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作者: 杨旭
来源: 中国腐蚀与防护网
发布时间: 2018-06-29
关键词: 混凝土, 缓凝剂, 特点, 评价方法
领域: 腐蚀领域
摘要: 缓凝剂的作用机理及缓凝效果评价方法
正文: 在商品混凝土飞速发展的今天，缓凝剂起着非常重要的作用。随着人们对缓凝剂认识的不断加深，缓凝剂的应用也将越来越广泛，特别是在生产有需要减少水泥瞬时水化热、推迟水泥水化峰值的大体积混凝土时，缓凝剂不可或缺。 1、缓凝剂的定义及其特点缓凝剂是一种能推迟水泥水化反应，从而延长混凝土凝结时间的外加剂。使用缓凝剂可使新拌混凝土在较长时间内保持塑性，方便浇注，提高施工效率，同时不会对混凝土后期各项性能造成不良影响[1]。对于商品泵送混凝土，或者在夏季高温环境下施工的混凝土，采用缓凝剂还可以减少坍落度损失，保证混凝土正常运输和泵送施工，提高工效，避免材料浪费。对于大体积混凝土，通过添加缓凝剂，还可以降低混凝土绝对温升，延迟温峰出现时间，有效避免混凝土温度应力裂缝的产生。 2、缓凝剂的种类缓凝剂种类较多，按其化学成分可分为无机缓凝剂和有机缓凝剂两大类[2]。无机缓凝剂主要包括磷酸盐、偏磷酸盐、锌盐、硫酸铁、硫酸铜、氟硅酸盐和硼砂等。近年来应用较为广泛的无机缓凝剂是磷酸盐和偏磷酸盐类缓凝剂[3]。有机缓凝剂主要包括以下几种：（1）羟基羧酸、氨基羧酸及其盐，常见的有柠檬酸、葡萄糖酸、水杨酸等及其盐。其掺量一般为水泥质量的0.005%~0.02%；（2）多元醇及其衍生物。这类缓凝剂的缓凝作用较为稳定，受温度影响较小，掺量一般为水泥质量的0.005%~0.02%；（3）糖类，如葡萄糖、蔗糖、糖蜜等及其衍生物。由于其原料广泛、价格低廉且缓凝作用较稳定而被广泛应用，掺量一般为水泥质量的0.001%~0.03%[4]。 3、缓凝剂的作用机理缓凝剂的作用机理比较复杂，很难用一种理论来概括。目前较为认可的理论有：吸附理论、生成络盐理论、沉淀理论和控制氢氧化钙结晶生长理论[2, 4, 5]。 3.1 吸附理论缓凝剂吸附在水泥颗粒表面形成一层致密的吸附膜层，改变了水泥颗粒表面的双电层结构，使水泥颗粒吸附水分的过程及水化反应受到抑制。另外，有些缓凝剂离子可以吸附到水泥水化产物晶体表面，抑制晶体的生长，也会起到延缓水化的作用。该理论比较适用于糖类、多元醇及其衍生物。 3.2 生成络盐理论 Ca2+达到饱和，生成Ca（OH）2晶体，是促使水泥水化诱导期结束的重要原因。缓凝剂分子中的-OH、-COO-等官能团可以与溶液中的Ca2+形成络盐，抑制Ca（OH）2的结晶，从而有效地延长水泥水化的诱导期。该理论比较适用于羟基羧酸、氨基羧酸及其盐。 3.3 沉淀理论沉淀理论认为缓凝剂能在水泥颗粒表面形成一层难溶性沉淀层，阻止水分与水泥颗粒的接触，抑制水泥颗粒表面成分的溶解，从而延缓水泥的水化反应。该理论比较适用于糖蜜缓凝剂。 3.4 控制氢氧化钙结晶生长理论控制氢氧化钙结晶生长理论认为缓凝剂阻碍了Ca（OH）2结晶，使C3S无法正常生成水化硅酸钙凝胶，从而抑制水泥的水化反应。该理论比较适用于无机缓凝剂。 4、缓凝剂缓凝效果的评价方法目前，针对缓凝剂缓凝效果的评价方法还比较局限，主要是凝结时间和凝结时间差的测定。对于净浆，标准方法为《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GBT 1346-2011）规定的测试方法。该方法所用仪器为标准维卡仪，测定凝结时间之前需预先测定标准稠度用水量，再按照标准稠度用水量制备水泥净浆，测定水泥净浆的初凝和终凝时间。该方法的优点是方便、快捷，缺点是存在较大的人为误差，主要体现在操作过程及读数方面的偶然性，尤其是在确定终凝时间时的人为误差更加明显。对于混凝土，标准方法为《混凝土外加剂》（GB8076-2008）规定的测试方法。该方法所用仪器为贯入阻力仪，测定凝结时间之前需将混凝土拌合物用5mm（圆孔筛）振动筛筛出砂浆并装入标准规格金属圆筒中，可得到贯入阻力值与时间的关系曲线，然后求出贯入阻力值达3.5MPa时，对应的时间作为初凝时间；贯入阻力值达28MPa时，对应的时间作为终凝时间。该方法的优点是结果准确、误差较小，缺点是操作过程比较复杂，耗时费力。随着科技的进步，国内外学者[5-7]也尝试利用一些新的手段来评价缓凝剂的缓凝效果，如水化温升、X射线衍射、低场核磁共振、电阻法等方法，虽然简单有效，但准确性尚须大量工程实践检验，且都没有形成相关标准。因此，目前工程上仍以传统方法为主。凝结时间差是缓凝剂作用效果的最直观的体现，而缓凝剂的好坏却不只是由这两者决定。理想的缓凝剂应当在掺量较小的情况下具有显着的缓凝作用，而且在一定掺量范围内凝结时间可调性强，并且不产生异常凝结现象。另外，尤为重要的是，缓凝剂应能使水泥浆体初凝结时间明显延缓，而初凝和终凝间的间隔尽量缩短[8]。 5、结语在商品混凝土飞速发展的今天，缓凝剂起着非常重要的作用。随着人们对缓凝剂认识的不断加深，缓凝剂的应用也将越来越广泛，特别是在生产有需要减少水泥瞬时水化热、推迟水泥水化峰值的大体积混凝土时，缓凝剂不可或缺。参考文献： [1]何廷树。混凝土外加剂[M ]. 西安：陕西科学技术出版社， 2003. [2]周丹。混凝土外加剂-缓凝剂发展状况[J]. 科技视界， 2012, （34）：101-145. [3]黄宗凯，赵自勉，胡小勇等。缓凝剂对混凝土性能的影响[J]. 江西建材， 2012, （06）： 22-23. [4]车广杰。混凝土缓凝剂的分类及其作用机理[J]. 黑龙江科技信息， 2009, （10）： 236. [5]杨守磊。高效减水剂及缓凝剂对水泥初期水化与钙矾石结晶形成的影响[D]. 西安建筑科技大学， 2011. [6]Luke K, Hall C, Jones T, et al. New techniques for monitoring cement hydrationunder simulated well conditions[Z]. SPE 28958, 1995. [7]孙振平，俞洋，庞敏。一种利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥凝结时间的方法。中国。 ZL201010503009. 6[P]. 2013-05-01. [8] 王振军，何廷树。缓凝剂作用机理及对水泥混凝土性能影响[J]. 公路， 2006, （07）： 149-154. 更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：王元《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事投稿联系：编辑部电话：010-62313558-806 邮箱：fsfhzy666@163.com 中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

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