摘要：本文綜述了外加劑在特種水泥中的應(yīng)用情況和作用效果，并對(duì)外加劑與特種水泥的適應(yīng)性問題進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：外加劑；特種水泥；混凝土；應(yīng)用效果；適應(yīng)性
1.前言
在人類社會(huì)發(fā)展過程中，水泥在公路、橋梁、機(jī)場、碼頭、隧道、大壩、工業(yè)與民用建筑等方面廣泛大量地使用，已成為人類文明發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不可缺少的基礎(chǔ)材料。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建設(shè)領(lǐng)域的擴(kuò)大，通用水泥越來越難以滿足重點(diǎn)工程或特殊工程的性能和施工要求。因此，特種水泥的研究、開發(fā)和應(yīng)用具有十分重要的意義。近年來，隨著研究開發(fā)的進(jìn)展，特種水泥在工程應(yīng)用方面也取得了顯著的成果，國內(nèi)很多重點(diǎn)工程都采用了特種水泥，特種水泥在我國已呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展勢頭。
特種水泥在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了滿足施工的方便或混凝土性能的要求，也常常使用混凝土外加劑，如泵送劑、減水劑、脫模劑、減縮劑、緩凝劑、防凍劑等等。但是，特種水泥與普通水泥相比，其水泥熟料礦物的含量波動(dòng)很大，有些甚至連水泥的主要成分都不一樣。因此，在特種水泥混凝土中使用外加劑可能會(huì)得到不同的作用效果。研究外加劑與特種水泥的適應(yīng)性，在實(shí)際工程中有針對(duì)性、有選擇地應(yīng)用外加劑，對(duì)提高外加劑的使用效果，發(fā)揮外加劑的主要功能，方便快捷地進(jìn)行施工，并保證重要工程的施工質(zhì)量，具有深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。
2.外加劑與特種水泥適應(yīng)性的影響因素
影響外加劑與特種水泥適應(yīng)性的因素很多,在外加劑方面,其成分、狀態(tài)、純度、摻量、聚合度、磺化程度等對(duì)特種水泥的塑化效果、減水大小及控制坍落度損失能力都有一定的影響;在特種水泥方面,水泥的礦物成分、石膏形態(tài)和摻量、堿含量、混合材品種與摻量、水泥細(xì)度、新鮮程度和溫度等對(duì)外加劑的作用效果也有不同程度的影響。
一般來說，水泥中C3A、C4AF的比例越大，減水劑的分散效果越差。各礦物對(duì)減水劑的吸附活性順序是：C3A>C4AF>C3S>C2S。由于C3A對(duì)減水劑的選擇吸附，使吸附量顯著增大，這樣就會(huì)降低外加劑的減水作用。水泥細(xì)度越細(xì)，水泥顆粒對(duì)減水劑分子的吸附量也增大。另外，水泥中堿含量提高會(huì)降低減水劑的塑化效果，還將導(dǎo)致混凝土坍落度損失加快和凝結(jié)時(shí)間縮短。其次，摻煤矸石作混合材、用硬石膏作調(diào)凝劑等都會(huì)影響外加劑的作用效果。
3.特種水泥的種類及特性
特種水泥是指具有某些特殊性能或特種功用的水泥，其品種繁多，分類復(fù)雜，我國一般把特種水泥按其特性或用途主要分為快硬高強(qiáng)水泥、低水化熱水泥、膨脹水泥、油井水泥、耐高溫水泥、裝飾水泥和其他水泥等七大類。
在種類繁多的特種水泥中，水泥礦物的種類和含量不盡相同，有的甚至大相徑庭。在許多種類的特種水泥中，其礦物組成有硅酸鹽體系、鋁酸鹽體系、氟鋁酸鹽體系、硫鋁酸鹽體系和鐵鋁酸鹽體系等；而低水化熱水泥礦物只有硅酸鹽體系；另外還有無熟料或少熟料的低能耗型水泥。
