引言
我國經濟的迅速發展帶動了建築業的發展和相關技術的不斷進步，同時對建築材料的要求也越來越高，這其中包括水泥混凝土。建築產品設計要求和施工質量的提高，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、耐久性好且質輕，同時還要求水泥混凝土生產成本低、容易成型且易於養護，這些要求促成了混凝土外加劑的普遍應用和迅速發展。作為現代混凝土製備和生產施工技術中不可缺少的第五部分，混凝土外加劑是保證混凝土實現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，它和外加劑的適應性影響著混凝土的整體性能，而兩者的適應性問題涉及到水泥化學、表面物理學、高分子材料學和電化學方面的知識，是一門極其複雜的難題。
對於外加劑與水泥的適應性，《混凝土外加劑應用技術規範》給出如下定義：將經檢驗符合有關標準的某種外加劑摻入按規定可以使用該品種外加劑的水泥中，所配製的混凝土或砂漿若能夠產生應有的效果，就認為該水泥與這種外加劑是適應的；相反，如果不能產生應有的效果，則該水泥與這種外加劑不適應。
水泥和外加劑不適應性問題的產生主要和水泥的選用、膠凝材料的成分、水泥的細度、外加劑的品種、作用機理、製造工藝等有關，同時加料的方式和摻量以及環境溫度等也會對兩者的適應性造成影響。若出現不適應的問題，則可能導致外加劑使用效果欠佳、坍落度損失快、水泥緩凝或凝結速度太快，嚴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性進行研究十分必要。以下主要從兩者的相互影響進行了簡要分析。
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、摻量不大於水泥質量5%（不含特殊情況）的、用於改善混凝土某種性能的物質，按其使用功能主要可分為4類：用於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；用於改善混凝土硬化性能和調節凝結時間的外加劑，主要有緩凝劑、早強劑和速凝劑；用於增強混凝土耐久性的外加劑，主要有防水劑、阻鏽劑和引氣劑等；用於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部空隙結構起到了改善作用，同時還協調了水泥的強度發展、對其膠凝成分的水化進程進行調節，並且能對水泥水化產物的結構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徵和電學特徵，進而實現了對顆粒間相互作用的影響，達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值相同的負電位，增加表面電位的絕對值，進而促使靜電斥力的產生；
②產生在減水劑吸附層的立體空間位阻效應。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構得到破壞，促進絮凝結構包裹的水分得到釋放，增加混凝土拌合物中自由水的含量。混凝土拌合物流動性能的增加主要依靠加入減水劑後上述兩種效應的共同作用。因而在考慮兩者適應性時，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從而將混凝土的凝結時間延長，在較長時間內保持新拌混凝土的塑性，提高施工效率，便於澆築，同時不會對混凝土的各項後期性能有不良影響的外加劑。緩凝劑可按其化學成分進行分類，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變化；大量的水分子依靠分子中親水基團得到吸附，因而形成了較厚的水膜層，改變了混凝土結構的形成過程，使晶體從顆粒接觸變為相互屏蔽；某些緩凝劑的分子中具有特殊官能團，可以和遊離的Ca結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程得到抑制，實現緩凝。大多數無機緩凝劑通過與水泥生成複鹽如鈣礬石等並在水泥礦物顆粒表面形成沉澱，進而抑制水化進程。緩凝劑的作用機理十分複雜，一般情況下是上述多種機理綜合作用的結果。表1為三聚磷酸鈉對水泥淨漿凝結時間影響。
緩凝劑在使用時要注重品種的選擇和摻量的確定，如若選擇不當或超量則可能導致混凝土早期強度急劇下降，還可能導致其中後期強度的降低。這主要是由於過度緩凝致使長時間內混凝土沒有凝結硬化，造成了混凝土內部水分散失過量，導致水泥水化程度低、水化產物過少，對混凝土強度的損失不可逆轉。
因此，在進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狀況、施工工藝、施工季節等因素，並嚴格控制其摻量。
1.3膨脹劑的影響
膨脹劑通過產生一定的限制膨脹從而補償混凝土的收縮，提高了混凝土的抗滲防裂性能，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，混凝土膨脹劑的應用仍存在很多問題，主要是因為摻加膨脹劑後混凝土常不能產生預期的膨脹，中後期的混凝土結構甚至出現變形和開裂的情況。此外，膨脹劑也對混凝土的耐久性和鋼筋抗鏽蝕能力有所影響。
導致構築物裂縫產生的原因很複雜，就材料而言，其主要原因為混凝土的收縮和徐變。研究表明，水泥拌和後所產生的化學收縮值大致為7～9ml/100g，當混凝土中的水泥用量為380kg/m3，其化學減縮達26.6～34.21ml/m3，內部形成了許多孔隙。在水泥的水化及硬化過程中，膨脹劑除了產生自身膨脹外還能與水泥混凝土中的其他成分反應產生膨脹，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別，其膨脹產生物也有差異。目前硫鋁酸鹽系膨脹劑應用最為廣泛。
