混凝土外加剂与水泥的适应性问题及解决方法
在工程施工过程中，外加剂与水泥的适应性问题十分关键。若因外加剂与水泥不相适应，而导致混凝土过于快凝或者是坍落度损失过大等问题，总是会归咎于外加剂。混凝土如果不能满足施工要求，将会导致严重的工程质量，甚至埋下安全隐患，仅归咎于外加剂是较为片面的。从具体实践来看，通过分析外加剂与水泥不适应导致混凝土不达标的原因，可以看出原因是很多的，既有外加剂质量的影响，也有水泥化学成分的影响，因为水泥本身就是由各种矿物构成的，其所用的石膏种类、掺和物、所含碱量高低等，也都会直接影响混凝土的质量。
01水泥矿物构成对外加剂的影响分析
从结构上来看，水泥矿物主要是由铝酸三钙（C3A）、硅酸二钙（C2S）、硅酸三钙（C3S）、铁铝酸四钙（C4AF）等构成，其中，C3A的水化速度最快，其次是C3S，再次是C2S和C4AF。以回转窑生产的水泥熟料为例，其矿物构成通常是C3S：45%～65%。C4AF：10%～18%。C2S：15%～32%。C3A：4%～11%。
不过，从实际情况来看，在与外加剂匹配程度上，C3A水化最快，而且，其对外加剂的吸附也最快，其次是C3S。可见，C3A和C3S对水泥与外加剂适应性产生主要影响。根据多年来的经验与教训，只要C3A,C3S能达到如下两个条件，一般都能满足施工要求：C3A不大于8%或C3A＋C3S不大于65%，即只要能确保C3A不大于8%，C3S在50%～55%范围内，同时，采用二水石膏进行配制，这样的水泥强度通常能有良好的外加剂适应性。将其与萘系高效复合减水剂、一般木质素类减水剂、泵送剂等进行配制，混凝土的坍落度损失都是比较小的，能较好地满足施工标准要求。但如果C3A大于8%或C3A＋C3S大于65%，即会发生水泥与外加剂不适应的问题，混凝土的坍落度损失也会比较大。在水泥各种矿物中，C3A是影响外加剂的主要因素。因此，为提高水泥早期强度，水泥厂都会提高C3A含量，但也给外加剂应用带来很大难度。
在施工实践中，当发生水泥与外加剂不相适应的问题时，通常可采用如下解决对策：
（1）进行试验比较，使用同一种外加剂，将其与几种不同品牌、种类的水泥进行配置，根据砂浆流动度试验结果，来对外加剂与水泥的适应情况进行评价和判断；
（2）采用常用的且与外加剂适应性良好的一种水泥作为标本，将其他各种外加剂与之配置，通过砂浆流动度试验结果，来判断外加剂的质量。
通过对比试验可知，导致不相适应的原因，到底是在水泥，还是在外加剂。如果结果显示是水泥导致的，就需要对水泥矿物组成进行进一步分析，同时，还要分析水泥石膏种类、掺合料种类、含碱量高低等，看起对外加剂的影响如何。若结果显示是外加剂导致的，需要立即联系生产厂家进行调查，看厂家的外加剂配方是否发生了变动。调查母体的质量是否稳定等。
通过最近几年的情况来看，木质素类外加剂的原料变化比较大，主要原因是针叶树原料比较紧缺，而优质木钙则主要供应出口，这使得不少复配木质素类的外加剂，不仅质量出现波动较大的情况，而且存在明显的含气量过高，减水率下降等问题，导致预拌混凝土表面经常出现大气泡，检验结果也显示混凝土强度出现下降等。在萘系减水剂方面，国内大厂都是采用全自动控制生产，产品质量比较稳定。不过，生产合成萘磺酸钠的不少厂家，仍然以人工操作为主，受人为因素影响，在关键生产过程中，磺化、缩合等存在不稳定现象，使得母体聚合度不高，且存在减水率波动较大的情况，如果使用此种母体复合各种萘系减水剂，其质量自然也达不到标准要求。由此看来，尽管外加剂厂家的配方没有发生变化，但却没有重视产品母体质量变化带来的影响。因此，在试验过程中，必须要重视原材料质量的调查和检验，只要发现属外加剂导致的问题，应当立即进行退货处理，如果发生第二次退货，就要停止使用此种外加剂，更换更稳定的品牌。现在国内大多数外加剂厂家，采用的都是复配生产，必须要加强对母体质量的控制。