特種水泥的礦物組成千差萬別，不過其特性也各具特色，應(yīng)用更具有深遠(yuǎn)的建設(shè)性意義。特種水泥的特性基本上涵蓋了所有工程建筑項(xiàng)目的需要，如具有快硬高強(qiáng)的、用以補(bǔ)償收縮和產(chǎn)生自應(yīng)力的、可抵抗環(huán)境侵蝕的耐腐蝕性能、能耐高溫和高壓的、具有低水化熱的特性等等。
4.外加劑與特種水泥的適應(yīng)性
4.1快硬高強(qiáng)水泥
快硬高強(qiáng)水泥的熟料組成有硅酸鹽體系、鋁酸鹽體系、氟鋁酸鹽體系、鐵鋁酸鹽體系和硫鋁酸鹽體系等。對(duì)于硅酸鹽體系的快硬高強(qiáng)水泥，從目前的生產(chǎn)來看，其主要生產(chǎn)措施為：（1）、增加C3S含量和選擇最佳參數(shù)；（2）、超細(xì)粉磨和最大限度地優(yōu)化顆粒尺寸分布；（3）、礦物摻雜以獲取高活性等。該體系的快硬高強(qiáng)水泥，C3S和C3A含量、水泥細(xì)度較高。但由于加入石膏較多，降低了C3A對(duì)于外加劑的吸附程度，因此減水劑、泵送劑等外加劑與硅酸鹽體系的快硬高強(qiáng)水泥適應(yīng)性一般，適當(dāng)增加摻量可提高作用效果，具體適應(yīng)情況須經(jīng)混凝土拌合試驗(yàn)方能確定。
對(duì)于鋁酸鹽體系、氟鋁酸鹽體系、鐵鋁酸鹽體系和硫鋁酸鹽體系的快硬高強(qiáng)水泥來說，由于含鋁相和含鐵相對(duì)于外加劑的選擇吸附較強(qiáng)，水泥細(xì)度較細(xì)，因此與外加劑的適應(yīng)性均不好；明礬石高強(qiáng)水泥（AHC）由于含堿較多，會(huì)使某些高效泵送劑和減水劑失去作用效果；而阿利尼特高強(qiáng)水泥因礦物以阿利尼特和貝利特為主，所以與混凝土外加劑表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。
4.2耐腐蝕水泥
對(duì)于抗硫酸鹽水泥來說，其熟料礦物組成與硅酸鹽水泥差別很大，C3A不超過5%，C3S不高于50%，C3A和C4AF的總量不超過22%；用于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中的高抗硫酸鹽水泥，其熟料中C3A不得大于2%，因此該品種的水泥對(duì)于外加劑的適應(yīng)性良好。經(jīng)常使用的外加劑有早強(qiáng)劑、泵送劑、減水劑、速凝劑等。
水玻璃類耐酸水泥因堿含量高而降低了減水劑的減水率，使泵送劑也失去相應(yīng)的作用效果。
4.3專用工程水泥
道路水泥在生產(chǎn)時(shí)主要依靠控制熟料礦物的含量來進(jìn)行。一般來說，道路水泥熟料中的C3A含量較低，不得大于5%；C4AF含量較高，在16%～22%之間；C3S不低于50%。因其礦物組成及含量的特點(diǎn)，而表現(xiàn)出與混凝土外加劑良好的適應(yīng)性。在道路施工過程中，常用減水劑、抗凍劑、養(yǎng)護(hù)劑、調(diào)凝劑、減縮劑等外加劑。
專用水泥中的水工水泥是在生產(chǎn)時(shí)調(diào)整熟料礦物的含量以及添加活性混合材來降低水泥的水化熱。中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥和低熱粉煤灰硅酸鹽水泥與外加劑適應(yīng)性較好。當(dāng)?shù)蜔崴嘀谢旌喜膿搅枯^大，尤其是摻入較多粉煤灰時(shí)，水泥的需水量明顯增加，往往影響早期強(qiáng)度，一般在施工時(shí)采取摻適量減水劑的增強(qiáng)措施。如摻入0.15%～0.2%的糖蜜外加劑，粉煤灰地?zé)崴鄰?qiáng)度最多可提高30%，但水化熱并不升高，放熱速率明顯延緩。
灌漿水泥要求漿液具有良好的可灌性，用于修補(bǔ)裂縫或堵漏等領(lǐng)域。普通灌漿水泥采用硅酸鹽水泥熟料經(jīng)超細(xì)粉磨工藝制成，水泥比表面積≥600m2/kg。為了達(dá)到延緩凝結(jié)的要求，使用中需外加緩凝劑；另外，為了提高漿液流動(dòng)度，改善析水性，還要外摻適量高效減水劑等。所以外加劑在灌漿水泥中有一定的作用效果。
