摘 要：混凝土与外加剂的相容性问题是伴随现代混凝土技术出现的，而水泥产品标准中此项性能没有明确的规定。水泥生产企业多不了解相容性的概念意义及没有相应的检测手段，更是不了解控制和改善水泥与外加剂相容性的技术措施。目前，水泥与外加剂相容性差及不稳定的现象十分普遍，造成混凝土拌合物施工性能的大幅度波动。

一般的，混凝土外加剂适应性较差的表现如下：

1） 新拌混凝土在搅拌过程中出现异常凝结（速凝、假凝）；

2） 新拌混凝土塌落度损失较快；

3） 混凝土泌水、离析、分层现象严重；

4） 新拌混凝土塌落度提不上来，看似混凝土外加剂减水效果差；

5） 硬化混凝土强度明显下降；

6） 混凝土出现收缩加大、抗渗、耐久性下降等现象；

7） 大体积混凝土中缓凝效果不明显、出现温差裂缝。

然而，当水泥与外加剂适应性相匹配时，外加剂则能提高新拌混凝土的工作性能，改善施工环境，提高硬化混凝土的力学性能和耐久性，同时可以节约水泥，降低成本，加快施工速度。这是由于相容性好的水泥在配置混凝土时可以用较少的外加剂或较少的水泥获得较好的混凝土流动性能；可以用较低的成本获得优质的混凝土，并且可以明显控制混凝土早期开裂的现象。因此，研究水泥与外加剂的适应性已成为当前混凝土研究的重要问题。

本文通过对外加剂与水泥的适应效果的解析论述，指出影响混凝土外加剂与水泥适应性的主要因素，对其不相适应的原因和机理进行研究和分析，并提出了改善外加剂与水泥适应性的一些措施。

关键词： 外加剂  水泥  适应性  影响因素

说到水泥（或混凝土）与外加剂的适应性，首先就要了解外加剂的概念。外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不大于水泥质量的5％。工程中常用的外加剂，如泵送剂、减水剂、缓凝剂、引气剂等。泵送剂：指能改善混凝土拌合物流动性能的外加剂；所谓泵送性能，就是混凝土拌合物具有能顺利通过输送管道、不阻塞、不离析、粘塑性良好的性能；泵送剂由减水剂、缓凝剂、引气剂等复合而成；泵送剂的性能：具有高流化、粘聚、润滑、缓凝之功效，适合制作高强或流态型的混凝土。

外加剂均为表面活性剂，生产企业所关注的是外加剂的分散作用，尽可能降低立方混凝土用水量，保持混凝土的流动性和稳定性，达到高强度的目的。水泥与水接触即发生水化反应，机械搅拌过程使水泥分散成碎片，但这样的分散体系是不稳定的，特别是经过粉磨的小粒径的粒子更容易絮凝，一部分游离水被包裹在絮凝水泥粒子团中间，水泥的持水量与水泥的物理、化学性质、水泥的矿物质组成及水泥的分散度有一定关系，不同厂家的水泥持水量在一定范围内变化，持水量决定混凝土用水量，这就构成了各厂家水泥的使用特点。外加剂的分散作用能够提高水泥凝聚体的分散度，改变结合水、吸附水和游离水的比例，提高游离水，以提高水泥浆的流动性和稳定性。

其作用机理有：在固——液界面产生吸附，使水泥分散体的热力学不稳定性降低，获得相对稳定。增大水泥粒子表面的动电电位，从而增大粒子之间的静电排斥，破坏了水泥粒子的絮凝结构。吸附在粒子表面的外加剂形成熔剂化膜，阻止凝聚结构的形成。由于在水泥粒子表面形成吸附层，产生对水泥初期水化的抑制作用，提高了游离水和水泥浆的流动性，引入稳定均匀的微小气泡，减少水泥粒子之间的摩擦，以提高水泥浆的分散性和稳定性。

