超缓凝剂对硅酸盐水泥水化的影响.docx

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超缓凝剂对硅酸盐水泥水化的影响

超缓凝剂对硅酸盐水泥水化的影响

王宝民，　王立久

（大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024）

摘要：

研究了一种新型液体混凝土超缓凝剂（命名为WHⅡ型），并探讨了其对普通硅酸

盐水泥的水化、水化热、凝结时间、强度等的影响.运用XRD，DTA以及SEM等方法对水

泥水化过程进行研究的结果表明，适量使用WHⅡ型超缓凝剂，可以得到明显的缓凝效果

且不会影响混凝土的其它性能.

关键词：

混凝土外加剂；超缓凝剂；硅酸盐水泥；水化热

　　普通混凝土缓凝剂是指用来延缓混凝土的凝结时间，使新拌混凝土能够在较长时间内保持其塑性，以利于混凝土的浇灌成型或降低水化热，提高混凝土施工质量的外加剂[1]，一般应用于夏季混凝土施工及大体积混凝土施工之中.

超缓凝剂（superretarder，SR）是日本于20世纪80年代中末期首先开发研制出来的一种新型

混凝土外加剂.它是一种能够在较长时间内（如超过24h甚至36h）任意调节混凝土的凝结时间而不致破坏混凝土性能的外加剂.

超缓凝剂的主要作用为[2]：

（1）用于大体积混凝土之中，可防止发生温度裂缝；

（2）可减少混凝

土坍落度损失，便于长距离运输；（3）可调整作业时间，避开夜间施工；（4）改善接搓面的附着功能，

代替人工凿毛.相信随着建筑技术的不断发展，其应用将更为广泛.

硅酸盐水泥水化过程按水化放热速率一般分为5个阶段，即诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期[3].缓凝剂的作用实质上是延长水泥水化的诱导期，其作用机理通常有沉淀假说、络盐假说、吸附假说、抑制氢氧化钙结晶生长理论等[2]，但核心是通过延缓水泥与水的水化作用，达到缓凝目的.

本文测定了不同掺量下的WHⅡ型超缓凝剂对水泥凝结时间、力学性能和水化速度的影响，并利用XRD，DTA，SEM测试了水泥水化产物及其显微结构，分析了水化产物与水化过程的关系，以探讨WHⅡ型超缓凝剂的缓凝机理.

1　实验材料及方法

1.1　实验材料

水泥：

由大连华能-小野田水泥厂生产的P.Ⅱ型525R水泥（按GB177标准）；砂：

符合GB

178—77规定的标准砂；水：

实验室用自来水；碎石：

旅顺石灰石矿，5～25mm；WHⅡ型超缓凝剂（自制）：

碳氢链上有活性基团的表面活性剂，磷酸类，无色至淡黄色半粘稠状液体，密度为1.32～1.50g/cm3.

1.2　实验仪器

实验仪器均选用符合国家标准的实验及检测设备，其中水化热的测定采用大连理工大学建材教研室自行开发的T-64多路温度自动记录仪，它主要由保温系统和测温记录系统组成.每次实验前，应进行保温系统散热系数的测定和热容量的计算；测温记录系统包括T-64多路温度变送器和计算机，可同时进行64组实验，这套装置如图1所示.

2　结果与分析

2.1　超缓凝剂对凝结时间的影响

依据GB1346—89，利用稠度仪测定了不同掺量（质量分数，本文中的掺量均指质量分数）下的WHⅡ型超缓凝剂对水泥净浆凝结时间的影响；用贯入阻力法测定了其对混凝土凝结时间的影响.实验结果见图2所示.

图2　WHⅡ型超缓凝剂对凝结时间的影响

Fig.2　InfluenceofWHⅡsuperretarderonthesettingtime

由图2可以看出：

不掺外加剂的水泥和混凝土凝结时间正常，随着外加剂掺量的增多，其初凝时间和终凝时间均有不同程度的延长，而掺量为0.30%和0.40%的缓凝时间过长，且作用相似（注：

混凝土水灰比为0.52，坍落度等于5cm，水泥含量为320kg/m3）.因此，选择掺量为0.10%，0.20%

和0.30%作强度、水化热、X射线及差热分析.

2.2　对水泥胶砂试件强度的影响

依据GB177—85，测定了WHⅡ型超缓凝剂掺量不同的水泥胶砂试件3，7，14，28d龄期的抗

折及抗压强度，其实验结果如图3所示.

由上述实验结果可以看出：

当掺量为0.10%时，其增强效果较好；而掺量为0.20%和0.30%时，试件的早期强度较低.