1.4其他外加劑的影響
隨著建築行業的發展，外加劑的研究和應用也隨之取得了較大的發展。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、穩定、封閉的微小氣泡，並在水泥硬化後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溫條件下，能顯著降低冰點並使混凝土液相不凍結或部分凍結，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，防凍劑在負溫條件下能保證水與水泥能進行水化，促進砂漿和混凝土的強度增長，使其在一定時間內獲得預期強度。
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生成複合水化硅酸鈣（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與水泥熟料的反應能力不如CaCl2強，它殘留在液相中的數量較多，而混凝土中Na+的引入使鹼性大大提高，不利於混凝土的穩定性。
1.5外加劑的選用。
每種外加劑都有其發揮效用的領域，只有在其適應的混凝土中外加劑的功效才能得以充分發揮。表2為一些外加劑的適用領域。
2 水泥對外加劑的影響
水泥和外加劑的適應性是雙向的，對兩者適應性造成影響的因素很多，主要包括有水泥的化學成分、礦物組成、水泥顆粒級配、水泥細度、水泥中的含鹼量、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：C2S8%），則其吸附外加劑的量過大，導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先吸附功能，同時C3A的水化速度比C4AF快，因而導致C4AF的含量影響相容性的程度比C3A小很多。實行水泥新標準後，生產廠商為提高水泥強度而增加C4AF與C3A的含量，但卻導致外加劑使用效果差的現象。因而為保證外加劑的良好適應性、提高混凝土體積穩定性、降低開裂趨勢就要嚴格控制水泥中C3A、C4AF的含量。
2.2水泥調凝劑對外加劑的影響
在水泥生產中常添加的調凝劑有二水石膏、半水石膏、硬石膏、電石渣、檸檬酸渣、工業廢石膏等。這裡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
2.3水泥細度和顆粒級配對外加劑的影響
為了降低成本、提高產量、增強市場競爭力，水泥生產廠家往往通過加強水泥的研磨細度來提高水泥的強度。但水泥研磨過細則需水量的增大，導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，導致外加劑與水泥的適應性變差。
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顆粒含量的增大密切相關。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水泥的鹼含量對外加劑的影響
水泥所用原材料是其鹼的主要來源，尤其是水泥中的黏土和石灰。鹼含量過低（鹼含量<0.5%）或過高（鹼含量>0.8%）的水泥，均容易與外加劑產生不適應。水泥的相容性受含鹼量的影響很大，含鹼量越低相容性越好。水泥的含鹼量提高則會使其的早期水化速率加快，縮短混凝土的凝結時間，導致坍落度損失增大、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物Ca（OH）2發生二次反應的物質，以降低混凝土的鹼度。
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，新鮮水泥在生產後12d內吸附的外加劑量較大，大部分水泥15d後趨於正常。這是由於出磨時間短的水泥粉磨時產生電荷，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，對呈負電性的陰離子型表面活性劑吸附能力強，因此表現出減水劑的減水率低，混凝土的坍落度損失快，與減水劑的適應性差。
同時，新鮮水泥乾燥度高，表面溫度可高達80～90℃，早期水化時發熱大、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，必然會導致混凝土坍落度損失快、凝結時間短等不良現象的發生。
3 混凝土外加劑與水泥適應性的改善措施
混凝土外加劑與水泥的適應性問題相當複雜，但兩者間適應性的預防和處理又是當代混凝土生產過程中不可避免的過程。增強外加劑和水泥的適應性主要可以從以下幾個階段進行。圖1為改善混凝土外加劑與水泥適應性的主要措施。
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象的發生。如果在確定配合比過程中出現水泥與外加劑不適應的問題，混凝土廠家應根據實際情況及時分析查找不適應的原因，在試驗的基礎上調整混凝土配合比，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性是一個錯綜複雜的問題，若在施工現場遇到此類問題，首先應該遵照一般規則將不適合的外加劑和水泥排除，然後在多次試驗的基礎上，縮小外加劑和水泥品種的選擇範圍，最後通過試拌混凝土來嘗試解決，若不能解決則應將不適應所造成的損害減到最低。
文章作者：宋良瑞，來源：砼話