水泥分散体系是固——液分散体系，同时伴随着水泥水化过程和相变过程，随着水化的进行，液体量减少，固体量增大，逐渐失去流动性，在运输及泵送过程中保持一定的流动性，满足施工要求。水泥的持水量和水化速度是决定用水量及经时损失的主要因素，同时构成了各厂家水泥的特点，有些适应性好，有的较差。水泥用水量可在水泥生产中适当加入一些表面活性剂，即助磨剂，加以解决。

在相同的配合比下，同掺量同品种的外加剂，往往由于所用水泥品种不一样，其应用效果差异极大，同样的外加剂在一种水泥中应用效果好，而在另一种水泥中的应用效果不佳，或者根本就没有效果，甚至会出现工程事故。这就是外加剂与水泥的适应性。

外加剂与水泥的适应性在预拌混凝土中，要求配置的混凝土能够满足设计的龄期强度，有一定的工作性，较好的耐久性和其他特殊的功能要求。

其适应性的表现如下：

适应性较好的表现：新拌混凝土工作性能明显改善；根据需要能有效控制混凝土的凝结时间；在一定时间内，能有效的控制混凝土塌落度经时损失；混凝土密实性好，龄期强度有较大增长 ；混凝土抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能有较大的提高。

适应性较差的表现：新拌混凝土的搅拌过程中出现异常的凝结（速凝、假凝）；新拌混凝土塌落度损失快；混凝土泌水、离析、分层现象严重；新拌混凝土塌落度提不上来，看似混凝土外加剂减水效果差；混凝土硬化强度明显下降；出现混凝土收缩加大、抗渗、耐久性下降等现象；大体积混凝土中缓凝效果不明显，出现温差裂缝。

因此，要正确认识混凝土外加剂与水泥适应性这一现实问题。在应用某一品种混凝土外加剂之前，一定要做混凝土外加剂与水泥适应性实验，并且按照《混凝土外加剂应用技术规范》正确选择和应用混凝土外加剂。

水泥中影响水泥与外加剂适应性的主要是水泥中的铝酸三钙（）的含量。其影响主要是由于水泥熟料中三氧化二铝（）的含量高，致使矿物组成中铝酸三钙（）的含量增加，从而影响混凝土和易性。经过实验，水泥中铝酸三钙（）的含量在6%以下水泥与外加剂的适应性较好，反之，水泥中铝酸三钙（）的含量越高适应性就越差。

由于水泥在粉磨过程中要加入一定量的石膏作为缓凝剂。因此，石膏的种类也就成为影响水泥与外加剂适应性的一个重要因素。石膏按其结晶水的含量分为二水石膏（·）(又称生石膏)、半水石膏（·）(又称熟石膏或烧石膏)、硬石膏（）(又称无水石膏)。石膏的不同形态以及各种工业副产石膏的使用，使得外加剂的使用更需要谨慎。如减水剂，如果使用不当，就有可能变成了速凝剂。此外，石膏自身的细度不够，使石膏溶解度不够，产生速凝；石膏的用量不够，不能有效控制铝酸三钙（）的水化反应，还有石膏自身形态对水泥与外加剂适应性的影响。一般的，在混凝土中二水石膏（·）缓凝效果优于硬石膏（）。这是由于石膏与熟料的粉磨温度通常较高，从而使二水石膏脱水或半水石膏再脱水成硬石膏。另外，有些水泥生产企业为了节省成本，往往采用硬石膏或工业副产石膏（无水石膏）替代二水石膏作为水泥的缓凝剂。但不论采用何种石膏生产的水泥，按照有关水泥标准进行产品检验时，一般区别不大，但在掺入减水剂情况下，有时却表现出大相径庭的塑化效果，尤其是以无水石膏作为缓凝剂的水泥碰到木钙（木钠）、糖钙组分时，则会产生严重的不相适应性。这样，不仅得不到预期的减水效果，而且往往会引起流动性损失过快甚至异常凝结。