02水泥熟料中石膏种类对外加剂的影响
这里的石膏主要指的是硬石膏，如果水泥采用硬石膏作为缓凝剂，其不但会与糖蜜类、木钙外加剂不相适应，而且还会发生假凝问题。同时，硬石膏也会影响萘系减水剂的减水率。
笔者曾做过硬石膏和二水石膏的试验，将其按照比例与水泥进行配置，然后再进行萘系减水剂适应性试验，发现100%硬石膏配置的水泥，净浆流动度只有105～110mm，适应性非常差；100%二水石膏配制的水泥，净浆流动度为240～245mm。如果将硬石膏与二水石膏按照1∶1的比例进行配置，仍然不能与木钙、糖蜜类外加剂相适应，净浆流动动度为200～210mm，说明与萘系减水剂基本适应；如果是按2∶8的比例进行配置，净浆流动度为230mm左右，对萘系减水剂影响不大，虽然会影响木钙、糖蜜类减水剂，不过不会发生假凝问题。因此，使用外加剂的过程中，还要先调查清楚水泥中的石膏种类与含量，防止发生不相适应的问题，影响混凝土的质量和施工进度。
03水泥碱含量对外加剂应用效果的影响
从文献资料研究结果中可以发现，不少研究对水泥碱含量越大，外加剂适应性就越差的问题，进行了相关的研究。不过，在施工实践中，对此问题重视程度往往不大。但水泥矿物构成及石膏种类的影响，相对于碱含量而言更大，因此，使用优质、高强、低碱水泥配制的混凝土，能较好地与外加剂相适应，可减少坍落度损失及碱骨料反应问题。
4.1影响分析
矿渣水泥与外加剂适应性通常较好。将纯矿渣作为掺合料，能改善混凝土的泵送性、和易性，有利于提高后期强度，降低水化热，还能提高外加剂适应性，非常适合用于大体积混凝土。
使用粉煤灰作为掺合料时，因碳素对外加剂的吸附作用大，需要加强对粉煤灰尤其是其中的含碳量的质量控制，否则会影响外加剂的应用效果。一级粉煤灰含碳量最低，一般不会对外加剂适应性产生影响，二级粉煤灰也影响不大，但若其接近三级粉煤灰时，就会影响外加剂的使用。二级粉煤灰颜色较深，从颜色上也能进行一定的判断。用工业废渣、煤矸石等作为掺和料的水泥，成分比较复杂，存在不稳定的情况，难以较好地适应外加剂。因为外加剂与水泥的不相适应，导致了一系列问题，如混凝土到达施工现场却无法卸出等，解决办法通常是进行二次添加，即由实验室人员按比例，将高效减水剂均匀添加到拌罐中，进行高速搅拌1min后卸料，再由泵车压送进行浇筑。
4.2国外实例
日本在处理外加剂与水泥相适应性问题的做法是：因为日本大型水泥生产公司、外加剂公司都分别只有十几家，都是属于日本水泥协会和外加剂协会成员。如果出现水泥与外加剂不相适应问题，两个协会就会共同邀请专家、教授等，来对原因进行分析，责任方需要负责。在20世纪70年代，日本也流行混凝土二次添加法，即先应用木质素系减水剂配制混凝土，坍落度保持在8cm左右，搅拌车运到施工现场后，再继续往搅拌罐里添加萘系高效减水剂，高速搅拌后在卸料。不过，因为二次添加需要花费人力成本，噪声污染也比较大，在20世纪80年代日本逐渐采用聚羧酸盐等高效引气减水剂，有效解决混凝土坍落度损失问题。
