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緩凝劑的作用機理及緩凝效果評價方法

2016-04-12 16:15:05

1、緩凝劑的定義及其特點

緩凝劑是一種能推遲水泥水化反應,從而延長混凝土凝結時間的外加劑。使用緩凝劑可使新拌混凝土在較長時間內保持塑性,方便澆注,提高施工效率,同時不會對混凝土后期各項性能造成不良影響。??

對于商品泵送混凝土,或者在夏季高溫環境下施工的混凝土,采用緩凝劑還可以減少坍落度損失,保證混凝土正常運輸和泵送施工,提高工效,避免材料浪費。對于大體積混凝土,通過添加緩凝劑,還可以降低混凝土絕對溫升,延遲溫峰出現時間,有效避免混凝土溫度應力裂縫的產生。??

2、緩凝劑的種類??

緩凝劑種類較多,按其化學成分可分為無機緩凝劑和有機緩凝劑兩大類。??

無機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。近年來應用較為廣泛的無機緩凝劑是磷酸鹽和偏磷酸鹽類緩凝劑。??

有機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定,受溫度影響較小,摻量一般為水泥質量的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、價格低廉且緩凝作用較穩定而被廣泛應用,摻量一般為水泥質量的0.001%~0.03%。??

3、緩凝劑的作用機理??

緩凝劑的作用機理比較復雜,很難用一種理論來概括。目前較為認可的理論有:吸附理論、生成絡鹽理論、沉淀理論和控制氫氧化鈣結晶生長理論。??

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構,使水泥顆粒吸附水分的過程及水化反應受到抑制。另外,有些緩凝劑離子可以吸附到水泥水化產物晶體表面,抑制晶體的生長,也會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 生成絡鹽理論??

Ca2+達到飽和,生成Ca(OH)2晶體,是促使水泥水化誘導期結束的重要原因。緩凝劑分子中的-OH、-COO-等官能團可以與溶液中的Ca2+形成絡鹽,抑制Ca(OH)2的結晶,從而有效地延長水泥水化的誘導期。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。該理論比較適用于糖蜜緩凝劑。??

3.4 控制氫氧化鈣結晶生長理論??

控制氫氧化鈣結晶生長理論認為緩凝劑阻礙了Ca(OH)2結晶,使C3S無法正常生成水化硅酸鈣凝膠,從而抑制水泥的水化反應。該理論比較適用于無機緩凝劑。??

4、緩凝劑緩凝效果的評價方法??

目前,針對緩凝劑緩凝效果的評價方法還比較局限,主要是凝結時間和凝結時間差的測定。??

對于凈漿,標準方法為《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》(GBT 1346-2011)規定的測試方法。該方法所用儀器為標準維卡儀,測定凝結時間之前需預先測定標準稠度用水量,再按照標準稠度用水量制備水泥凈漿,測定水泥凈漿的初凝和終凝時間。該方法的優點是方便、快捷,缺點是存在較大的人為誤差,主要體現在操作過程及讀數方面的偶然性,尤其是在確定終凝時間時的人為誤差更加明顯。??

對于混凝土,標準方法為《混凝土外加劑》(GB8076-2008)規定的測試方法。該方法所用儀器為貫入阻力儀,測定凝結時間之前需將混凝土拌合物用5mm(圓孔篩)振動篩篩出砂漿并裝入標準規格金屬圓筒中,可得到貫入阻力值與時間的關系曲線,然后求出貫入阻力值達3.5MPa時,對應的時間作為初凝時間;貫入阻力值達28MPa時,對應的時間作為終凝時間。該方法的優點是結果準確、誤差較小,缺點是操作過程比較復雜,耗時費力。??

隨著科技的進步,國內外學者也嘗試利用一些新的手段來評價緩凝劑的緩凝效果,如水化溫升、X射線衍射、低場核磁共振、電阻法等方法,雖然簡單有效,但準確性尚須大量工程實踐檢驗,且都沒有形成相關標準。因此,目前工程上仍以傳統方法為主。??

凝結時間差是緩凝劑作用效果的最直觀的體現,而緩凝劑的好壞卻不只是由這兩者決定。理想的緩凝劑應當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凝結時間可調性強,并且不產生異常凝結現象。另外,尤為重要的是,緩凝劑應能使水泥漿體初凝結時間明顯延緩,而初凝和終凝間的間隔盡量縮短。??

5、結語??

    在商品混凝土飛速發展的今天,緩凝劑起著非常重要的作用。隨著人們對緩凝劑認識的不斷加深,緩凝劑的應用也將越來越廣泛,特別是在生產有需要減少水泥瞬時水化熱、推遲水泥水化峰值的大體積混凝土時,緩凝劑不可或缺。

——摘自《中國混凝土外加劑網》

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