1、 缓凝剂对水泥混凝土性能影响的试验研究摘要:研究了几种常用缓凝剂片水泥混凝土性能的影响，以及缓凝剂与水泥不适应 Pt Al 土工作性和强度的影响，分析了缓凝剂与水泥不适应的影响因素及机理，提出了预防和处治混凝土的异常凝结的措施，供缓凝剂工程应用时参考。关键词:缓凝剂;水泥;混凝土;混凝土外加剂; 适应性文章编号:10096477(2007 )02002504 中图分类号:U416 .216 文献标识码:A缓凝剂是一种常用的棍凝土外加剂，用来延长凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持塑性，以便灌注，提高施工效率。在夏季混凝土施工和大体积混凝土施工中掺加缓凝剂可缓释水泥水化热，减少因水化热而产生的温度
2、裂缝。缓凝剂常用于大跨度高架桥等预应力混凝土、大坝混凝土，滑模施工混凝土以及流化混凝土中。在缓凝剂的应用过程中，由于缓凝剂使用不当或外加剂与水泥不适应可能会导致混凝土的异常凝结。尽管混凝土异常凝结不是一种广泛存在的问题，但随着外加剂的大量使用，这一问题时有发生，轻则引起混凝土质量问题，重则引起严重的工程事故。如由于混凝上凝结过快，大体积混凝土施工时易引起温度裂缝，泵送混凝土难于输送或堵管、爆管;由于混凝土过分缓凝，不仅会影响后续工序施工，而且会导致混凝土强度降低等危害。水泥混凝土产生异常凝结现象的影响因素很多，外加剂、水泥、掺合料、水以及环境温度等都有可能最终导致水泥混凝土异常凝结的发生。就现
3、阶段混凝土工程质量状况来看，缓凝剂品种、缓凝剂掺量不当和外加剂与水泥的不适应是产生水泥混凝土异常凝结，造成混凝土工程事故的重要原因。缓凝剂对胶凝材料的适应性、不同缓凝剂及同种缓凝剂不同掺量对混凝上性能的影响都是十分值得研究的问题。1 缓凝剂对水泥混凝土性能的影响缓凝剂不仅可以延长混凝土凝结时间，位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，减少裂纹的发生。因此，它被大量地用在大体积混凝土、泵送混凝土、炎热气候下施工以及某些特殊施工工艺方面。目前国内外常用的缓凝剂有木质素磺酸盐类、糖类、羟基羧酸类、无机盐类等。本试验选择了 4 种具有一定代表性的缓凝剂进行试验，研
4、究缓凝剂对水泥混凝土性能的影响:SA 为木质素磺酸盐类，SB为无机盐类，SC 为糖类，SD 为羟基羧酸类。1.1 缓凝剂对水泥净浆凝结时间的影晌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，以下重点探讨缓凝剂对水泥净浆初凝时间的影响。图 1 是 SA ,SB,SC,SD4 种缓凝剂不同掺量对基准水泥净浆初凝时间的影响，图 2 是SA,SB,SC ,SD4 种缓凝剂不同掺量对某 P-0 42.5 水泥净浆初凝时间的影响。从图 1 和图 2可以看出，4 种缓凝剂对水泥的初凝时间呈现出的规律基本相同。在一定掺量范围内，初凝时间延长
5、，但超过一定的量以后，初凝时间不增反减，也就是说，这几种缓凝剂都存在一个最佳的掺量范围。但是同一种缓凝剂对于不同的水泥，其最佳掺量不一定相同,SA 和SB 对基准水泥的最佳掺量为 0.1%，对 P-0 42.5 水泥的最佳掺量为 0.3%, SC 对基准水泥的最佳掺量为 0.05%，对 P-0 42.5 水泥的最佳掺量为 0.1%,SD 对基准水泥的最佳掺量为 0.03%，对 P-0 42.5 水泥的最佳掺量为 0.1%。1.2 缓凝剂对混凝土性能的影响缓凝剂对水泥混凝土性能的影响最终要反映在混凝土拌和物的工作性及强度上。本试验选取混凝土拌和物坍落度、凝结时间及混凝土抗压强度等指标，研究上述
