摘要：对混凝土外加剂中缓凝成分的作用机理进行了总结。
关键词：混凝土外加剂; 缓凝成分; 作用机理
一、前言
缓凝剂是一种能延长混凝土初、终凝时间的外加剂, 其主要作用在于延缓水泥的水化硬化速度, 以使新拌混凝土在较长时间内保持塑性。具体如下:
1.调节新拌混凝土的初、终凝时间, 使其按施工要求在较长时间内保持塑性, 以利于浇注成型, 不留或少留施工缝。
2.延缓水泥水化放热速率, 降低水化热峰值, 减少或避免因水化热过度集中产生的温差应力所造成的混凝土结构裂缝, 尤其是夏季或大体积混凝土施工尤为重要。
3.在泵送混凝土中, 缓凝剂是减轻或抑制高效减水剂或泵送剂所引起混凝土坍落度损失的有效措施。
二、缓凝剂的类别
目前在混凝土中使用的缓凝剂品种较多, 按其生产来源可以分为工业副产品类及纯化学品类。按其化学成分又可分为无机盐类、多羟基碳水化合物类、木质素磺酸盐类等。
1.无机缓凝剂
无机缓凝剂是一些无机盐, 如锌盐、锡盐、铅盐、氟硅酸盐、磷酸盐(三聚磷酸钠、正磷酸钠及其酸式盐)等。
2.有机缓凝剂
有机缓凝剂是较为广泛的一大类缓凝剂, 其中又可按其分子结构分成羟基羧酸盐类、糖类及其化合物、多元醇及其衍生物。
三、缓凝剂对水泥缓凝作用的机理分析
对水泥缓凝外加剂作用的机理, 众说纷纭, 可分为络合作用、成核生成作用、吸附作用和沉淀作用等四个作用。相同的缓凝剂可能同时存在有两种或两种以上的作用机理。络盐络合作用认为: 无机缓凝剂与溶液中Ca2+形成络盐而抑制了Ca(OH)2 结晶析出, 如水泥浆中掺硼酸、酒石酸或盐时, 生成与钙矾石相似的化合物(络合物), 从而延缓了水泥水化结晶析出。
有机酸缓凝剂的羧基主导缓凝作用。有机酸或它们的盐类能通过阻止Ca(OH)2 的成核而使诱导期延长, 因为它们通过羧基的螯合作用吸附在Ca(OH)2 的平面上, 阻止了晶体的正常生长。具有螯合能力的化合物如酒石酸都具有很强的延缓诱导期的能力。含有羧基羟基的小分子及梳型结构大分子羧酸类羧基和金属离子形成螯合环而产生缓凝作用, 生成螯合环的数量和大小会影响延缓作用的能力。
无机、有机缓凝剂的缓凝机理, 可以概括为, 无机盐是通过与钙离子生成络盐而发生缓凝作用; 含羧基的有机缓凝剂, 与钙离子生成稳定的螯合物, 改变钙离子浓度; 碳水化合物与氧化钙生成糖钙分子化合物或叫络合物, 改变了钙离子浓度。三种不同的类型缓凝剂的三种作用最终都是通过降低钙离子浓度, 延长水泥水化诱导期达到延缓水泥水化时间而缓凝, 其性质是相同的。
四、缓凝剂对混凝土性能的影响
1.对新拌混凝土性能的影响
(1)延缓初、终凝时间。对混凝土凝结时间的影响主要表现在终凝之前, 终凝之后影响甚小。缓凝剂品种、掺量不同, 水泥品种、混凝土配合比不同, 对缓凝时间的影响是不一样的。
(2)降低水泥水化放热速率。由于缓凝剂可以抑制水泥早期水化速度, 从而减缓放热速率和降低放热峰值。
(3)降低混凝土的坍落度损失。缓凝剂经常能控制新拌混凝土的坍落度经时损失, 它们对水泥早期水化的控制作用而降低了坍落度损失程度。
2.对硬化混凝土性能的影响
(1)对强度的影响。掺缓凝剂的混凝土早期强度比未掺的低一些,但后期强度没有什么影响。
(2)收缩性。掺缓凝剂的混凝土收缩性较未掺的大一些, 随着掺量的增大而增加。因此在外加剂标准中也允许收缩值在不大于135%的范围之内。
(3)耐久性。掺缓凝剂的混凝土耐久性( 抗渗性、抗冻性) 与未掺者相比基本上无多大差别。
五、结论
1.无机、有机缓凝剂的缓凝作用原理都是络合作用。缓凝作用的产生, 是由于有络合能力的无机、有机缓凝剂与水泥水化的水溶液中钙离子生成络合物, 降低了水泥水化诱导期的钙离子浓度, 阻止Ca(OH)2 和钙盐晶体的生成、析出, 而延缓水泥水化的进程。
2.缓凝剂不会改变水泥水化早期、中期、后期和各个反应阶段的正常进行次序, 只是延长诱导期进行的时间。
3.对混凝土的性能如强度、收缩性和耐久性影响不大, 主要是能改善商品混凝土的施工性能。