然而为什么硬石膏作为缓凝剂的水泥碰到木钙（木钠）、糖钙时会产生前述异常现象呢？这是由于石膏的结晶形态不同，其对木钙（木钠）或糖钙的吸附能力也不相同，顺序为二水石膏﹥半水石膏﹥硬石膏。当采用硬石膏作为缓凝剂的水泥掺入木钙（木钠）或糖钙与水一起拌合时，无水石膏表面立即吸附大量的木钙或糖钙分子，并被吸附膜层严密的包围起来，无法为水泥浆体系提供必要的离子，因而造成大量水化，形成相当数量的水化铝酸钙结晶体并相互连接，这一结果轻者导致混凝土塌落度损失过快，而严重者将导致混凝土异常速凝。

不同石膏在不同减水剂中的溶解量见下表1

    外加剂对不同石膏类型水泥凝结时间的影响              表1

(注：水泥中＝6.94%   二水石膏掺入量4%    硬石膏掺入量5%)

综上所述，调整石膏的种类也会显著改善水泥与外加剂的适应性。其种类与适应性的好差的顺序为二水石膏﹥半水石膏﹥硬石膏。

许多混凝土工程为了缩短工期，要求所用的水泥要有一定的早强效果，而提高水泥的细度是最为有效的方法，水泥过细水化速度快，水化热高，同时水泥表面积的增加，更加降低可液相中残留外加剂的溶度，增加了液体的粘度，从而不能适应泵送预拌混凝土的要求。另外，过细的水泥还会降低混凝土中的含气量，降低混凝土的抗渗、抗冻性能。

高效减水剂与不同细度水泥的适应性不同,水泥细度增加,外加剂掺入量需提高,见下表：

高效减水剂与不同细度水泥的适应性                     表2

因此，水泥过细，水化速度快，需水量大，保水性好，但其塌落度损失快，而且水泥过细，混凝土收缩大，含气量下降，降低了混凝土的抗渗、抗冻、耐久性。

众所周知，商品混凝土离不开外加剂和矿物掺和料，各种掺合料和以减水剂为主要组份配制的各种外加剂为商品混凝土的生产和应用提供了必要的技术保障。根据国外及我国发达城市商品混凝土的发展经验，首先要解决好外加剂和矿物掺合料的配套供应和应用技术问题，否则，混凝土商品化的进程必将受到影响。

目前我国80%以上的水泥在粉磨时都掺入了一定量的混合料，如火山灰、粉煤灰、矿渣粉、煤矸石、石灰石和窑灰等。由于混合料的品种、性质和掺入量等不同，减水剂的作用效果存在较大差异。

混合料的种类、掺入量等对减水剂的适应性也有影响。由于火山灰质混合料具有较大的内比表面积,吸附量大,一般来说,减水剂对掺入矿渣混合料水泥的适应性好,而对掺入粉煤灰质混合料的适应性差。对于掺入粉煤灰混合料的水泥,不同品种的粉煤灰,对适应性影响差别较大,优质细粉煤灰,超细粉煤灰中含有球状玻璃体,对减水剂的吸附量小,适应性好。对粗粉煤灰、含碳量高的适应性差。

现今，水泥中的掺合料一般分为石灰石、矿渣、原状二级粉煤灰、细磨二级粉煤灰和煤干石等。由于水泥颗粒属连续级配颗粒紧密堆积体,加入两种或两种以上适宜混合料可加强填充效应。混合料无论是单掺还是复掺,混合料本身的质量要稳定,掺入量要均匀,这样,不仅水泥的强度指标稳定,而且为混凝土制备过程中外加剂的掺入创造了条件，特别指出,用作混合料的粉煤灰,最好选用一级灰。对于单掺来说，掺入石灰石要比掺入矿渣适应性好；掺入矿渣要比掺入原状二级粉煤灰适应性好；掺入原状二级粉煤灰要比掺入细磨二级粉煤灰适应性好；掺入细磨二级粉煤灰要比掺入煤干石适应性好。

