1.前言 在人类社会发展过程中，水泥在公路、桥梁、机场、码头、隧道、大坝、工业与民用建筑等方面广泛大量地使用，已成为人类文明发展和国民经济建设的不可缺少的基础材料。但是，随着经济的发展，建设领域的扩大，通用水泥越来越难以满足重点工程或特殊工程的性能和施工要求。因此，特种水泥的研究、开发和应用具有十分重要的意义。近年来，随着研究开发的进展，特种水泥在工程应用方面也取得了显著的成果，国内很多重点工程都采用了特种水泥，特种水泥在我国已呈现出突飞猛进的发展势头。 特种水泥在实际应用过程中，为了满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剂，如泵送剂、减水剂、脱模剂、减缩剂、缓凝剂、防冻剂等等。但是，特种水泥与普通水泥相比，其水泥熟料矿物的含量波动很大，有些甚至连水泥的主要成分都不一样。因此，在特种水泥混凝土中使用外加剂可能会得到不同的作用效果。研究外加剂与特种水泥的适应性，在实际工程中有针对性、有选择地应用外加剂，对提高外加剂的使用效果，发挥外加剂的主要功能，方便快捷地进行施工，并保证重要工程的施工质量，具有深远的实际意义。 2.外加剂与特种水泥适应性的影响因素 影响外加剂与特种水泥适应性的因素很多,在外加剂方面,其成分、状态、纯度、掺量、聚合度、磺化程度等对特种水泥的塑化效果、减水大小及控制坍落度损失能力都有一定的影响;在特种水泥方面,水泥的矿物成分、石膏形态和掺量、碱含量、混合材品种与掺量、水泥细度、新鲜程度和温度等对外加剂的作用效果也有不同程度的影响。 一般来说，水泥中C3A、C4AF的比例越大，减水剂的分散效果越差。各矿物对减水剂的吸附活性顺序是：C3A>C4AF>C3S>C2S。由于C3A对减水剂的选择吸附，使吸附量显著增大，这样就会降低外加剂的减水作用。水泥细度越细，水泥颗粒对减水剂分子的吸附量也增大。另外，水泥中碱含量提高会降低减水剂的塑化效果，还将导致混凝土坍落度损失加快和凝结时间缩短。其次，掺煤矸石作混合材、用硬石膏作调凝剂等都会影响外加剂的作用效果。 3.特种水泥的种类及特性 特种水泥是指具有某些特殊性能或特种功用的水泥，其品种繁多，分类复杂，我国一般把特种水泥按其特性或用途主要分为快硬高强水泥、低水化热水泥、膨胀水泥、油井水泥、耐高温水泥、装饰水泥和其他水泥等七大类。 在种类繁多的特种水泥中，水泥矿物的种类和含量不尽相同，有的甚至大相径庭。在许多种类的特种水泥中，其矿物组成有硅酸盐体系、铝酸盐体系、氟铝酸盐体系、硫铝酸盐体系和铁铝酸盐体系等；而低水化热水泥矿物只有硅酸盐体系；另外还有无熟料或少熟料的低能耗型水泥。 特种水泥的矿物组成千差万别，不过其特性也各具特色，应用更具有深远的建设性意义。特种水泥的特性基本上涵盖了所有工程建筑项目的需要，如具有快硬高强的、用以补偿收缩和产生自应力的、可抵抗环境侵蚀的耐腐蚀性能、能耐高温和高压的、具有低水化热的特性等等。 4.外加剂与特种水泥的适应性 4.1快硬高强水泥 快硬高强水泥的熟料组成有硅酸盐体系、铝酸盐体系、氟铝酸盐体系、铁铝酸盐体系和硫铝酸盐体系等。对于硅酸盐体系的快硬高强水泥，从目前的生产来看，其主要生产措施为：（1）、增加C3S含量和选择最佳参数；（2）、超细粉磨和最大限度地优化颗粒尺寸分布；（3）、矿物掺杂以获取高活性等。该体系的快硬高强水泥，C3S和C3A含量、水泥细度较高。但由于加入石膏较多，降低了C3A对于外加剂的吸附程度，因此减水剂、泵送剂等外加剂与硅酸盐体系的快硬高强水泥适应性一般，适当增加掺量可提高作用效果，具体适应情况须经混凝土拌合试验方能确定。 对于铝酸盐体系、氟铝酸盐体系、铁铝酸盐体系和硫铝酸盐体系的快硬高强水泥来说，由于含铝相和含铁相对于外加剂的选择吸附较强，水泥细度较细，因此与外加剂的适应性均不好；明矾石高强水泥（AHC）由于含碱较多，会使某些高效泵送剂和减水剂失去作用效果；而阿利尼特高强水泥因矿物以阿利尼特和贝利特为主，所以与混凝土外加剂表现出良好的适应性。 