混凝土外加剂相容性快速检测方法的试验研究

引言

外加剂和水泥间相容性问题一直是影响混凝土质量的重要因素。相容性差会加速混凝土拌和物的坍落度损失率、凝结时间异常、强度发展不良，对混凝土施工质量和施工进度造成严重影响。在过去，混凝土外加剂相容性检测方法的周期过长，难以满足现场快速检测需求，如坍落度经时损失试验、凝结时间试验等[1]。基于此，研究高效、精准的混凝土外加剂相容性快速检测方法，对强化混凝土工程有着重要意义。

一、试验原材料与方法

1. 试验原材料

1.1 水泥

水泥选用P·O 42.5 普通硅酸盐水泥，其化学成分及矿物组成对外加剂相容性有着直接影响。使用X 射线荧光光谱仪（XRF）和X 射线衍射仪（XRD）分析水泥成分。

1.2 外加剂

外加剂采用聚羧酸系高性能减水剂，固含量为 30% ，减水率 230% 。为了确保试验的精准度，实验前对减水剂pH 值、密度等指标进行检测，以保障其质量稳定性。

1.3 试验用水

试验用水需满足《混凝土用水标准》（JGJ 63），水中的杂质含量、离子成分必须达到试验要求，以免影响试验结果。

2. 试验方法

2.1 传统检测方法

按照《水泥净浆标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346）开展净浆流动度试验。称取 500g 水泥样品，将聚羧酸系减水剂按照说明标准配置成溶液并加入水泥中，使用水泥搅拌机搅拌，搅拌程序分为低速搅拌 120s、停拌 15s、高速搅拌 120s。完成搅拌工作后，快速将净浆注入到截锥圆模内，将上口刮平，垂直线上提起圆模，在水泥净浆自由流淌30s 后，测量互相垂直两个方向流淌直径，计算均值作为净浆流动度。分别测定 0min 、 30min 、 60min 时的净浆流动度，根据流动度的经时变化评估外加剂与水泥的相容性，流动度损失与相容性成反比关系[2]。使用混凝土搅拌机搅拌，完成搅拌工作后，测定混凝土拌和物初始坍落度，将拌合物装入密封容器内，在 30min 、 60min 时段取出，再次测定坍落度，分析坍落度损失状况，判断外加剂和水泥在实际混凝土体系内的适应性。

2.2 快速检测方法

Zeta 电位检测，借助激光多普勒电泳技术测定颗粒表面Zeta 电位。将水泥、外加剂按照说明书标准混合，加入去离子水制成悬浮液，充分搅拌后加入到样品池内。Zeta 电位绝对值反映出颗粒静电斥力，绝对值与颗粒分散性、水泥与外加剂相容性成正比关系。测定不同时间点的Zeta 电位值，即可评估外加剂对水泥颗粒的分散稳定性。

净浆流动度时变性检测使用快速搅拌设备，在 3-5min 连续测定净浆流动度随时间变化的趋势。该方法通过控制搅拌速度与缩短检测时间，模拟水泥和外加剂相互作用早期过程。将水泥、外加剂、水按照比例加入容器内，开启快速搅拌程序，每隔 30s 测定一次净浆流动度，绘制流动度与时间曲线，分析曲线斜率判断外加剂与水泥相容性，衰减率与相容性成反比。

电阻率检测中，使用高精度电阻率仪，将电极插入水泥净浆或混凝土搅拌物内，实时测定电阻率变化情况。水泥水化与外加剂相互作用期间，体系离子浓度、迁移速度变化，电阻率也随之变化。电阻率变化速率与外加剂、水泥反应度有直接关联，通过分析电阻率的时间变化曲线，即可快速评估外加剂和水泥相容性，如若电阻率快速下降后趋于稳定，则代表相容性较差[3]。

二、试验结果与分析

1. 不同检测方法对比

通过试验分析不同时间下净浆流动度与混凝土坍落度变化态势，随着时间延长，净浆流动度与混凝土坍落度均逐步减小，在 60min 时净浆流动度从初始值 280mm 降低至 180mm ，混凝土坍落度从 220mm 下降至 140m m，代表二者存在一定相容性问题。

1.2 快速检测方法结果

Zeta 电位检测结果表明，Zeta 电位绝对值 >30mV 时，外加剂和水泥有良好的相容性；绝对值 <20mV 时，相容性较差。在试验中，初始 Zeta电位为 28mV ， 30min 后下降至 15mV ，表明随时时间延长外加剂、水泥间的静电斥力减弱，降低了相容性。

净浆流动度时变性检测中，快速搅拌 3min 测定净浆流动度变化情况，结果表明流动度衰减率与混凝土坍落度损失有直接关系。流动度衰减速率越快，坍落度损失越大，即二者相容性变差。

电阻率检测结果表明，二者混合初期时电阻率快速下降，后续逐步趋于平稳。电阻率下降速率快表明水泥与外加剂相互作用剧烈，大概率存在二者相容性问题。

2. 影响外加剂与水泥相容性的因素分析

逐步增加外加剂产量阶段，Zeta 电位绝对值表现出先大后小的趋势，净浆流动度呈现为先增后降趋势。在外加剂掺入量达到阈值时，会产生“饱和点”现象，外加剂掺量过多会导致分子间相互缠绕，降低分散效果，影响相容性。

水泥CA 含量较高，会加快早期水化速度，大量吸附外加剂分子，减弱了外加剂分散效果，降低Zeta 电位，相容性随之变差。试验中发现水泥中 C₃A 含量为 8.5% 要比含量 6.5% 的水泥相容性更差。

温度升高会使水化反应加剧，导致外加剂和水泥相容性变差。在 20^∘C 、30^∘C 、 40^∘C 温度条件下开展试验，结果表明温度每提升 10^∘C ，混凝土坍落度损失率会提升 20‰ 不等。

结束语

综上所述， Zeta 电位检测、净浆流动度时变性检测和电阻率检测等快速检测方法，可在更短的时间内评估水泥、外加剂的相容性，检测结果与混凝土工作性能具有良好相关性。水泥矿物成分、外加剂用量、温度等因素会影响二者的相容性，在实际工程中需重点考虑此类因素。快速检测方法适用于混凝土生产现场，可为混凝土配比、混凝土质控提供技术支撑，应用前景广阔。

参考文献

[1]陈尊利,王海军.氟石膏对水泥与外加剂相容性的影响[J].中国水泥,2024,(S2):180-182.

[2]王麟,刘铁.水泥与混凝土外加剂相容性差的影响因素与应对措施[J].中国水泥,2024,(S2):128-130.

[3]丁波,贺敏,欧蔓丽,等.聚羧酸减水剂与水泥的相容性研究进展[J].建筑科学,2024,40(09):143-153.