4.3做法建议
为提高预拌混凝土质量，避免发生工程事故。只有坚持使用优质原材料，并科学控制配合比，实行全自动控制的生产设备，才能确保混凝土达到施工标准要求。
（1）通过比较，优选具有资质的、产品性能与质量可靠、稳定的大型水泥厂家和外加剂厂家、砂石厂家，并与其固定进行原料供应合作。
（2）严格按照国家标准，对入厂的各种原料进行复检。
（3）通过砂浆流动度情况，判断水泥与外加剂之间的适应性，如果发现存在不相适应，就要进一步分析是水泥导致的，还是外加剂导致的，找出原因后，与发生问题的厂家联系解决。
选择通过分析砂浆流动度来判断适应性问题，而不是使用净浆流动度进行判断，主要原因是在实践中，发现有的改性的高分子外加剂不适宜使用净浆流动度进行判断，如某些聚羧酸盐类外加剂。如果分子量大，粘度大，还仍然使用净浆流动度方法进行判断，将会导致结果无法真实反映其扩展性能。由于净浆流动度并不大，然而砂浆流动度却比较大，在这种情况下，如果仅采用净浆流动度进行判断，容易发生误判。而砂浆流动度更接近混凝土，同时，因为加入了砂，使得其分散性得到充分发挥，有效克服了其粘稠性问题，因此判断结果比较准确。
（4）如果天气温度较高，混凝土坍落度损失往往会比较大，施工现场卸料比较困难，此时可以采用二次添加方法，严禁随意往搅拌罐里加水。
（5）如果混凝土配制要求比较高，或者是配制高强混凝土，不仅要添加外加剂，还要严格控制砂、石级配、压碎值、含泥量、形状等。夏季天气炎热，温度较高，砂石在太阳暴晒下，温度也会随之增高，进而导致坍落度损失加大，因此，应对石子温度进行控制，通过不断洒水来合理降温。
（6）外加剂必须要按照种类进行严格区分，并用显著标识予以标明。将外加剂添加到储罐时，需双方进行确认，也就是由生产商和混凝土厂家共同进行确认，无误后才能入罐。如果出现错误，不仅会使减水剂的用量增加3～4倍，还会导致混凝土几日不凝，进而引发严重工程事故。
4.4不适应处理措施
从实践来看，项目部往往都是一次性大量采购水泥，然后，直接放入水泥储仓中，因此，对于外加剂要求就比较高，需要外加剂适应水泥。如果确实是因为水泥矿物构成或石膏因素，导致水泥与外加剂不相适应，才会对水泥厂家进行更换。
当水泥与外加剂不适应时，一般可采取如下措施进行解决。
（1）根据实际情况，合理增加外加剂的掺量。
（2）将外加剂进行更换。在各种外加剂中，聚羧酸盐类与水泥的适应性最优，其次是氨基磺酸盐，再次为萘系及其复合减水剂、糖蜜类、木质素磺酸盐等。不过，因为单独使用氨基磺酸盐会发生泌水严重的问题，必须要将其与萘系复合使用。国内外加剂大多是普通、高效、缓凝等复合配置，配合比不同，各单体质量也存在差异，当然效果也是不同的。在发生不相适应的状况时，应当进行砂浆适应性试验，另选外加剂。
（3）如果采用上述方法，还是不能解决不相适应的问题，就可以考虑使用二次添加方法。
（4）使用增加水泥浆的方式，在保持原有水灰比的基础上，将出厂坍落度提高，使其增大到20~22cm，同时增加单位水泥和用水量。这样，当坍落度小于12cm时，如果坍落度增加1cm，则单位用水量就会相应地增加1.2%；当坍落度大于15cm时，如果坍落度增加1cm，则单位用水量就会相应地增加1.5%～2.5%。这里需要注意的是，单位水泥量和用水量需要同步进行增加，这样才能保持水灰比不会发生改变，也不影响混凝土强度，其不足之处是混凝土成本将会增加。
