驗證。外加劑摻量確定之后進行混凝土試配，檢驗摻入外加劑混凝土的性能。同時，在施工中注意，在混凝土攪拌過程中，外加劑的摻入方法對外加劑的使用效果影響較大，因此，還應通過試拌確定采用適宜的摻入方法。攪拌過程中要嚴格控制外加劑和水的用量，選用合適的摻入方法和攪拌時間，保證外加劑充分起作用。在運輸過程中還應注意保持混凝土的勻質性，避免分層，摻入緩凝型減水劑要注意初凝時間延緩，摻入高效減水劑或復合劑要注意坍落度損失快等特點，做好充分的準備，以確保工程質量。

混凝土外加劑是一種特殊產品。在混凝土中通常用量很少，但作用明顯，因此產品質量特別重要不允許有任何質量差錯，否則一旦發生混凝土質量事故，后果不堪設想。外加劑與水泥適應性的問題應該引起高度的重視。由于質量檢驗部門對外加劑的性能檢測都是依據國家有關標準用基準水泥進行的，往往完全符合有關標準的水泥和外加劑。當在共同作為混凝土的原材料，配制生產混凝土拌和合料時就出現了不相適應的現象。工程中混凝土外加劑的使用，應通過試驗找出適宜摻量范圍，切勿盲目用超摻的方法來滿足工程對外加劑的要求，以免造成損失，或者影響混凝土性能，從而造成質量和安全事故。

不同水泥生產企業,由于各自裝備、工藝條件、技術水平及適應新標準技改措施的不同,即使是同品種、同等級的水泥,其特性也不一樣,甚至差異懸殊,因此水泥與外加劑相容性區別很大。外加劑使用企業,應根據水泥的變化進行必要的試驗研究工作,并在試驗基礎上,再投入使用。水泥生產企業也應站在更高的角度上,在保證出廠水泥各項指標滿足國標的前提下,確保各項指標的穩定,使水泥更好地適應外加劑變化的腳步,為我國的建筑事業作出更大的貢獻。