4.2耐腐蚀水泥 对于抗硫酸盐水泥来说，其熟料矿物组成与硅酸盐水泥差别很大，C3A不超过5%，C3S不高于50%，C3A和C4AF的总量不超过22%；用于严重腐蚀环境中的高抗硫酸盐水泥，其熟料中C3A不得大于2%，因此该品种的水泥对于外加剂的适应性良好。经常使用的外加剂有早强剂、泵送剂、减水剂、速凝剂等。 水玻璃类耐酸水泥因碱含量高而降低了减水剂的减水率，使泵送剂也失去相应的作用效果。 4.3专用工程水泥 道路水泥在生产时主要依靠控制熟料矿物的含量来进行。一般来说，道路水泥熟料中的C3A含量较低，不得大于5%；C4AF含量较高，在16%～22%之间；C3S不低于50%。因其矿物组成及含量的特点，而表现出与混凝土外加剂良好的适应性。在道路施工过程中，常用减水剂、抗冻剂、养护剂、调凝剂、减缩剂等外加剂。 专用水泥中的水工水泥是在生产时调整熟料矿物的含量以及添加活性混合材来降低水泥的水化热。中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥和低热粉煤灰硅酸盐水泥与外加剂适应性较好。当低热水泥中混合材掺量较大，尤其是掺入较多粉煤灰时，水泥的需水量明显增加，往往影响早期强度，一般在施工时采取掺适量减水剂的增强措施。如掺入0.15%～0.2%的糖蜜外加剂，粉煤灰地热水泥强度最多可提高30%，但水化热并不升高，放热速率明显延缓。 灌浆水泥要求浆液具有良好的可灌性，用于修补裂缝或堵漏等领域。普通灌浆水泥采用硅酸盐水泥熟料经超细粉磨工艺制成，水泥比表面积≥600m2/kg。为了达到延缓凝结的要求，使用中需外加缓凝剂；另外，为了提高浆液流动度，改善析水性，还要外掺适量高效减水剂等。所以外加剂在灌浆水泥中有一定的作用效果。 油井水泥要求其在高温高压环境下具有流动性好、强度发挥快、浆体密实性好等特性，其矿物组成中，一般C3S含量较高而C3A含量较低，水泥细度也不高，因而油井水泥与外加剂适应性良好。为了便于施工并满足高温高压条件下的灌注水泥质量，世界各国都倾向于采用1～2种基本油井水泥为基础，通过掺入不同的外加剂对水泥性能进行调整。美国在油井水泥方面的外加剂就达1000多种。因此，减水剂、泵送剂、缓凝剂、密实剂等外加剂在油井水泥进行固井作业时得到广泛的应用。 4.4装饰水泥 在白水泥熟料中，C4AF含量极低，混合材掺量也不高，水泥粉磨细度一般不超过500m2/kg。在实际应用情况中，白水泥与减水剂的适应性不确定，有时表现良好，有时表现极差。笔者就白水泥与外加剂的适应性问题先后做过2次试验，白水泥都是从装饰材料商店取得，具体矿物成分不详；减水剂采用常州新建混凝土外加剂有限公司的TS-萘系高效减水剂。但2次试验结果却截然相反，第一次在300克金猫牌白水泥中分别掺入0.75%的粉剂和1.5%的水剂，在W/C为0.35的情况下做净浆流动度试验，居然做不出结果；而另一次在同样的方法下用银洁牌84º425#白水泥进行试验，却显示出与减水剂较好的适应性，试验结果如下：
分析2次试验结果，可能由于石膏种类和掺量的不同而引起。因为缓凝石膏的掺入会影响水泥白度，要求其白度必须高于熟料白度，一般采用优质纤维石膏。我国多使用湖北应城石膏矿产的雪花石膏，使用前还须严格清洗去污。这就使得有的生产厂家为了水泥的白度而不敢多用其他石膏或使用了硬石膏，致使白水泥中石膏与铝酸三钙的比值偏小，造成水泥的快凝（假凝）和C3A对于减水剂的较强吸附，这样就会出现第一次的试验结果；当使用优质石膏及水泥中石膏掺量稍多时，所生产出的白水泥则与减水剂适应良好。在建筑装饰工程中，使用１:１白水泥砂浆作为内外墙体瓷砖的接缝胶结材料时，为了提高粘结能力和防止产生白霜，还常常加入适量的憎水剂。 