油井水泥要求其在高溫高壓環(huán)境下具有流動(dòng)性好、強(qiáng)度發(fā)揮快、漿體密實(shí)性好等特性，其礦物組成中，一般C3S含量較高而C3A含量較低，水泥細(xì)度也不高，因而油井水泥與外加劑適應(yīng)性良好。為了便于施工并滿足高溫高壓條件下的灌注水泥質(zhì)量，世界各國都傾向于采用1～2種基本油井水泥為基礎(chǔ)，通過摻入不同的外加劑對(duì)水泥性能進(jìn)行調(diào)整。美國在油井水泥方面的外加劑就達(dá)1000多種。因此，減水劑、泵送劑、緩凝劑、密實(shí)劑等外加劑在油井水泥進(jìn)行固井作業(yè)時(shí)得到廣泛的應(yīng)用。
4.4裝飾水泥
在白水泥熟料中，C4AF含量極低，混合材摻量也不高，水泥粉磨細(xì)度一般不超過500m2/kg。在實(shí)際應(yīng)用情況中，白水泥與減水劑的適應(yīng)性不確定，有時(shí)表現(xiàn)良好，有時(shí)表現(xiàn)極差。筆者就白水泥與外加劑的適應(yīng)性問題先后做過2次試驗(yàn)，白水泥都是從裝飾材料商店取得，具體礦物成分不詳；減水劑采用常州新建混凝土外加劑有限公司的TS-萘系高效減水劑。但2次試驗(yàn)結(jié)果卻截然相反，第一次在300克金貓牌白水泥中分別摻入0.75%的粉劑和1.5%的水劑，在W/C為0.35的情況下做凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)，居然做不出結(jié)果；而另一次在同樣的方法下用銀潔牌84º425#白水泥進(jìn)行試驗(yàn)，卻顯示出與減水劑較好的適應(yīng)性，試驗(yàn)結(jié)果如下：
分析2次試驗(yàn)結(jié)果，可能由于石膏種類和摻量的不同而引起。因?yàn)榫從嗟膿饺霑?huì)影響水泥白度，要求其白度必須高于熟料白度，一般采用優(yōu)質(zhì)纖維石膏。我國多使用湖北應(yīng)城石膏礦產(chǎn)的雪花石膏，使用前還須嚴(yán)格清洗去污。這就使得有的生產(chǎn)廠家為了水泥的白度而不敢多用其他石膏或使用了硬石膏，致使白水泥中石膏與鋁酸三鈣的比值偏小，造成水泥的快凝（假凝）和C3A對(duì)于減水劑的較強(qiáng)吸附，這樣就會(huì)出現(xiàn)第一次的試驗(yàn)結(jié)果；當(dāng)使用優(yōu)質(zhì)石膏及水泥中石膏摻量稍多時(shí)，所生產(chǎn)出的白水泥則與減水劑適應(yīng)良好。在建筑裝飾工程中，使用1:1白水泥砂漿作為內(nèi)外墻體瓷磚的接縫膠結(jié)材料時(shí)，為了提高粘結(jié)能力和防止產(chǎn)生白霜，還常常加入適量的憎水劑。
彩色水泥分Ⅰ型和Ⅱ型2種，在Ⅰ型彩色水泥的施工過程中使用外加劑比較普遍。Ⅰ型彩色水泥是以白水泥或普通水泥為基體，通過摻加顏料(著色外加劑)的方式配制而成。外加劑的摻入可以改善水泥漿的泌水、分層和沉淀現(xiàn)象，提高漿體的保水性，保證色澤的均勻性。在彩色水泥中常用的外加劑有增塑劑、促硬劑、高效分散劑、防水劑等，對(duì)水泥顏色的穩(wěn)定都有一定的促進(jìn)作用。常州新建混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的高效萘系減水劑常年供應(yīng)給某彩色水泥瓦生產(chǎn)企業(yè)，實(shí)踐證明減水劑在Ⅰ型彩色水泥中使用效果較好。
4.5無熟料水泥和低熟料水泥
這類水泥主要利用工業(yè)廢渣、少量的硅酸鹽水泥熟料和多種激發(fā)劑生產(chǎn)而成，水泥中的熟料用量很少，甚至不用熟料，水泥細(xì)度也不高，在300～400m2/kg之間。對(duì)于堿礦渣水泥，雖然使用了一系列的堿金屬化合物，如苛性堿、水玻璃、鋁酸鹽等，但堿金屬化合物主要是作為激發(fā)劑而存在，K+、Na+離子又可部分取代結(jié)構(gòu)中的Ca2+生成沸石類的難溶水化物。所以在堿礦渣水泥混凝土中可使用適量的減水劑、增強(qiáng)劑、塑化劑和泵送劑等外加劑。
