0 研究背景
随着混凝土行业的发展，各原材料的使用，混凝土在施工中不同部位与结构构件以及施工方式的要求越来越高，混凝土外加剂的凝结时间控制直接影响到施工的进度以及其它问题，超早强与超缓凝都是混凝土重要的研究课题。对外加剂中缓凝剂是否超标进行快速测定，可以更好的服务于混凝土行业，为混凝土生产提供参考。
1 原理
1.1 缓凝剂种类
缓凝剂种类较多，按其化学成分可分为无机缓凝剂和有机缓凝剂两大类。无机缓凝剂包括磷酸盐、硫酸铁、硫酸铜、硼酸盐、氟硅酸盐等；有机缓凝剂包括木质素磺酸盐、羟基羧酸及其盐、多元醇及其衍生物、糖类及碳水化合物等。
1.2 缓凝剂对混凝土的作用机理
一般来讲，多数有机缓凝剂有表面活性，它们在固-液界面上产生吸附，改变固体粒子表面性质；或是通过分子中亲水基团吸附大量水分子形成较厚的水膜层，使晶体从相互接触到屏蔽，改变了结构形成过程；或是通过其分子中的某些官能团与游离的Ca生成难溶性的钙盐吸附于矿物颗粒表面，从而抑制水泥的水化进程，起到缓凝效果。大多数无机缓凝剂能与水泥生成复盐(如钙矾石)，沉淀于水泥矿物颗粒表面，抑制水泥水化。缓凝剂的机理较为复杂，通常是以上多种缓凝剂机理综合作用的结果。
1.3 缓凝剂对新拌混凝土性能的影响
1.3.1 对凝结时间影响
缓凝剂对混凝土凝结时间的影响与缓凝剂的种类、掺量、掺加方法以及水泥品种、混凝土配合比、使用季节和施工方法等条件有关。理想的缓凝剂应当在掺量少的情况下具有显著的缓凝作用,而且在一定掺量范围内凝结时间可调性强,并且不产生异常凝结现象。另外，尤为重要的是缓凝剂应使混凝土初凝时间延缓较长，而初凝与终凝间的间隔要短。表1中列举了各种缓凝剂对水泥净浆凝结时间的影响。
结果表明，不同缓凝剂的作用差别较大。在较低掺量下其作用特点可表现为两种：一种为显著延长初凝时间，但初凝和终凝间隔时间缩短，这说明它们具有抑制水泥初期水化和促进早期水化的特性；另一种是对初凝影响较小，显著延长终凝时间，但不影响后期正常水化。前者适于控制流动性，后者适于控制水化热。因此，只有正确掌握外加剂的性质和变化规律才能合理使用外加剂，达到最佳效果。
1.3.2 对抗压强度影响
一般地讲,缓凝剂对混凝土的作用主要是物理作用,即它们不参与水泥的水化反应,也不产生新的水化产物,只是在不同程度上减缓(甚至停止)反应的进程,类似于惰性催化剂的作用。因此它们对混凝土强度的影响主要来自对硬化后结构的改变。从强度的发展来看,适量掺加缓凝剂后的混凝土早期强度(7d左右)比未掺的要低,但一般7d以后就可以赶上或超过未掺者,28d强度比未掺者有较明显的提高。资料表明,90d强度仍然可以保持高于后者的趋势。对混凝土抗弯强度的影响规律类似于抗压强度,但没有抗压强度明显。
随着缓凝剂掺量的加大,混凝土早期强度降低,强度增长速度变慢,达到设计强度的时间更长。如果缓凝剂品种选择不当或超掺量使用,不但会严重降低混凝土早期强度,而且会降低中后期强度。主要原因是过度缓凝,混凝土长时间不凝结硬化,会造成混凝土内部水分过量的蒸发和散失,使水泥水化反应过缓甚至停止,水化程度低,水化产物过少,对混凝土强度造成不可恢复的损失。如表2、表3分别为缓凝剂对混凝土强度[2]的影响及缓凝剂超量对强度的影响。
1.4 快速测定缓凝剂是否超标
外加剂中缓凝剂超标会严重影响混凝土凝结时间，而温度的升高会缩短凝结时间。用外加剂[3]进行水泥净浆实验，用恒温箱提高实验的环境养护温度，缩短水泥净浆凝结时间，能够快速的测出缓凝剂是否超标。查阅相关资料，夏季温度高于25℃以上时外加剂中缓凝剂的用量为3%-5%，冬季温度低于20℃时缓凝剂少于3%。
