温度对混凝土缓凝剂最优掺量的影响

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摘　要：缓凝剂的缓凝效果，受环境温度的影响十分明显。本文通过多种缓凝剂在不同温度下缓凝效果的试验研究，分析了温度对混凝土缓凝剂最优掺量的影响规律，并对其机理进行了探讨。

关键词：混凝土　缓凝剂　温度　最优掺量

1 　前言

混凝土的初凝时间除了受原材料、水胶比等因素影响外，环境温度是影响混凝土初凝时间最为主要的外界因素之一。众所周知，随着环境温度的升高，胶凝材料的水化、凝结、硬化的速度加快，因而混凝土的初凝时间缩短，在高温状况下，其影响更为明显。掺缓凝剂是延长混凝土初凝时间最重要的措施， 而缓凝剂的缓凝效果受环境温度的影响十分明显，当环境温度升高时，缓凝剂的缓凝效果降低。研究表明〔1〕在一定温度下，缓凝剂对混凝土初凝时间的影响存在最优掺量：即掺加少量的缓凝剂能延长混凝土的初凝时间，当掺量增加到一定值时，混凝土的初凝时间达到极值，若再增加掺量，其缓凝效果反而降低，甚至起促凝作用。那么随着环境温度的升高，缓凝剂的最优掺量是如何变化呢，通常认为：当环境温度升高时， 应增大缓凝剂的掺量，为了探讨这个问题，本文在胶凝材料净浆配合比，环境相对湿度，成型条件不变的情况下，研究了环境温度对混凝土缓凝剂掺量的影响规律， 并对其机理进行了探讨，这对于更好地认识混凝土缓凝剂应用中所存在的问题，根据不同的施工温度合理调整缓凝剂掺量，做到既经济又能保证工程质量，具有实际意义。

2 　试验原材料和试验方法

2.1 　试验原材料

(1) 水泥：广西柳州水泥厂生产的525 # 普通硅酸盐水泥。

(2) 粉煤灰：田东电厂的电收尘粉煤灰，属Ⅱ级灰， 其品质及化学成份见表1 、表2 。

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(3) 外加剂：

HS ：自制的高温超缓凝剂(以糖蜜为主要成份的复合剂) ；

DT ：成都勘探设计院科研所研制，以糖为主要成份的缓凝减水剂；

ZB1212 ：浙江龙游县混凝土外加剂厂生产，以木质素磺酸钠为主要成份的缓凝减水剂；

C62202c ：上海麦斯特建材有限公司生产，以木质磺酸钙为主要成份的缓凝减水剂。

2.2 　试验方法

由于混凝土凝结硬化过程是胶凝材料凝结硬化的体现，两者凝结过程的规律相似。所以探讨缓凝剂的作用效果可在胶凝材料净浆中进行。

试验按《水工混凝土试验规程SD105282》规定方法进行。净浆配合比为粉煤灰和水泥各占50 %；同种外加剂采用相同的水胶比。在相对湿度为98 % ，温度为20 ℃，30 ℃，40 ℃的恒温恒湿箱中养护。

3 　试验结果及分析

试验得出各种缓凝剂在不同温度条件下不同掺量对胶凝材料净浆初凝时间的影响结果见表3 。

将表3 的试验结果绘制成不同温度条件下混凝土缓凝剂掺量与胶凝材料净浆初凝时间关系图(见图1) 。

从图1 和表3 我们可以看到：如文献〔1〕所述，在温度、配合比不变的条件下缓凝剂存在最优掺量。但随着温度的变化，缓凝剂最优掺量的变化规律也不尽相同。且温度升高，缓凝剂的最优掺量并没有随之增大， 某些外加剂的最优掺量保持不变(如图1 的a 、b) ，另外一些外加剂的最优掺量反而降低(如图1 的c、d) 。某些外加剂的缓凝作用受温度影响明显(如ZB1212) ，某些外加剂的缓凝作用受温度影响较小(如HS) 。其结论与普通观点截然相反。