彩色水泥分Ⅰ型和Ⅱ型2种，在Ⅰ型彩色水泥的施工过程中使用外加剂比较普遍。Ⅰ型彩色水泥是以白水泥或普通水泥为基体，通过掺加颜料(着色外加剂)的方式配制而成。外加剂的掺入可以改善水泥浆的泌水、分层和沉淀现象，提高浆体的保水性，保证色泽的均匀性。在彩色水泥中常用的外加剂有增塑剂、促硬剂、高效分散剂、防水剂等，对水泥颜色的稳定都有一定的促进作用。常州新建混凝土外加剂有限公司生产的高效萘系减水剂常年供应给某彩色水泥瓦生产企业，实践证明减水剂在Ⅰ型彩色水泥中使用效果较好。 4.5无熟料水泥和低熟料水泥 这类水泥主要利用工业废渣、少量的硅酸盐水泥熟料和多种激发剂生产而成，水泥中的熟料用量很少，甚至不用熟料，水泥细度也不高，在300～400m2/kg之间。对于碱矿渣水泥，虽然使用了一系列的碱金属化合物，如苛性碱、水玻璃、铝酸盐等，但碱金属化合物主要是作为激发剂而存在，K+、Na+离子又可部分取代结构中的Ca2+生成沸石类的难溶水化物。所以在碱矿渣水泥混凝土中可使用适量的减水剂、增强剂、塑化剂和泵送剂等外加剂。 石膏矿渣水泥也是一种低熟料或无熟料水泥，因其熟料比例很低而早强发挥慢，凝结时间较长，因此有必要在其中引用早强剂、速凝剂、减水剂等外加剂来改善水泥性能，使这一品种水泥的应用范围得以拓展，以充分发挥该水泥极低的水化热和特别好的耐腐蚀的特性。 砌筑水泥在建筑工程中得到大量的应用，主要用于配置砌筑砂浆、填筑砂浆、地面砂浆等。近年来，随着各大中城市禁止在城区建筑砂浆中使用石灰膏以及商品砂浆的生产和推广，改善建筑砂浆的和易性、保水性等性能的重任无疑落在了外加剂身上。目前，市场上也出现了一些能部分或完全替代石灰膏的外加剂，如“微沫剂”、“砂浆精”等，但试验表明，它们对沙浆的强度却有一定的负面影响；另外，在砌筑砂浆中单独掺加减水剂、纤维素和引气剂均有助于改善某些方面的性能，但作用有限，有时甚至产生不利效果，如单独掺加纤维素，在增加砂浆粘聚性、降低分层度的同时，却使砂浆用水量大幅增加且保存于砂浆浆体内部，反而导致抗压强度降低较多；而单独掺加引气剂时，虽能通过引气作用明显减小分层度和用水量，但由于气泡较多却使砂浆抗压强度呈现下降趋势。因此，在砌筑水泥中单掺外加剂时作用效果有限，从节约水泥、保护环境的角度，在减水、增粘、保水增稠和引气塑化等方面采取综合措施，研制复合型外加剂是十分必要的。 F水泥也是一种低熟料的碱激发多组分水泥，它在生产原料中使用含有减水剂（改性木质磺酸盐）与促凝剂（钠盐）混合物的F外加剂，由于使用了减水剂而降低了水灰比，需水量比普通硅酸盐水泥低30%，而水泥拌合物仍具有很好的流动度，这样制成的混凝土中孔隙率减少40～80L/m3，密实度和强度均能得到提高。 另外，在Pyrament水泥中还使用适应性较好的柠檬酸作缓凝剂、用Comix2000及K2CO3作减水剂；在氯氧镁水泥的生产中还须用可溶性的磷酸等外加剂来改善水泥的耐水性。 总之，随着特种水泥在国民经济建设中特殊领域方面的不断应用，外加剂改善特种水泥某些性能以及便于施工的作用和效果已受到广泛的关注和重视。因此,我们应该在这方面多开展有效的研究工作,开发更多品种的适合于特种水泥的外加剂；而在施工工程中，应对每一批水泥和外加剂进行质量检测及混凝土试配试验，寻求原材料的技术特性，尽量将适应性好的外加剂与特种水泥配合使用，以避免将不适应的特种水泥与外加剂共同使用而造成的质量事故、材料浪费和返工现象。如果出现了不相适应的问题，要立即开展分析和查找原因，但具体采取何种解决措施，要进行充分的前期试验和细致周密的分析。只有这样，才能在保证特种水泥的特殊功用的前提下，发挥外加剂的作用效果，改善特种水泥的其他性能，提高重点工程的质量，使外加剂和特种水泥在为社会发展及经济建设服务的过程中发挥特殊的作用。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
