緩凝劑的作用機(jī)理及緩凝效果評(píng)價(jià)方法

  1、緩凝劑的定義及其特點(diǎn)

  緩凝劑是一種能推遲水泥水化反應(yīng)，從而延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間的外加劑。使用緩凝劑可使新拌混凝土在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持塑性，方便澆注，提高施工效率，同時(shí)不會(huì)對(duì)混凝土后期各項(xiàng)性能造成不良影響[1]。

  對(duì)于商品泵送混凝土，或者在夏季高溫環(huán)境下施工的混凝土，采用緩凝劑還可以減少坍落度損失，保證混凝土正常運(yùn)輸和泵送施工，提高工效，避免材料浪費(fèi)。對(duì)于大體積混凝土，通過添加緩凝劑，還可以降低混凝土絕對(duì)溫升，延遲溫峰出現(xiàn)時(shí)間，有效避免混凝土溫度應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生。

  2、緩凝劑的種類

  緩凝劑種類較多，按其化學(xué)成分可分為無(wú)機(jī)緩凝劑和有機(jī)緩凝劑兩大類[2]。

  無(wú)機(jī)緩凝劑主要包括磷酸鹽、偏磷酸鹽、鋅鹽、硫酸鐵、硫酸銅、氟硅酸鹽和硼砂等。近年來(lái)應(yīng)用較為廣泛的無(wú)機(jī)緩凝劑是磷酸鹽和偏磷酸鹽類緩凝劑[3]。

  有機(jī)緩凝劑主要包括以下幾種：

  （1）羥基羧酸、氨基羧酸及其鹽，常見的有檸檬酸、葡萄糖酸、水楊酸等及其鹽。其摻量一般為水泥質(zhì)量的0.005%~0.02%；（2）多元醇及其衍生物。這類緩凝劑的緩凝作用較為穩(wěn)定，受溫度影響較小，摻量一般為水泥質(zhì)量的0.005%~0.02%；（3）糖類，如葡萄糖、蔗糖、糖蜜等及其衍生物。由于其原料廣泛、價(jià)格低廉且緩凝作用較穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用，摻量一般為水泥質(zhì)量的0.001%~0.03%[4]。

  3、緩凝劑的作用機(jī)理

  緩凝劑的作用機(jī)理比較復(fù)雜，很難用一種理論來(lái)概括。目前較為認(rèn)可的理論有：吸附理論、生成絡(luò)鹽理論、沉淀理論和控制氫氧化鈣結(jié)晶生長(zhǎng)理論[2, 4, 5]。

  3.1 吸附理論

  緩凝劑吸附在水泥顆粒表面形成一層致密的吸附膜層，改變了水泥顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)，使水泥顆粒吸附水分的過程及水化反應(yīng)受到抑制。另外，有些緩凝劑離子可以吸附到水泥水化產(chǎn)物晶體表面，抑制晶體的生長(zhǎng)，也會(huì)起到延緩水化的作用。該理論比較適用于糖類、多元醇及其衍生物。

  3.2 生成絡(luò)鹽理論

  Ca2+達(dá)到飽和，生成Ca(OH)2晶體，是促使水泥水化誘導(dǎo)期結(jié)束的重要原因。緩凝劑分子中的-OH、-COO-等官能團(tuán)可以與溶液中的Ca2+形成絡(luò)鹽，抑制Ca(OH)2的結(jié)晶，從而有效地延長(zhǎng)水泥水化的誘導(dǎo)期。該理論比較適用于羥基羧酸、氨基羧酸及其鹽。

  3.3 沉淀理論

  沉淀理論認(rèn)為緩凝劑能在水泥顆粒表面形成一層難溶性沉淀層，阻止水分與水泥顆粒的接觸，抑制水泥顆粒表面成分的溶解，從而延緩水泥的水化反應(yīng)。該理論比較適用于糖蜜緩凝劑。