水泥的碱含量主要指水泥中和的含量，通常以＋0.658表示，碱含量对水泥与减水剂的适应性会产生很大影响。

水泥中碱含量对外加剂适应性的影响：

(1)水泥中的碱主要来源于所用原材料，特别是石灰和粘土，当然这些碱相当一部分可以在水泥生产中挥发，但许多水泥企业为了节约能源，将挥发废气进行回收利用，这就使挥发的碱又沉淀下来，无形中使水泥含碱量增高。

(2)减水剂用于高碱水泥，减水率会急剧下降。试验表明，减水剂用于高碱水泥，混凝土增强效果下降，体积稳定性不好。

(3)缓凝剂的作用机理是能够吸附在水泥颗粒的表面，形成一层吸附膜，在一定时间内有效地阻止水泥水化，而大量的碱会破坏吸附膜，使水泥继续水化，失去了缓凝作用，如将缓凝剂用于有一定保塑要求的混凝土，则会加速坍落度损失，达不到保塑保坍效果。

碱含量还对水泥的流动度有影响，随着碱含量的增加，水泥的流动度呈下降趋势。见下表3：

碱含量对水泥流动度的影响                   表3

综上所述，水泥中碱含量越高，水泥的需水量就越大，凝结时间就越快，其与外加剂适应性就越差，反之适应性就越好。

相对于存放一定时间的水泥来说，减水剂对新鲜水泥的塑化效果要差一些。这是因为新鲜水泥的正电性较强，对减水剂的吸附能力较大。水泥的温度越高，减水剂对其塑化效果也越差，混凝土坍落度损失也较快。因此，有些商品混凝土生产企业利用刚出磨还未来得及散失掉热量的水泥配制的混凝土往往表现出减水率低、坍落度损失过快，甚至在搅拌机内就异常凝结的现象，应引起高度重视并避免这种现象。

对于同一品牌、同一等级的水泥,由于生产过程中原材料的变化、生料配合比的调整、工艺条件的改变等,都会导致水泥内在成分及性能指标的变化。因此,即使同品种、同品牌、同等级的水泥在不同时期,对外加剂的适应性也未必一样。

综上所述，水泥越新鲜（存放时间越短），温度越高，其水化热反应越快，对减水剂的吸附越多，适应性就越差，反之适应性就越好。

目前，外加剂掺和的方法有三种。

第一种：将水泥倒入水中，然后再加入外加剂。这种方法其流动度最小。

第二种：将水与外加剂混合，然后再加入水泥。这种方法其流动度中等。

第三种：将水泥加一半水，搅拌约30秒，然后再加入外加剂与另一半水。这种方法其流动度最大。

经过实验，采用后掺或滞水法或少量多次掺入的工艺。这种方法的效果较好。这就需要改变混凝土输送车的某些装置。若在搅拌运输车上安装配套的后掺或多次参加混凝土外加剂的仪器装置，那么混凝土外加剂与水泥适应性便可大大改善，而且这种运输车的技术优势便能较好地发挥出来，肯定会受到市场的青睐。

可见改善外加剂的掺合工艺可显著改善其与水泥的适应性。其改善措施如下：

（1）    改变外加剂的掺入时间，即采用后掺法或滞水法，这种方法效果比较明显；

（2）适当增加外加剂的掺量，增加混凝土中外加剂残留率也有比较明显的效果；

（3）掺入部分活性掺合料。试验证明具有一定活性的水硬性材料或自硬性材料，在满足一定的技术要求条件下与外加剂同掺，不但节约水泥，改善混凝土工作性，提高混凝土强度，还能改善外加剂对水泥的适应性；