石膏礦渣水泥也是一種低熟料或無熟料水泥，因其熟料比例很低而早強(qiáng)發(fā)揮慢，凝結(jié)時(shí)間較長，因此有必要在其中引用早強(qiáng)劑、速凝劑、減水劑等外加劑來改善水泥性能，使這一品種水泥的應(yīng)用范圍得以拓展，以充分發(fā)揮該水泥極低的水化熱和特別好的耐腐蝕的特性。
砌筑水泥在建筑工程中得到大量的應(yīng)用，主要用于配置砌筑砂漿、填筑砂漿、地面砂漿等。近年來，隨著各大中城市禁止在城區(qū)建筑砂漿中使用石灰膏以及商品砂漿的生產(chǎn)和推廣，改善建筑砂漿的和易性、保水性等性能的重任無疑落在了外加劑身上。目前，市場上也出現(xiàn)了一些能部分或完全替代石灰膏的外加劑，如“微沫劑”、“砂漿精”等，但試驗(yàn)表明，它們對(duì)沙漿的強(qiáng)度卻有一定的負(fù)面影響；另外，在砌筑砂漿中單獨(dú)摻加減水劑、纖維素和引氣劑均有助于改善某些方面的性能，但作用有限，有時(shí)甚至產(chǎn)生不利效果，如單獨(dú)摻加纖維素，在增加砂漿粘聚性、降低分層度的同時(shí)，卻使砂漿用水量大幅增加且保存于砂漿漿體內(nèi)部，反而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低較多；而單獨(dú)摻加引氣劑時(shí)，雖能通過引氣作用明顯減小分層度和用水量，但由于氣泡較多卻使砂漿抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢。因此，在砌筑水泥中單摻外加劑時(shí)作用效果有限，從節(jié)約水泥、保護(hù)環(huán)境的角度，在減水、增粘、保水增稠和引氣塑化等方面采取綜合措施，研制復(fù)合型外加劑是十分必要的。
F水泥也是一種低熟料的堿激發(fā)多組分水泥，它在生產(chǎn)原料中使用含有減水劑（改性木質(zhì)磺酸鹽）與促凝劑（鈉鹽）混合物的F外加劑，由于使用了減水劑而降低了水灰比，需水量比普通硅酸鹽水泥低30%，而水泥拌合物仍具有很好的流動(dòng)度，這樣制成的混凝土中孔隙率減少40～80L/m3，密實(shí)度和強(qiáng)度均能得到提高。
另外，在Pyrament水泥中還使用適應(yīng)性較好的檸檬酸作緩凝劑、用Comix2000及K2CO3作減水劑；在氯氧鎂水泥的生產(chǎn)中還須用可溶性的磷酸等外加劑來改善水泥的耐水性。
總之，隨著特種水泥在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中特殊領(lǐng)域方面的不斷應(yīng)用，外加劑改善特種水泥某些性能以及便于施工的作用和效果已受到廣泛的關(guān)注和重視。因此,我們應(yīng)該在這方面多開展有效的研究工作,開發(fā)更多品種的適合于特種水泥的外加劑；而在施工工程中，應(yīng)對(duì)每一批水泥和外加劑進(jìn)行質(zhì)量檢測及混凝土試配試驗(yàn)，尋求原材料的技術(shù)特性，盡量將適應(yīng)性好的外加劑與特種水泥配合使用，以避免將不適應(yīng)的特種水泥與外加劑共同使用而造成的質(zhì)量事故、材料浪費(fèi)和返工現(xiàn)象。如果出現(xiàn)了不相適應(yīng)的問題，要立即開展分析和查找原因，但具體采取何種解決措施，要進(jìn)行充分的前期試驗(yàn)和細(xì)致周密的分析。只有這樣，才能在保證特種水泥的特殊功用的前提下，發(fā)揮外加劑的作用效果，改善特種水泥的其他性能，提高重點(diǎn)工程的質(zhì)量，使外加劑和特種水泥在為社會(huì)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的過程中發(fā)揮特殊的作用。