  3.4 控制氫氧化鈣結(jié)晶生長(zhǎng)理論

  控制氫氧化鈣結(jié)晶生長(zhǎng)理論認(rèn)為緩凝劑阻礙了Ca(OH)2結(jié)晶，使C3S無(wú)法正常生成水化硅酸鈣凝膠，從而抑制水泥的水化反應(yīng)。該理論比較適用于無(wú)機(jī)緩凝劑。

  4、緩凝劑緩凝效果的評(píng)價(jià)方法

  目前，針對(duì)緩凝劑緩凝效果的評(píng)價(jià)方法還比較局限，主要是凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)時(shí)間差的測(cè)定。

  對(duì)于凈漿，標(biāo)準(zhǔn)方法為《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GBT 1346-2011）規(guī)定的測(cè)試方法。該方法所用儀器為標(biāo)準(zhǔn)維卡儀，測(cè)定凝結(jié)時(shí)間之前需預(yù)先測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，再按照標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量制備水泥凈漿，測(cè)定水泥凈漿的初凝和終凝時(shí)間。該方法的優(yōu)點(diǎn)是方便、快捷，缺點(diǎn)是存在較大的人為誤差，主要體現(xiàn)在操作過程及讀數(shù)方面的偶然性，尤其是在確定終凝時(shí)間時(shí)的人為誤差更加明顯。

  對(duì)于混凝土，標(biāo)準(zhǔn)方法為《混凝土外加劑》（GB8076-2008）規(guī)定的測(cè)試方法。該方法所用儀器為貫入阻力儀，測(cè)定凝結(jié)時(shí)間之前需將混凝土拌合物用5mm（圓孔篩）振動(dòng)篩篩出砂漿并裝入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格金屬圓筒中，可得到貫入阻力值與時(shí)間的關(guān)系曲線，然后求出貫入阻力值達(dá)3.5MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為初凝時(shí)間；貫入阻力值達(dá)28MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為終凝時(shí)間。該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果準(zhǔn)確、誤差較小，缺點(diǎn)是操作過程比較復(fù)雜，耗時(shí)費(fèi)力。

  隨著科技的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[5-7]也嘗試?yán)靡恍┬碌氖侄蝸?lái)評(píng)價(jià)緩凝劑的緩凝效果，如水化溫升、X射線衍射、低場(chǎng)核磁共振、電阻法等方法，雖然簡(jiǎn)單有效，但準(zhǔn)確性尚須大量工程實(shí)踐檢驗(yàn)，且都沒有形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，目前工程上仍以傳統(tǒng)方法為主。

  凝結(jié)時(shí)間差是緩凝劑作用效果的最直觀的體現(xiàn)，而緩凝劑的好壞卻不只是由這兩者決定。理想的緩凝劑應(yīng)當(dāng)在摻量較小的情況下具有顯著的緩凝作用，而且在一定摻量范圍內(nèi)凝結(jié)時(shí)間可調(diào)性強(qiáng)，并且不產(chǎn)生異常凝結(jié)現(xiàn)象。另外，尤為重要的是，緩凝劑應(yīng)能使水泥漿體初凝結(jié)時(shí)間明顯延緩，而初凝和終凝間的間隔盡量縮短[8]。

  5、結(jié)語(yǔ)

  在商品混凝土飛速發(fā)展的今天，緩凝劑起著非常重要的作用。隨著人們對(duì)緩凝劑認(rèn)識(shí)的不斷加深，緩凝劑的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛，特別是在生產(chǎn)有需要減少水泥瞬時(shí)水化熱、推遲水泥水化峰值的大體積混凝土?xí)r，緩凝劑不可或缺。

  參考文獻(xiàn)：

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  [4]車廣杰.混凝土緩凝劑的分類及其作用機(jī)理[J]. 黑龍江科技信息, 2009, (10): 236.

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  [8] 王振軍, 何廷樹. 緩凝劑作用機(jī)理及對(duì)水泥混凝土性能影響[J]. 公路, 2006, (07): 149-154.