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多元复合缓凝剂在抑制混凝土坍落度损失方面的应用有哪些?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-07-18

一、缓凝剂种类

按照化学成分,缓凝剂分为有机缓凝剂和无机缓凝剂两种。常用的有机缓凝剂包括:木质素磺酸盐及其衍生物、羟基羧酸及其盐(如酒石酸、酒石酸钠钾、柠檬酸等)、多元醇及其衍生物和糖类等碳水化合物。其中,多数有机缓凝剂通常具有亲水性活性基团,因此兼具减水作用,又称为缓凝减水剂。无机缓凝剂包括:硼砂,氯化锌,铁、铜、锌的硫酸盐、磷酸盐和偏磷酸盐等。

二、缓凝机理

目前,对缓凝剂作用机理的认识主要存在四种理论:吸附理论、络合物生成理论、沉淀理论和Ca(OH)结晶理论。

(一)吸附理论

由于大多数有机缓凝剂具有表同活性,能在水泥颗粒的固液界面吸附,改变了水泥颗粒表面的亲水性,形成一层可抑制水泥水化的缓凝剂膜层,从而导致混凝土凝结时间的延长。

(二)缓凝剂分子可以与水泥水化生成的Ca2+形络盐

在水泥水化初期控制了液相中Ca2+离子浓度,阻止水泥水化相的形成,产生缓凝作用。三聚磷酸钠能与Ca2+生成稳定的络合水化产物结晶成长,延缓了CS和CA的水化。

(三)沉淀理论

有机或无机缓凝剂通过在水泥颗粒表面形成一层不溶性的薄层,阻止水泥颗粒与水的接触,因而延缓了水泥的水化,起到缓凝作用。

(四)Ca(OH)结晶成核抑制理论

缓凝剂通过吸附在Ca(OH)晶核上,抑制Ca(OH)结晶继续生长而产生缓凝作用。

不同类型和种类缓凝剂的作用并不能用同一理论进行解释。通常,多数有机缓凝剂(含有羟基、羧酸基、羰基等活性官能团)的缓凝作用归结为吸附理论;也有的观点认为,羟基羧酸盐及其盐类是典型的络合物生成剂,采用络合物生成理论解释更为合理;多数无机缓凝剂的作用则主要归结为水泥颗粒表面不溶物的生成,宜用沉淀理论解释。

下面解释了不同的活性官能团对水泥水化性能的影响。

(1)羟基(—OH)

醇类是典型的羟基化合物。常见的醇类,如甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、丙三醇等都是对硅酸盐水泥起到缓凝作用。缓凝的原因主要是由于羟基吸附于水泥或水化产物表面形成氢键,阻止了水泥的进一步水化。在醇的同系物中,随着羟基数目的增加缓凝作用增强,例如缓凝作用强弱排序有:丙醇<丙二醇<丙三醇,实际上,丙三醇将完全终止水泥的水化。

不同的水泥熟料矿物对羟基化合物的吸附作用不同,CA吸附作用最强,其次依次为CAF,CA,CA。

(2)羧酸(盐)基(—COOM)

低级的羧酸或羧酸盐,如甲酸钙、乙酸、草酸、丙酸、苯甲酸及其盐等都对水泥水化具有早强作用,而随着有机酸或盐分子量的增大,则逐步表现出缓凝作用。有机酸类化合物随着生成不溶性金属盐(Ca盐),使水泥的水化速度减慢,因此,高级羧酸或盐类如葡萄糖酸钠、酒石酸的缓凝作用被认为与生成溶解度低的钙盐有关。

有机酸的离解常数pK值对水泥水化影响的研究证明,pK值小于5的有机酸及其盐对水泥有促进水化的早强作用,而pK值小于5的有机酸或盐类则随着烷基的增加而缓凝作用逐步增强。

(3)羟基羧酸盐或氨基羧酸盐

如上所述,低级的羧酸及盐类缓凝作用小,并具有早强作用。但当羧基的α位或β位的氢被羟基或氨基取代就产生明显的缓凝作用,如乳酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸钠以及它们的钙盐等。

缓凝剂的作用程度还与水泥熟料矿物组成有关。水泥矿物组成对凝结时间和水化的影响顺序为CA>CAF>CS。因此,同等掺量下,缓凝剂对CA含量高的水泥缓凝效果较差。

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