缓凝剂对混凝土性能的影响_

缓凝剂对混凝土性能的影响

摘要：混凝土凝结硬化快慢决定于水化反应的快慢。加入缓凝剂，水泥水化反应变慢，混凝土凝结时间变长，有关混凝土性能也将随之发生变化。当缓凝剂掺量过大，水泥反应时间过长，导致有未反应的水泥内核，直接导致混凝土相关性能的降低甚至损失。当掺量过少时，缓凝剂未起到相应的作用，混凝土缓凝失败。当缓凝剂和其他外加剂共用时，将使混凝土某些性能得到强化，更好适应工程应用。

关键词：混凝土性能缓凝剂缓凝作用

1缓凝剂的工作原理分析

1-1水泥水化反应过程

水泥的水化反应主要是四种主要熟料矿物与水反应，即硅酸三钙的水化、硅酸二钙的水化、铝酸三钙的水化和铁铝酸四钙的水化。四种矿物熟料主要水化产物为钙矾石、CSH凝胶、羟钙石。反应过程中，铝酸三钙C3A水化速度最快、水化热最多，但是对水泥石抗压强度贡献低。铁铝酸四钙C4AF水化速度快、水化热中等，同样对水泥石抗压强度贡献低，但是水泥石抗折强度主要来源。硅酸三钙C3S 水化速度快、水化热多，对水泥石早期强度贡献大。硅酸二钙C2S 水化速度慢、水化热少，对水泥石后期强度贡献大。

1-2缓凝剂的缓凝机理

由文献1、文献5可知，对缓凝剂作用机理的认识主要存在四种理论: 吸附理论、络合物生成理论、沉淀理论和Ca( OH) 2 结晶理论。

吸附理论认为大多数有机缓凝剂具有表面活性, 能在水泥颗粒的固液界面吸附, 改变了水泥颗粒表面的亲水性, 形成一层可抑制水泥水化的缓凝剂膜层, 从而导致混凝土凝结时间的延长。络合物生成理论认为缓凝剂分子可以与水泥水化生成的Ca2+ 形成络盐, 在水泥水化初期控制了液相中Ca2+ 离子浓度, 阻止水泥水化相的形成, 产生缓凝作用。比如三聚磷酸钠能与Ca2+ 生成稳定的络合物, 在水泥水化初始阶段, 阻碍了水化产物Aft 的形成, 抑制了水化产物CSH 的结晶成长, 延缓了C3 S 和C3A 的水化。沉淀理论认为有机或无机缓凝剂通过在水泥颗粒表面形成一层不溶性的薄层, 阻止水泥颗粒与水的接触, 因而延缓了水泥的水化, 起到缓凝作用。Ca( OH ) 2 结晶成核抑制理论认为缓凝剂通过吸附在Ca( OH ) 2 晶核上, 抑制Ca( OH) 2 结晶继续生长而产生缓凝作用。

不同类型和种类缓凝剂的作用并不能用同一理论进行解释, 通常, 多数有机缓凝剂( 含有羟基、羧酸基、羰基等活性官能团) 的缓凝作用归结为吸附理论；羟基羧酸盐及其盐类是典型的络合物生成剂, 采用络合物生成理论; 多数无机缓凝剂的作用则主要为水泥颗粒表面不溶物的生成, 宜用沉淀理论，即在水泥水化初期无机缓凝剂（无机电解质）的加入影响Ca(OH)2、CSH析出成核及CSH的形成过程，进而延缓了水泥凝结硬化。

2缓凝剂对混凝土性能的影响

缓凝剂不仅可以延缓混凝土凝结时间，使新拌混凝土较长时间内保持塑性，以便浇筑，提高施工效率，还能延缓水泥水化放热，减少裂纹产生。

2-1对水泥净浆凝结时间的影响

虽然水泥净浆的凝结时间与混凝土的凝结时间没有直接的对应关系，但水泥净浆的凝结时间能在一定程度上反映混凝土的凝结时间。由文献2图1、图2可知，缓凝剂种类不同，对初凝时间影响基本没有差别，掺量不同，初凝时间也不同，初凝时间随掺量的增加出现先增后减的现象。初凝时间最大对应的缓凝剂掺量为最佳掺量，不同种类缓凝剂最佳掺量一般不同。

