摘 要：本文研究了氯化钡、硝酸钡、硫酸铁、铬酸钠、氯化镁、硫酸镁、硫酸铝等无机盐以及酒石酸、草酸等有机酸对水玻璃-矿渣水泥凝结时间的影响。试验结果表明，氯化钡、硝酸钡、氯化镁、硫酸铝、酒石酸有良好的缓凝作用，硫酸铁、铬酸钠、硫酸镁、草酸不产生缓凝作用。通过强度测试发现，氯化钡、硝酸钡、氯化镁、硫酸铝、酒石酸均对碱矿渣水泥的强度有一定的不良影响。
关键词：碱；矿渣；缓凝；凝结；强度
碱矿渣水泥就是由碱金属化合物和粒化高炉矿渣共同粉磨，或是将磨细矿渣用碱金属化合物的溶液来调制所得的水硬性胶凝材料。碱矿渣水泥具有快硬、高强、低热、高抗渗、高抗冻和高抗蚀等优异性能[1]，而且这种水泥生产工艺简单、节约能源、成本较低，可以说碱矿渣水泥是一种环保型“绿色水泥”。尽管碱矿渣水泥具有优异的水硬性能，但由于碱矿渣水泥存在凝结过快的缺点因此在应用上受到了很大的限制。
针对碱矿渣水泥凝结时间过快这一问题，国内外水泥专家进行了大量的研究工作。独联体采用有机硅表面活性剂，试图在碱矿渣粒子表面建立起有机硅物质薄膜，以阻止和延缓矿渣粒子和碱组分之间的快速反应，虽有效果，但始终未能达到独联体标准对硅酸盐水泥初凝时间（不小于45 min）的要求。国内也有碱矿渣水泥缓凝剂研究相关的报道，但是掺量大，对水泥的强度影响较大，价格贵，配制工艺复杂，只能局限在实验室中研究，在实际工程中难以推广[1]。
碱矿渣水泥作为一种新体系的水泥与硅酸盐水泥矿物组成完全不同，其水化过程有其自身的特点，凝结机理也必然与硅酸盐水泥不同。常用的硅酸盐水泥缓凝剂对碱矿渣水泥的缓凝作用甚微或完全无作用。因此，分析其中原因，进一步研究适用于碱矿渣水泥的缓凝剂十分必要。
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
矿渣粉：为安徽朱家桥水泥有限公司磨细矿渣粉，比表面积445 ㎡/㎏，细度：45μm 方孔筛筛余1.2%。矿渣粉的化学成分见表1。
表1 矿渣粉的化学成分（%）
水玻璃(WG)：为市售商品水玻璃，其主要成分为SiO2 31.17%，Na2O 12.89%，模数为2.5。使用时用化学纯NaOH 调配至适当模数。
无机盐外加剂：BaCl2、Ba(NO3)2、Fe2(SO4)3、Na2CrO4、MgCl2、Al2(SO4)3、MgSO4 均为分析纯试剂。
有机酸外加剂：酒石酸、草酸(H2C2O4)。
1.2 试验方法：
碱矿渣水泥凝结时间测定：将矿渣粉、水玻璃、水以及外加剂按一定的比例加入到水泥净浆搅拌锅中，低速搅拌2 min，再高速搅拌2 min，按国家标准GB/T 1346-2001 规定的方法用维卡仪测定水泥净浆的凝结时间。凝结时间测定时水泥净浆的水灰比控制为0.21。
碱矿渣水泥强度试块的制备和强度测定：按W/C=0.21 调制净浆，水玻璃掺量为矿渣质量的6%（以Na2O 计），20mm ×20mm ×20mm 试模成型，在潮湿空气中养护1d 脱模，并在水中养护至预定龄期，用WHY-5 型微机控制全自动压力试验机测定试块抗压强度。
2 试验结果与讨论
2.1 无机盐外加剂对碱矿渣水泥凝结时间的影响
表2 是氯化钡、硝酸钡、硫酸铁、铬酸钠、氯化镁、硫酸镁、硫酸铝等物质的添加对碱矿渣水泥凝结时间的影响。
表2 无机盐外加物对碱矿渣水泥凝结时间的影响
从表2 可知，在研究的几种外加物质中，以氯化钡和硝酸钡的添加对水泥的缓凝效果最明显。在研究的掺量范围内随着氯化钡和硝酸钡掺量的增加，水泥的初凝时间和终凝时间明显延长。氯化钡掺量为3%时水泥初凝时间和终凝时间分别由原来的21min 和30min 延长至120min 和145min，掺量继续增加至5%时又分别延长至157min 和217min。硝酸钡掺量为3%时水泥初凝时间和终凝时间分别由原来的21min 和30min 延长至78min 和96min，掺量继续增加至5%时又分别延长至112min 和189min。这个凝结时间的长短基本上与硅酸盐水泥通常的凝结时间相当。
在研究的掺量范围内氯化镁在掺量为2%到3%时产生明显的缓凝作用，但是在其他掺量时缓凝作用不很明显。硫酸铝在掺量为1%时产生明显的缓凝作用，但是在其他掺量时缓凝作用不很明显。硫酸铁作为缓凝剂时在各掺量条件下几乎没有任何缓凝作用。铬酸钠作为缓凝剂时没有缓凝作用，在掺量超过1%后甚至产生明显的促凝作用。硫酸镁在3%以下的掺量时没有缓凝作用，在5%掺量时反而产生了促凝作用。
2.2 有机酸外加剂对碱矿渣水泥凝结时间的影响
表3 是酒石酸、草酸作为缓凝剂时对碱矿渣水泥凝结时间的影响。
表3 酒石酸、草酸掺量对碱矿渣水泥凝结时间的影响
从表3 可知，在研究的掺量范围内，酒石酸在掺量为1%时开始产生明显的缓凝作用，掺量从1%到3%增大时凝结时间也在相应的延长，3%时初凝时间达到50min。但是掺量在5%时酒石酸的缓凝作用却没有像1%，3%时那样明显。H2C2O4 在3%以下的掺量时缓凝作用不明显，在5%掺量时反而产生了促凝作用。
