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关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学、河北工大、北京交大硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员、混凝土耐久性专业委员会委员,全国混凝土标准化技术委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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缓凝剂的作用机理及缓凝效果评价方法  

2017-06-24 07:28:19|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    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著的缓凝作用,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。



来源:同济混凝土外加剂 杨旭

    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.


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