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速凝剂的作用机理是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-07-24

各种不同的速凝剂可以使水泥很快凝结,但其作用机理至今尚未定论,目前主要有以下几种观点:

一、生成水化铝酸钙而速凝

红星Ⅰ型的研究者认为,该类速凝剂消除了水泥中石膏的缓凝作用。速凝剂的各组分之间以及这些组分与水泥中的石膏之间将发生如下化学反应,生成溶解度更低的盐类:

NaCO+CaO+HO→CaCO+2NaOH

NaCO+CaSO→CaCO+NaSO

铝酸盐水解,并进行中和反应:

NaAlO+2HO→Al(OH)+NaOH

2NaAlO+3CaO+7H O→ 3CaO·Al·6HO+2NaOH

在反应过程中,产生的NaOH与水泥中的石膏之间建立了以下平衡关系:

2NaOH+CaSO→NaSO+Ca(OH)

速凝剂产生的NaOH与石膏作用生成NaSO,使浆体中CaSO 浓度明显降低。在这种条件下,水泥中的CA可以迅速地进入溶液,析出六角板状的水化产物CAH (进而生成CAH13),CaSO所起的缓凝作用消失,水化热大量释放,从而导致水泥浆的迅速凝结。

二、加快水泥水化速率而速凝

长沙矿山研究院根据岩相鉴定、化学分析、差热分析和X射线衍射分析的结果,综合探讨掺有速凝剂水泥的水化产物和反应历程。试验表明,掺有速凝剂水泥中发生了如下化学反应:

Al2(SO+3CaO+5HO→3CaSO·2HO+2Al(OH)

2NaAlO+3CaO+7HO → 3CaO·Al·6HO+2NaOH

3CaO·Al·6HO+3CaSO·2HO+25HO → 3CaO·Al·3CaSO·31H

因此,在水泥速凝剂水的体系中,由于Al2(SO等电解质的解离,以及水泥粉磨过程中所加石膏的溶解,使水化初期溶液中的硫酸根离子浓度骤增,并与溶液中的Al,Ca(OH)等组分急速反应。迅速生成微细针柱状的钙矾石及中间次生成物石膏,这些新生晶体生长、发展,在水泥颗粒间交叉连生成网络状结构而速凝。同时,速凝剂中的铝氧熟料及石灰,不但提供了有利的放热反应,为整个水化体系提供40℃左右的反应温度,促进了水化产物的形成和发展。

三、形成水化铝酸钙骨架并促进CS水化而速凝

中国建材研究总院通过XRD、测定结合水量、水化液相测试、DTA等手段研究了速凝剂对水泥水化的影响,认为铝氧熟料促进水泥凝结的主要原因是:

(1)铝氧熟料反应后得到NaOH促进CS水化,硅离子溶出加快;

(2)速凝剂的加入减弱并消除了CS初始生成的水化膜和双电层的阻碍作用,导致了诱导期的缩短或消失;

(3)熟料矿物初期水化得到的Ca2+与速凝剂中的AlO 反应迅速生成水化铝酸钙晶体,搭接成网络;

(4)铝氧熟料溶于水时,放出大量热量,促进了水化铝酸钙的析晶放热和CS的水化反应放热,这些放热反应的共同作用造成水泥浆体温度骤然升高,甚至可达40℃,进一步促进了水泥水化反应的进行;

(5)水化产物的形成,尤其是水化铝酸钙的形成结合了大量的游离水,浆体迅速失去流动性;

(6)水化产物的结晶和生长交叉形成网络结构,水化硅酸钙填充其间,促使水泥迅速凝结硬化。

四、新型低碱度早强速凝剂速凝和抗分散机理

(一)新型低碱度早强速凝剂速凝机理

武汉工业大学的研究者认为新型早强速凝剂的速凝机理是:速凝剂中的铝酸盐或钡硫铝酸盐和外加的水溶性硫酸盐、铝盐等化合物与CS水化溶出的Ca2+迅速化合形成大量钙矾石,为水泥浆体提供凝聚结构的骨架,由于液相中Ca2+被迅速化合,促使CS水化形成的C—S—H处于低C/S比的水平,渗透性较好,水得以不断透过C—S—H向CS内部扩散,CS内部的Ca2+可以向外扩散进入溶液中而不出现诱导期(或诱导期延长至凝结之后才出现)。C—S—H连续大量迅速形成,与钙矾石骨架胶结而使水泥浆迅速凝结。

(二)新型低碱度早强速凝剂抗分散机理

(1)电性中和作用

在悬浮液中加入该种速凝剂时,由于悬浮液中的固体粒子表面与溶液之间带的电荷不同,产生电性中和作用,引起电位降低,产生静电吸引,粒子会聚集絮凝而沉降。

(2)吸附架桥的作用

该种速凝剂中复合了有机高分子物质,当其加入悬浮液后,悬浮液中水泥颗粒和纤维的硅氧键中的氧原子会同高分子中的氢原子形成氢氧键,与之结合后产生架桥吸附作用。大量分散的微细粒子被吸附于速凝剂长链的周围,聚集成大的集合体而加速粒子在悬浮液中的沉降速度。

同时,速凝剂能改善并提高水泥颗粒的表面性能,使水泥颗粒间的凝聚性增大,进一步提高砂浆拌合物的黏稠性。上述作用的结果,使砂浆形成一种纵横交错的稳定的网状结构,这种结构使得砂浆拌合物在水中下落时的性质发生了根本的变化,具有抗水洗和抗分散的能力。

速凝剂的加入使得水泥水化产物的结晶形态、强度都会发生变化,如添加NaCO作为硅酸盐水泥的速凝剂,其水化产物的结晶比不加的小而密,早期强度提高而后期强度则有所降低。因此,在选用速凝剂时,需要先进行试验检测。

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