2.3 缓凝性外加物质对碱矿渣水泥净浆强度的影响
将缓凝效果较好的外加物质掺入碱矿渣水泥进行净浆强度测试，通过强度测试最终确定它们对碱矿渣水泥强度的影响。缓凝性外加物质对碱矿渣水泥强度的影响如表4 所示：
表4 缓凝性外加物质对碱矿渣水泥净浆强度的影响
注：表中分子为强度值。分母为掺加缓凝物质的水泥的强度与空白水泥的强度之比。
由表4 可知，采用各种有缓凝作用的物质后，碱矿渣水泥的净浆强度与空白样相比有所降低，而且随着缓凝剂掺量的增加水泥强度的下降趋势愈明显。从表4 可以看出缓凝剂的加入使碱矿渣水泥的早期强度（3 天强度）的下降趋势最为明显。这说明，缓凝剂的加入对碱矿渣水泥的早期水化、硬化产生了一定的抑制作用。
2.4 缓凝性物质的作用机理分析
碱矿渣水泥中液相为激发剂的载体，没有激发剂或激发剂浓度较小时，其系统便不能水化或水化很慢，激发剂浓度较高时，其系统水化很快。激发剂是碱矿渣水泥不可缺少的组成部分。因此，有效地控制碱矿渣水泥的凝结相对较难，缓凝剂的作用过程比较复杂[2]。
碱矿渣水泥快凝的实质在于：水泥中的碱性组分在水泥浆体中迅速离解，形成具有强大离子力的OH-离子，它们对矿渣玻璃体有强烈的破坏作用，使矿渣结构迅速解体与水化，短时间内形成大量的C-S-H 凝胶，从而导致浆体的迅速凝结与快速硬化[3]。因此缓凝剂的选取主要针对防止矿渣结构迅速解体与水化，防止在短时间内形成大量的C-S-H 凝胶。无机盐外加剂中氯化钡和硝酸钡表现出很好的缓凝作用，原因可能是氯化钡或硝酸钡与水玻璃激发体系发生反应在系统中快速形成一种在碱性环境中相对稳定的水化产物膜，该膜能包覆在未水化的矿渣颗粒表面，从而削弱碱组分中氢氧根离子对矿渣剧烈的结构解体作用；随着水化反应的进行，水化产物包覆层膜能逐渐被破坏，碱矿渣水泥的水化硬化得以继续进行。
3 结论
（1）氯化钡和硝酸钡作为碱矿渣水泥缓凝剂时有很好的缓凝作用，且随着掺量的增加缓凝作用愈加明显。氯化钡和硝酸钡作缓凝剂对碱矿渣水泥的强度尤其是早期强度产生了一定的副作用。
（2）酒石酸作碱矿渣水泥缓凝剂时有较好的缓凝作用，但其对碱矿渣水泥的强度尤其是早期强度产生了一定的副作用。
（3）在研究的掺量范围内，氯化镁在2%到3%的掺量时产生明显的缓凝作用。硫酸铝在掺量为1%时产生明显的缓凝作用。氯化镁，硫酸铝作缓凝剂时对碱矿渣水泥的强度尤其是早期强度产生了一定的副作用。
（4）在研究的掺量范围内，硫酸铁几乎没有任何缓凝作用。铬酸钠没有缓凝作用，在掺量超过1%后却产生了明显的促凝作用。硫酸镁和草酸在3%以下掺量时缓凝作用不明显，在5%掺量时产生促凝作用。
参考文献
[1] 朱效荣，宋东升等．碱-矿渣水泥高效缓凝剂的研究及应用 [J]．水泥，2001,（7）：1~3．
[2] 焦宝祥．水玻璃-矿渣水泥的缓凝剂研究 [J]．化学建材，2002, (11)：12~15．
[3] 蒲心诚等．高强碱-矿渣水泥与混凝土缓凝问题研究 [J]．水泥，1992,（1）：32~36．
Abstract：This paper studies the influence of barium chloride, barium nitrate, ferric sulfate, sodium chromate,
magnesium chloride, magnesium sulfate, aluminum sulfate, tartaric acid and oxalic acid on the setting time of
alkali activated slag cement. The test results showed that barium chloride, barium nitrate, magnesium chloride,
aluminum sulfate and tartaric acid produces good retarding effect for the alkali activated slag cement. But ferric
sulfate, sodium chromate, magnesium sulfate, oxalic acid did not produce retarding effect for the alkali activated
slag cement. The strength test results showed that barium chloride, barium nitrate, magnesium chloride, aluminum
sulfate and tartaric acid produced bad effect on the strength development of alkali activated slag cement.
Key words：alkali；slag；retarder；setting；strength