（4）正确设计调整混凝土配合比，在不影响工作性的前提下，保证石膏有一定的溶解度；

（5）有效控制液相中Ca²⁺、OH^－、SO^2-₄ 离子的平衡；

（6）采用多种复合外加剂。

多品种外加剂的复合使用，不只是外加剂性能上的取长补短，更重要的是不同分子结构的外加剂同掺，由于分子间的相互作用，应用技术效果有较为明显的提高。将普通减水剂与高效减水剂同掺，在总掺量不变的情况下，减水率增加了15%～20%。在减少15%总用量情况下，减水增强性能不变，不但降低了成本，混凝土部分性能比单一掺用还有所提高，对水泥适应性也有所改善。

烧失量也决定着水泥与外加剂适应性的好坏。烧失量越大，则水泥与外加剂的适应性越差。反之，适应性就越好。

水泥中的颗粒级配从2～80微米不等，如果水泥中的颗粒从0～5微米级配太多时（大于55%左右），水泥与外加剂的适应性就较差。这主要表现为水泥需水量过大，容易产生早凝，无法达到泵送要求。而水泥颗粒从5～32微米级配较多时，水泥与外加剂适应性就较好。根据规范，要求水泥颗粒级配必须符合ST（富勒）级配。

混凝土搅拌时间会影响混凝土的含气量及混凝土外加剂对混凝土的分散效果、凝结时间，从而影响混凝土的工作和硬化混凝土的力学性和耐久性。

搅拌机搅拌速度过快，会破坏水泥浆中的胶体结构和破坏水泥颗粒表面形成双电层膜，使混凝土凝结时间坍落度损失、泌水量都受到较大影响。

根据掺入外加剂的水泥水化理论，凡是有利于水泥水化更完全、更彻底的外加剂特别是减水剂，均会一定程度的增大干缩。这是由于水化更充分的水泥石中会生成更多的水化硅酸钙凝胶，在其贡献更高更强的同时，也产生了更大的干缩。外加剂在化学适应的前提下，其产品的减水率并不代表实际减水率，这里还有剂量适应性问题。规范所述的减水率是用基准水泥并按基准配合比的检测结果，与实际工程所使用的水泥与减水剂测得的减水率有差别。在温度、配合比不变的条件下减水剂存在最优(饱和)掺量，缓凝剂对混凝土初凝时间的影响存在最优掺量： 即掺入少量的缓凝剂能延长混凝土的初凝时间。当掺量增加到一定值时，混凝土的初凝时间达到极值。若再增加掺量，其缓凝效果反而降低。这与实际工程所使用的水泥和缓凝剂测得的初凝时间最优掺量也有差别。

在使用缓凝剂时，通过试验找出缓凝剂的最优掺量，再根据施工要求的初凝时间，在最优掺量的范围内采用与之对应的合理掺量，以求达到既经济又能满足工程施工要求的目的。如果实际减水率远小于产品减水率的外加剂，证明该减水剂剂量与工程使用的水泥适应性不佳，一般应更换外加剂或水泥。

一般情况下，检验水泥∕混凝土与外加剂适应性的试验方法以水泥净浆流动度试验和混凝土塌落度与塌落度扩展度试验为主。在此，以水泥净浆流动度试验为例简单说明检测水泥与外加剂适应性的方法。

2.1.1 方法提要：在水泥净浆搅拌机中，加入一定量的水泥、外加剂进行搅拌，将搅拌好的净浆放入截锥圆模内，提起截锥圆模，测定水泥净浆在玻璃板平面上自由流淌的最大直径。

2.1.2 仪器：水泥净浆搅拌机、截锥圆模：上口直径36mm，下口直径60mm，高60mm，内壁光滑无接缝的金属容器、玻璃板：400×400×5mm、秒表、钢直尺刮刀、天平，称量0.1g、0.01g。