2 原材料
2.1 聚羧酸系减水剂
江西某公司生产的聚羧酸高效减水剂，减水率为20%。
2.2 缓凝剂
2.2.1 缓凝剂1
葡萄糖酸钠，白色粉末，外加剂公司配套产品。
2.2.2 缓凝剂2
白糖，透明结晶，外加剂公司配套产品。
2.3 水
采用饮用自来水。
2.4 水泥
南方水泥P·O 42.5，比表面积为365m2/kg ，细度为2.3%,初凝时间与终凝时间分别为145min、220min,28天抗折强度与抗压强度分别为7.8MPa、47.2MPa。
3 实验结果与分析
实验目的：研究缓凝剂在不同温度下的水泥净浆凝结时间，快速判定外加剂缓凝剂是否超标。
实验方法与实验：外加剂中掺入不同比例的缓凝剂，进行水泥净浆实验，测定净浆初凝时间。实验称取300g水泥，87g水，1.5%的外加剂掺量，不加缓凝剂基准样的初始净浆流动度为165mm，测试各样品水泥净浆初凝时间，结果如表4。
由表4可以看出，相同温度下，净浆初凝时间随着缓凝剂的增加而延长，且白糖的效果是葡萄糖酸钠的2倍左右；不同温度时，缓凝剂对净浆初凝时间的影响随着温度升高而降低，温度越高初凝时间越短。不同温度下葡钠与白糖的净浆初凝时间如图1、图2，葡钠与白糖互掺的净浆初凝时间如图3、图4。
图1 不同温度下水泥净浆初凝时间与葡钠掺量的试验结果
图2 不同温度下水泥净浆初凝时间与白糖掺量的试验结果
图3 不同温度下水泥净浆初凝时间与葡钠 1%白糖的试验结果
图4不同温度下水泥净浆初凝时间与葡钠 2%白糖的试验结果
由图1、图2、图3、图4可以看出随着缓凝剂的增加水泥净浆初凝时间延长，温度越高初凝时间越短。因此，当外加剂中缓凝剂在一定范围时，可以通过温度的控制快速测定水泥净浆初凝时间，判断出外加剂中缓凝剂是否超标。
根据外加剂中缓凝剂用量，夏季常用3%-5%，宜选用温度70℃，水泥净浆初凝时间控制在3.5h以内为宜；冬季常用0%-3%，宜选用温度60℃，净浆初凝时间控制在3h左右为宜。超出此范围，混凝土容易出现凝结时间偏长，甚至超缓凝或不凝结问题。
4 结论
研究结论如下：
(1) 相同温度下，净浆初凝时间随着缓凝剂的增加而延长，且白糖的效果是葡萄糖酸钠的2倍左右；不同温度时，缓凝剂对净浆初凝时间的影响随着温度升高而降低，温度越高初凝时间越短。
(2) 缓凝剂的增加水泥净浆初凝时间延长，温度越高初凝时间越短。因此，当外加剂中缓凝剂在一定范围时，可以通过温度的控制快速测定水泥净浆初凝时间，判断出外加剂中缓凝剂是否超标。
(3) 根据外加剂中缓凝剂用量，夏季常用3%-5%，宜选用温度70℃，水泥净浆初凝时间控制在3.5h以内为宜；冬季常用0%-3%，宜选用温度60℃，净浆初凝时间控制在3h左右为宜。超出此范围，混凝土容易出现凝结时间偏长，甚至超缓凝或不凝结问题。
参考文献：
[1] CB/T 50081-2019.混凝土物理力学性能试验方法标准[S].
[2] GB/T 50080-2016.普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S].
[3] 何延树.混凝土外加剂[M].西安:陕西科学技术出版社,2003:223-227.
本文作者：
甘扶平，吴晓鹏，刘兴龙
版权归原作者所有，转载请注明出处！
,