　注意到这个问题，对于混凝土外加剂的应用具有重要意义。在使用缓凝剂时，应根据不同的施工温度， 通过试验找出缓凝剂的最优掺量，再根据施工要求的初凝时间，在最优掺量的范围内采用与之对应的合理掺量，以求达到既经济又能满足工程施工要求的目的。

4 　温度对缓凝剂最优掺量的影响机理

Joisel(2)从电解质溶解度的角度对外加剂使混凝土出现凝结加速或者延缓现象，作了理论分析。他认为： 水泥化合物的反应在早期是通过溶液的反应，也就是说水泥化合物先电离成离子，然后在溶液中形成水化物。由于其溶解度有限，水化产物就结晶析出，水泥浆体就出现稠化、凝结和硬化等现象。缓凝剂的缓凝作用主要是影响水泥化合物的溶解，而不是水化产物的结晶。为此，将水泥看作是由某些酸(硅酸盐和铝酸盐) 和碱(钙) 的离子所组成的，其各自的溶解度就依赖于溶液中所存在酸、碱离子的类别和对浓度。绝大部分缓凝剂在水中是会电离的，因些掺入水泥浆体中就会改变体系的离子组成与浓度。并按以下规则影响水泥化合物的溶解：

(1) 当溶液中有一种强的阳离子(如K+ 、Na + ) 存在时会减小比它弱的阳离子(Ca2 + 离子) 的溶解，但又趋向于加速硅酸盐离子和铝酸盐离子的溶解，在浓度低时，前一种效应为主；当浓度高时，则后一种作用占优势。

(2) 溶液中存在强的阴离子(如CL - ，NO3 - 或SO42 - ) 时，会减小比它弱的阴离子(如硅酸盐、铝酸盐) 的溶解度，但又趋向于加速钙离子的溶解。在浓度低时前一种效应为主；当浓度高时，则后一种作用占优势。

根据上述，我们可以知道：某一种化学外加剂加入水泥- 水系统后，总的效果决定于一系列相辅相成的作用，并随外加剂提供的离子类型和浓度不同而异。低浓度的弱碱强酸盐或强碱弱酸盐主要起延缓水泥化合物的溶解而呈缓凝效果，但当这类盐的浓度较大时因加速水泥化合物的溶解而起促凝作用，从而说明了缓凝剂达到最佳缓凝效果时其电解质浓度是一定的。

由于化学外加剂在水中的离子浓度受外加剂浓度(掺量) 和温度的影响，通常在相同温度下，同种缓凝剂离子浓度随着外加剂掺量增加而增大；在外加剂掺量相同的条件下，其离子浓度则随着温度的升高而增大。不同的缓凝剂受温度的影响程度不同，因此可得出如下结论：

(1) 某些缓凝剂在相同的掺量下，随着温度的升高，其电解质的离子浓度增大。

(2) 要使溶液中缓凝剂电解质的离子浓度相等，高温时所需缓凝剂的掺量比低温时小。

(3) 对于容易电离的缓凝剂(一般掺量均很低) ，其电离度几乎不受温度的影响，所以在高温或低温时电解质离子浓度只随掺量的变化而变化。

结论(1) 和( 2) 可说明某些外加剂(如ZB1212 ， C6220 —c) 随着温度的升高，其最优掺量反而降低的原因；利用结论(3) 可以知道某些外加剂(如HS、DT) 因电离度大，其电离度几乎不受温度的影响，所以温度升高时其最优掺量保持不变。

5 　结　语

混凝土缓凝剂存在最优掺量，随着环境温度的升高，其最优掺量并没有增大，而是有的降低，有的保持不变。这是不是普遍存在的规律，有待进一步探讨。笔者认为，工程中混凝土缓凝剂的使用，应通过试验找出使用温度条件下的适宜掺量范围，切勿盲目用超掺的方法来满足工程对初凝时间的要求，以免因超掺造成经济损失，而且可以避免超掺使混凝土初凝时间缩短给施工带来不利和产生不良后果。

参考文献

1黄书荣，蔡海瑜.“混凝土缓凝剂最优掺量的研究”. 混凝土， 1995 (3) .
2A. Joisel ，Admixtures of cement ，1973.