2.2.1 将玻璃板放在水平位置上，用湿布摩擦玻璃板、截锥圆模，搅拌器和搅拌锅，使其表面湿而不带水，将截锥圆模放在玻璃板的中央，并用湿布覆盖以备待用。

2.2.2 称取水泥300g，倒入搅拌锅中，加入推荐掺量的外加剂及87g或105g的水，搅拌3分钟。

2.2.3 将搅拌好的净浆迅速注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直的方向提起，同时开启秒表计时，任水泥净浆在玻璃板上流动，至30秒，用直尺量取流动部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水泥净浆流动度。结果表示应注明注水量，所用的水泥型号，出厂和外加剂的掺量。

随着社会经济的不断发展，工程技术的不断提高，施工成本摆上了重要目标值。在混凝土中加入适量的外加剂，能提高混凝土质量，改善混凝土性能，减少混凝土用水量，节约水泥，降低成本，加快施工进度，这给我们的施工带来明显的经济效益。但是，外加剂与水泥的适应性问题却没有引起足够的重视，给工程带来隐患，甚至造成了严重的质量和安全事故。

如何在提高经济效益的同时， 确保质量和安全，是值得我们深入探讨和研究的课题。下面简要列举施工中使用外加剂应注意的几个问题：相对于其他原材料而言，外加剂掺量虽然较少，但对混凝土质量至关重要。因此，在工程应用前，应按照质量标准、工程需要、施工条件和施工工艺等选择合适的外加剂。再根据现有的标准，在使用前对外加剂要作匀质性试验。此外，在原材料中，水泥对外加剂的影响最大，还应注意水泥品种的选择。水泥品种不同，将影响外加剂的使用效果，外加剂与水泥选择好后，外加剂掺量与水泥适应性必须经试验论证，确定之后，应严格控制。一般的，外加剂的复配技术是外加剂对水泥相适应的主要技术手段，复配技术中，两种和两种以上的外加剂相复配，取长补短，比单一的外加剂效果要好，且用量省。对水泥浆体的试验，可以对水泥和外加剂之间的适应性进行初步的分析，但不能保证用同样水泥和外加剂制备的混凝土流变性完美无缺。水泥浆体所得结果的有效性以后必须对混凝土进行试验验证。外加剂掺量确定之后进行混凝土试配，检验掺入外加剂混凝土的性能。同时，在施工中注意，在混凝土搅拌过程中，外加剂的掺入方法对外加剂的使用效果影响较大，因此，还应通过试拌确定采用适宜的掺入方法。搅拌过程中要严格控制外加剂和水的用量，选用合适的掺入方法和搅拌时间，保证外加剂充分起作用。在运输过程中还应注意保持混凝土的匀质性，避免分层，掺入缓凝型减水剂要注意初凝时间延缓，掺入高效减水剂或复合剂要注意坍落度损失快等特点，做好充分的准备，以确保工程质量。

混凝土外加剂是一种特殊产品。在混凝土中通常用量很少，但作用明显，因此产品质量特别重要不允许有任何质量差错，否则一旦发生混凝土质量事故，后果不堪设想。外加剂与水泥适应性的问题应该引起高度的重视。由于质量检验部门对外加剂的性能检测都是依据国家有关标准用基准水泥进行的，往往完全符合有关标准的水泥和外加剂。当在共同作为混凝土的原材料，配制生产混凝土拌和合料时就出现了不相适应的现象。工程中混凝土外加剂的使用，应通过试验找出适宜掺量范围，切勿盲目用超掺的方法来满足工程对外加剂的要求，以免造成损失，或者影响混凝土性能，从而造成质量和安全事故。

不同水泥生产企业,由于各自装备、工艺条件、技术水平及适应新标准技改措施的不同,即使是同品种、同等级的水泥,其特性也不一样,甚至差异悬殊,因此水泥与外加剂相容性区别很大。外加剂使用企业,应根据水泥的变化进行必要的试验研究工作,并在试验基础上,再投入使用。水泥生产企业也应站在更高的角度上,在保证出厂水泥各项指标满足国标的前提下,确保各项指标的稳定,使水泥更好地适应外加剂变化的脚步,为我国的建筑事业作出更大的贡献。