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从两点说明混凝土缓凝剂的作用机理
发布者:管理员   |   发布时间:2019-07-10   |   所属分类:行业知识   |   阅读次数:75

  在夏季施工中,混凝土常常会出现很多的问题,适量掺加缓凝剂能使新拌混凝土在长时间内保持较好的塑性,便于施工,提高工作效率。因为缓凝剂是用来延长混凝土凝结时间的一种常用外加剂,有学者认为:虽然C3A在水泥一水体系中的早期水化对水泥的凝结时间有一定影响,但水泥的凝结时间的加速或延缓,主要是C3A水化的加速或减缓,凡可以延缓Ca(OH)2的成核过程和晶体发育的化合物,都可以成为混凝土缓凝剂,相反,可以加速Ca(OH)2的成核过程和晶体发育的化合物,则成为促凝剂

  有关专家提出了两种硅酸盐水泥的水化机理:一是通过溶液的水化机理;二是固态水化机理。目前普遍认为水泥化合物的反应在早期是通过溶液的反应,也就是说化合物先电离成离子,然后再在溶液中形成水化物。水泥浆体的稠化、凝结和硬化是水化物不断结晶析出的结果。所以在水泥一水体系中加入某些可溶性化学制品,只要能对水泥化合物的电离速率(针对水泥化合物)或者水化产物的结晶速率有所影响,就会影响水泥浆体的凝结和硬化特性。

  1、无机混凝土缓凝剂作用机理

  水泥浆体凝聚过程的发展取决于水泥矿物的组成和胶体粒子间的相互作用,同时也取决于水泥浆体中电解质的存在状态。如果胶体粒子之间存在相当强的斥力,水泥凝胶体系将是稳定的,否则将产生凝聚。电解质能在水泥矿物颗粒表面构成双电层,并阻止粒子的相互结合。当电解质过量时,双电层被压缩,粒子间的引力强,水泥凝胶体开始凝聚。绝大多数无机混凝土缓凝剂都是电解质盐类,可以在水溶液中电离出带电离子。阳离子的置换能力随其电负性的大小、离子半径以及离子浓度不同而变化。而同价数的离子的凝聚作用取决于它的离子半径和水化程度。一般来讲,原子序数越大,凝聚作用越强。难溶电解质的溶度积也会对水泥浆体系稳定状态产生影响。水泥的水化过程本质上就是一种低溶解度的固体与水生成更低溶解度的固体产物的反应过程。也就是说,这是一个随水泥浆体系中液相量不断消耗,而与之相接触的固相量不断增加的过程。因此,无机电解质的加入会影响 Ca(OH)2、C-S-H 析出成核及 C-A-S-H 的形成过程,进而延迟了水泥的凝结硬化。

  2、有机混凝土缓凝剂作用机理

  (1)羟基羧酸、氨基羧酸及其盐

  此类混凝土缓凝剂对硅酸盐水泥的缓凝作用主要在于它们的分子结构中含―OH 等络合物形成基。羟基在水泥水化产物的碱性介质中与游离的 Ca2+生成不稳定的络合物,在水化初期控制了液相中的 Ca2+的浓度,产生缓凝作用。随着水化过程的进行,这种不稳定的络合物将自行分解,水化将继续正常进行,并不影响水泥后期水化。其次,羟基、氨基、羧基均易与水分子通过氢键缔合,再加上水分子之间的氢键缔合,使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜,阻止了水泥颗粒键的直接接触,阻碍水化的进行。

  (2)糖类、多元醇类及其衍生物

  此类混凝土缓凝剂对水泥的水化反应具有程度不同的缓凝作用,其缓凝作用在于羟基吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的 O2-形成氢键,同时,其他羟基又与水分子通过氢键缔合,同样使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜,从而抑制水泥的水化进程。在醇类的同系物中,随其羟基数目的增加,缓凝作用逐渐增强。单糖、低聚糖,如葡萄糖、蔗糖等,均具有较强的缓凝作用,它们的缓凝机理同醇类。

  (3)糖蜜类减水剂

  糖蜜中的主要成分是己糖酸钙,具有较强的固―液表面活性,因此能吸附在水泥矿物颗粒表面形成溶剂化吸附层,阻碍颗粒的接触和凝聚,从而破坏了水泥的絮凝结构,使水泥的初期水化糖钙含有多个羟基,对水泥的初期水化有较强的抑制作用,可以使游离水增多,提高了水泥浆的流动性。糖蜜属于非引气型缓凝剂,原因在于它的气―液界面活性较低,不利于降低水的表面张力,因而引气量不大。

  出现缓凝现象的原因

  为什么会出现这种超缓凝现象笔者认为主要有以下两方面的原因。

  (1)水泥凝结时间过长

  混凝土的凝结主要是由于水泥的凝结所引起,因此水泥的凝结时间就决定了混凝土凝结时间的长短。水泥凝结时间长,混凝土凝结时间相对较慢,尤其在混凝土水灰比大或缓凝剂(或缓凝型减水剂)掺量大的情况下,很容易出现凝结时间较长或超长现象。

  (2)缓凝剂或缓凝型减水剂掺量过大

  混凝土缓凝剂或缓凝型减水剂掺量过大是混凝土凝结时间长甚至几天不凝结的主要原因。

  混凝土中使用的缓凝剂或缓凝型减水剂主要有:

  1.糖类,如糖钙等;

  2.木质磺酸盐类,如木质素磺酸钙、木质磺酸钠等;

  3.羟基羧酸及盐类,如柠檬酸、酒石酸钾等;

  4.无机盐类,如锌盐、硼酸盐、磷酸盐等;

  5.其它,如胺盐及其衍生物。

  混凝土缓凝剂对水泥的缓凝特性与石膏的不同,二水石膏作为缓凝剂,随着掺量增加水泥凝结时间几乎不再延,如SO3含量达2.5%后,再增加SO3,凝结时间变化不大。但混凝土的缓凝剂则不同,在掺量较少的情况下就能产生强烈的缓凝效果,且随着掺量增加而呈直线增长或呈指数曲线增长。总之,缓凝剂掺量过大,不但会使混凝土凝结时间过长,还可能使早期强度发展缓慢。

  (3)其他因素

  环境温度低、混合材(或矿物掺合料)活性低及掺量大和水泥过粗等也会导致水泥凝结时间延长。若以环境温度15℃的凝结时间相对值为1.0,那么10℃时初凝时间约为1.2,终凝时间为1.4;当环境温度下降至5℃时,初凝时间相对值约为1.3,而终凝时间约为2.6。环境温度降低将使水泥凝结时间延长,特别是终凝时间更加延长。因此,在温度低时,应少掺或不掺缓凝剂,以免出现超缓凝现象。

  3、结论

  (1)大多数无机混凝土缓凝剂是电解质盐类,在水溶液中电离出带电离子,产生置换和凝聚作用,在水泥的凝结硬化过程中产生难溶的膜层,阻止水泥的水化,产生缓凝效果。

  (2)有机混凝土缓凝剂分类不同,缓凝机理不同。主要依靠形成络合物、水化薄膜、吸附层等来延缓水泥的水化。



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