6、4 种常用缓凝剂对混凝土性能的影响，缓凝剂掺量取水泥净浆试验中缓凝效果较好的掺量范围。试验中配合比保持不变(C;S: G :W 1:1.89=3.37:0.46),其中水泥为 P-0 42.5 水泥，用量为360kg/rn3，砂子细度模数 Mx2.80，石子为碎石 5102031.5 m 三级配，比例为15%:50%:35%。试验结果如表 1 所示。从表 1 可以看出，各种缓凝剂，随着掺量的增加，坍落度有一定的增大，凝结时间延长。在达到一定缓凝效果的同时,1 d 强度均有所下降，降低最多的(掺 0.3%SB)，其 1d 强度仅为空白的 64.4%。部分缓凝剂会降低混凝土的 3d 强度和 7d
7、强度。本次的 12 组试验中，有 7 组混凝土 3d 强度低于基准混凝土，占 58.3%a。有 3 组混凝上 7d 强度低于基准混凝土，占 25%。但混凝土后期强度(28 d)不但没有降低，相反都有所提高，提高最多的(掺0.08%SC)，其 28 d 强度比基准混凝土提高了 15.9%。这说明在合理的掺量范围内，缓凝剂在解决混凝土凝结时间问题的同时，不会降低混凝土的后期强度。2 缓凝剂与水泥的适应性2.1 缓凝剂与水泥不适应对混凝土工作性和强度的影响由于缓凝剂与水泥化学组分不相容，或者缓凝剂掺量不当，可能使缓凝剂没有缓凝效果，甚至产生异常凝结现象，这就是缓凝剂与水泥不适应的表现。影响缓凝剂与水
8、泥适应性的因素是多种多样的，缓凝剂与水泥不适应而导致的混凝土异常现象也各式各样，其中最经常发生的是混凝土坍落度经时损失明显增大。判断缓凝剂与水泥适应性好坏的方法就是检查新拌混凝土工作性，而混凝土坍落度是新拌混凝土工作性最直观的表现，工程上一般都是通过控制混凝土坍落度来大致确定新拌混凝土工作性的。本研究以混凝土坍落度经时损失作为衡量缓凝剂与水泥适应性的一个重要指标。缓凝剂与水泥不适应会严重影响混凝土拌和物工作性和强度。研究表明，用木钙、糖钙与硬石膏作调凝剂的水泥常常出现不适应表现。本文选取木钙为代表，研究缓凝剂与水泥不适应对混凝土拌和物工作性和强度的影响。试验中配合比相同(C:S+:W=1:2.
9、16:3.14:0.55)，均掺有 0.5%的 UNF5 高效减水剂。表 2 是木钙对不同水泥混凝土凝结时间、坍落度损失及抗压强度的影响。从表 2 可以看出，当不掺缓凝剂时，3 种水泥坍落度经时损失、凝结时间、抗压强度相差不大。当掺有 2.5%的木钙缓凝剂时，对于 P“042.5 水泥和掺 5%二水石膏的水泥，木钙能降低坍落度经时损失，延长混凝土的凝结时间，并且 28 d 抗振强度有所提高;而对于掺5%硬石膏的水泥，木钙不但不能缓凝和降低坍落度经时损失，相反凝结时间有所提前，坍落度损失也更快。初始坍落度 180 mm 的混凝土，30min 以后坍落度仅 25mm,1 h 以后坍落度降低为零，这
10、说明木钙与用硬石膏作调凝剂的水泥的不适应性。 以上试验现象可以解释如下:在不掺缓凝剂情况下，硬石膏和二水石膏均能溶出足够的SO42-供形成钙矾石之用，钙矾石包裹在水泥颗粒表面，阻止 C3A 和 C3S 等矿物的快速水化，使水泥浆体在较长一段时间内凝胶较少，因此混凝土坍落度损失不大;当掺有木钙缓凝剂时，水溶液中二水石膏和无水石膏对木钙产生一定吸附性，但硬石膏对木钙的吸附性远比二水石膏强烈。硬石膏本来溶出 SO42- 的速度就较慢，再加上木钙大量吸附于其表面而形成较厚的一层包裹层，更加减慢了溶出速度，使得在水泥接触水后，液相中 SO42-浓度偏小，不足以形成足够的钙矾石包裹在水泥颗粒表面，这样会