图3　掺WHⅡ型超缓凝剂的水泥胶砂试件抗压及抗折强度

Fig.3　CompressiveandflexuralstrengthofcementmortaraddedWHⅡ

◇———3d；◆———7d；■———14d；×———28d

2.3　对水泥水化热的影响

　　依据GB2022—80《水泥水化热实验方法（直接法）》，测定了超缓凝剂掺量分别为0，0.10%，

0.15%，0.20%的水泥的水化热，结果如图4所示，图5为其放热速率曲线.

由这2个图可以看出：

随WHⅡ型超缓凝剂掺量的增加，水泥水化热在各个时刻均有所降低.在超缓凝剂掺量为0.20%时，掺剂试件在相应于水泥水化加速期和减速期时存在一个小的放热速率峰，而在其后又存在一个较大的放热速率峰，即诱导期后存在双峰.

2.4　对水泥安定性的影响

掺量为0.10%，0.20%，0.30%和未掺剂试件的安定性检测均合格.

2.5　对新拌混凝土坍落度的影响

对新拌混凝土（mw/mc=0.55，砂率为42%，用水量为193kg/m3，高效减水剂DBS-1掺加

1.5%），对比了不同掺量的超缓凝剂对新拌混凝土坍落度的影响，见图6所示.可以看出，加入适

量超缓凝剂可以明显减少坍落度的损失，这对于新拌混凝土的长距离运输等非常有利.

3　缓凝机理探讨

为进一步探讨WHⅡ型超缓凝剂的缓凝机理，对不同掺量的掺剂试件进行XRD，DTA，SEM

的测试分析，所得结果如图7，8及表1所示.其中图7是掺量为0.10%和空白水泥净浆试样的1，3，7，28d的差热图谱；图8是掺量为0.10%和空白水泥净浆试样的28d水化产物的电镜形貌分析；而表1所示的是掺量为0.10%，0.20%，0.30%和空白水泥净浆试样的1，3，28d的X射线衍射分析结果.它是在X射线定性分析的基础上，以计算机输出的峰值强度和半高宽度的乘积作为衍射峰的强度来定量测试水化产物的变化的.为弥补衍射峰的重叠、失真、缺失等原因造成的强度不准，对每个物相均选取

2个以上的主峰，取其峰值强度与半高宽乘积之和来代表该相的衍射强度[4].

图7　掺0.10%超缓凝剂及空白水泥净浆试样的差热图谱

Fig.7　Differentialthermalbandchartofmortar

（a）0.10%WHⅡ；（b）Blank

图8　28d净浆试样的电镜照片

Fig.8　SEMof28dpaste

（a）Blank；（b）0.10%WHⅡ

对以上试验结果进行综合分析，可以这样认为：

WHⅡ型超缓凝剂不会影响硅酸盐水泥的水化产物（差热分析与X射线衍射结果均表明了这一点），但会改变水化产物的生成时间和数量.从XRD资料中可看出，超缓凝剂在早期会抑制硅酸盐水泥的水化，在水泥的早期水化产物中，CH的生成量较少，但水化后期CH的生成量却赶上并超过了空白试样的CH生成量，说明WHⅡ型超缓凝剂在水泥水化早期会抑制水泥矿物的水化，而在后期则会促进水化.通过SEM观察CSH形貌可知，掺剂试件的产物形貌较未掺剂试件的产物形貌更为均匀整齐，宏观表现为胶砂试件强度增加，这与微观测试分析是一致的.由于该超缓凝剂的主要成分中含有较多的羟基，能与过渡金属离子形成稳定的络合物，而这种物质与碱金属离子（如Ca2+，Mg2+）仅能在碱性介质中形成不稳定的络合物，因此，用络合物理论解释其缓凝机理较为合理：

该种缓凝剂加入到水泥浆中后，与水泥中的Ca2+形成了不稳定的络合物，在水化初期控制了Ca2+的浓度，从而产生了缓凝效果；随着水泥水化的继续进行，不稳定的络合物逐渐被破坏，水泥水化继续正常进行.

4　结论

1.WHⅡ型超缓凝剂缓凝效果显著，可根据需要以不同的掺量来调节水泥混凝土的凝结时间.

2.该缓凝剂为液体，易溶于水，与粉状缓凝剂比较，更容易均匀地分散到水泥混凝土中.

3.掺剂试件的水化温度峰值显著降低和推迟，这对于防止大体积混凝土产生温度裂缝是非常有利的，对水泥体积安定性无不良影响，适合工程应用.

参考文献：

[1]　王立久，李振荣.建筑材料学[M].北京：

中国水利水电出版社，1997.113-118.

[2]　陈建奎.混凝土外加剂的原理与应用[M].北京：

中国计划出版社，1997.

[3]　袁润章.胶凝材料学[M].武汉：

武汉工业大学出版社，1996.93，94.

[4]　杨淑珍，宋汉唐，谢　荣.XRD法研究水泥水化反应速度[J].分析测试学报，1996，（5）：

73-76.