2-2对混凝土工作性能的影响

混凝土工作性能一般指混凝土的和易性，即流动性、黏聚性和保水性。对塑性混凝土的流动性主要评价指标是坍落度和坍落度扩展度。从文献1表7、表1都可以看出，缓凝剂在适应的掺量内，混凝土的和易性得到一定的改善，流动性随着掺量的增加和增大。缓凝剂可以提高拌合物的均匀性，提高施工质量，对防止混凝土早期收缩和龟裂有利，对泵送混凝土有利。此外某些缓凝剂还有减水效果，保持坍落度不变和适应掺量的情况下，掺量大，拌合物减水量大。

2-3对混凝土的力学性能影响

缓凝剂对混凝土的力学性能影响主要反映在对混凝土的抗压、抗弯强度的影响。缓凝剂对混凝土强度的影响不是通过改变其化学成分而是改变其内部空间结构来影响的。由文献1表9、表10及文献2表1可知，在适应的掺量下，缓凝剂降低混凝土早期强度，但对中后期强度影响不大。随着掺量的增大，混凝土早期强度降低增多，强度增长速度变慢，达到设计强度时间加长。缓凝剂种类不同，对混凝土强度的影响规律基本相同。如果掺量过大，使得缓凝时间过长，引气量过大，混凝土内部水分过分蒸发和散失，水泥水化过缓或中止，水化成度低，水化产物少，导致混凝土早期强度降低很多，也会降低中

后期强度，出现混凝土长时间不凝固，达不到设计强度，造成混凝土强度损失。若掺量过少，甚至没加，则缓凝效果不显著。

2-4对混凝土耐久性的影响

缓凝剂对混凝土的耐久性也有一定的影响，缓凝剂一般与聚羧酸系高效减水剂组成复合剂，对混凝土的抗氯离子渗透性有一定影响。由文献4可知，聚羧酸系高效减水剂与不同种类的缓凝剂组合时，氯离子的扩散系数不同，抗渗透性能不同；此外，缓凝剂的掺量不同，同样也会有不同的抗渗透能力。因此，选用合适的缓凝剂与聚羧酸系高效减水剂组合完全可以显著降低56d的混凝土氯离子扩散系数，大大提高其抗渗透性能。

3缓凝剂的选用

缓凝剂常用类型有有机缓凝剂、无机缓凝剂和复合缓凝高效减水剂，使用缓凝剂施工时，要根据现场气温或混凝土拌合物温度、凝结时间、运距、停放时间、强度等选择合适的品种，并确定最佳掺量。最佳掺量要结合工程施工的环境、工艺、原材料、配合比和结构类型的条件综合确定。缓凝剂应以溶液和水同时加入拌合物，溶液一定要均匀，已分层或出现沉淀的缓凝剂溶液禁止使用。缓凝剂可以与其他外加剂如减水剂复合使用，复合液出现絮凝状或沉淀，应分别配置，分别加入，具体使用方法应遵循GB50119-2003《混凝土外加荆应用技术规范》。在混凝土中掺加如多元醇类、糖类、木质素磺酸盐类等缓凝剂时，有时会引起混凝土假凝现象，缓凝剂对水泥品种的适应性十分明显，因此在使用前，要进行水泥适应性试验，合格后才能使用。采用标准稠度的水泥净浆可定性的检验缓凝剂与水泥的适应性，其检验方法可参见有关技术指南。

4结论

缓凝剂是连续浇筑、泵送、大体积混凝土施工等施工工艺必不可少的一种外加剂，其应用相当广泛，缓凝剂适用于高温条件下连续灌筑混凝土、大体积混凝土、预拌混凝土和泵送混凝土，现今的科学应用技术和施工技术已对缓凝剂的作用机理有明确的认识，对缓凝剂的应用有具体的要求。通常缓凝剂的掺量都选择最佳掺量，不同种类缓凝剂最佳掺量不同，一种缓凝剂对不同种水泥其最佳掺量亦不同。如果缓凝剂过量使用，不仅会造成混凝土过分缓凝，还会降低混凝土中后期强度，轻则引起混凝土质量问题，重则造成严重的工程事故。如掺量过少或者没加，混凝土凝结过快，大体积混凝土施工时易引起温度裂缝，泵送混凝土则易堵管、爆管，难于泵率。此外，在缓凝剂使用过程中，由于缓凝剂使用不当或者与水泥不适应出现异常凝结，为