11、C3A 快速水化，C 3S 水 化程度也有所增大，所以混凝土凝结时间提前，混凝土的坍落度损失很快。2.2 影响缓凝剂与水泥适应性的主要因素及机理我国水泥产品品种较多，就是 5 种硅酸盐系列水泥，它们的熟料矿物组成的变化也很大。另外，混合材的品种性能、水泥的细度、碱含量、生产工艺等也不相同，这些都将影响缓凝剂的使用效果。下面分别讨论各因素对缓凝剂与水泥适应性的影响。水泥矿物 组成的影响:影响缓凝剂与水泥相容性的主要是水泥矿物中的铝酸三钙(C 3A )及硅酸三钙(C 3S) 。木质素磺酸盐延缓低 C3A/C3S 的水泥初凝，同时加快高 C3A/C3S 的水泥初凝;糖是 C3S 水 化的强延缓剂 ;
12、大多数有机缓凝剂均可使 C3S 的水化减慢。水泥中 C3A 含鬓高，由于水化铝酸盐较大的吸附作用降低溶液中外加剂的浓度，会降低缓凝作用。水泥调凝剂的影响:水泥的调凝剂为石膏，石膏按结合水不同可分为二水石膏、半水石膏和硬石膏。石膏掺量及其在水中的溶解速度对缓凝剂与水泥的适应性有重大影响。木钙、糖蜜等使硬石膏在水中的溶解度显著降低，因此使以硬石膏作调凝剂的水泥速凝。碱含量影响:掺缓凝剂的混凝土，如果水泥碱含量太高，大量的碱也会破坏缓凝剂在水泥颗粒及其水化产物表面的吸附膜，使水泥继续水化，缓凝剂将失去缓凝作用，混凝土表现为坍落度的迅速损失，工作性变差。施工配合比的影响:降低水灰比可以提高混凝土强度，
13、而在较低水灰比条件下配制掺缓凝剂混凝土应有一个最低用水量，这不但是保证混凝土有一定工作性，更重要的是保证水泥在水化时，石膏有足够的溶解用水。在缺水条件下，石膏的溶解度大大降低，可能影响缓凝剂与水泥的相容性。2.3 处理缓凝剂与水泥不适应的对策以上试验结果及工程实践表明:缓凝剂与水泥存在适应性，缓凝剂与水泥不适应时可能会引起混凝土异常凝结，从而影响混凝土的工作性和力学性能。在工程中为了更好地使用缓凝剂，尽量避免和减少由于缓凝剂使用不当而产生工程事故，可采取以下措施:(1) 严格控制原材料，预防混凝土异常凝结发生在工程中应对每一批水泥、每一批外加剂进行质量检测，寻求原材料的技术特性，购买和使用合格
14、的原材料。(2) 进行缓凝剂与水泥适应性试验缓凝剂与水泥存在适应性。缓凝剂与水泥不适应时会引起异常凝结，因此工程中应根据不同的水泥，进行缓凝剂与水泥的适应性试验，选出合适的缓凝剂，确定其合适掺量。并根据设计与施工要求，结合现场使用的材料进行试配，确定合理的施工配合比和缓凝剂的最佳掺量。因为每种缓凝剂都有适宜的掺量，掺量过大不仅在经济上不合理，而且可能产生促凝、过度缓凝等异常现象或引起泌水而影响工程质量。(3)确定搅拌制度，保证混凝土质量混凝土搅拌制度包括很多方面，如各原材料的掺加顺序，搅拌时间，搅拌速度，混凝土人模时间等参数。为了避免外加剂与水泥不相容，除了对原材料严格控制外，选择合理的混凝土
15、搅拌制度也非常重要。如搅拌时间会影响混凝土各混合组分的分散匀质性，从而影响新拌混凝土的工作性。考虑到 SO42-的溶出速度，缓凝剂掺人拌和物的时间和顺序的不同，对混凝土的凝结硬化以及工作性能都有很大的影响。对掺硬石膏的调凝水泥，由于其SO42-溶出速度较慢，选择缓凝剂后掺法或滞水法对混凝土的正常水化硬化，保持良好的工作性都是有好处的。对有可能产生假凝的拌和物，通过搅拌制度的合理调整，可以有效地防止混凝士在拌制过程中发生的异常凝结。3 结论(1) 缓凝剂一般都存在一个最佳掺量和适宜的掺量范围。不同的缓凝剂其最佳掺量可能不同，同种缓凝剂对不同的水泥，其最佳掺量也不一定相同。因此实际工程中要合理选择缓凝剂，并严格控制缓凝剂的掺量。(2) 添加缓凝剂会降低混凝土的 1d 强度，部分缓凝剂会降低混凝土的 3d 强度和 7d 强度，但在合理的掺量范围，混凝土的后期强度一般会有所提高。缓凝剂与水泥不适应产生异常凝结时，其后期强度会有所降低。(3) 缓凝剂和水泥的适应性与水泥的矿物组成、水泥调凝剂、碱含量等因素有关，在工程中应用缓凝剂时要进行缓凝剂与水泥的适应性试验，尽量避免和减少由于缓凝剂使用不当而产生工程事故。
