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北京午晟智造建筑工程有限公司

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缓凝剂的种类及添加

2014年09月22日

缓 凝 剂

(一)定义

缓凝剂就是降低水泥或石膏的水化热,延长凝结时间的一种添加剂。

用于砂浆中的缓凝剂的定义如下:

缓凝剂:延长砂浆凝结时间的添加剂。

(二)种类

按结构可将缓凝剂分为下列几类:

1)糖类:

糖钙、葡萄糖酸盐等,糖钙就是由制糖下脚料经石灰处理而成。

2)羟基羧酸及其盐类:

柠檬酸、酒石酸及其盐,其中以天然的酒石酸缓凝效果最好。

3)无机盐类:

锌盐、磷酸盐等。

4)木质磺酸盐等

在所有的缓凝剂中,木质磺酸盐的添加量最大且有较好的减水效果。

(三)作用机理

一般来说,有机类缓凝剂大多对水泥颗粒以及水化产物新相表面具有较强的活性作用,吸附于固体颗粒表面,延缓了水泥和浆体结构的形成。

无机类缓凝剂,往往是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜,对水泥颗粒的水化起屏障作用,阻碍了水泥的正常水化。这些作用都会导致水泥的水化速度减慢,延长水泥的凝结时间。

缓凝剂对水泥缓凝的理论主要包括吸附理论、生成络盐理论、沉淀理论和控制氢氧化钙结晶生产理论。

多数有机缓凝剂有表面活性,它们在固液界面产生吸附,改变固体粒子表面性质,即亲水性。由于吸附作用,它们分子中的羟基在水泥粒子表面,阻碍水泥水化过程,使晶体相互接触受到屏蔽,改变了结构形成过程。如葡萄糖吸附在C3S表面生成吸附膜,因此掺0.1﹪葡萄糖是水泥凝结时间延长70﹪。

对羟基羧酸及其盐的缓凝作用,用络合物理论解释更为合适。因为羟基羧酸盐是络合物形成剂,能于过渡金属离子形成稳定的络合物,而与碱土金属离子只能在碱性介质中形成不稳定络合物。正因为如此,羟基羧酸及其盐类能与水泥中的钙离子形成不稳定络合物,在水化初期控制了液相中的钙离子的浓度,产生缓凝作用,随水化过程的进行,这种不稳定的络合将会破坏,这样水化将继续正常进行。

缓凝剂分子在水泥离子上的吸附层的存在,使分子间的作用力保持在厚的水化层表面上,使水泥悬浮体也有分散作用。它们不但在原胶凝物质的粒子表面吸附,而且在水化和硬化过程中吸附在新相的晶胚上,并使其稳定。这种稳定作用组织结构形成过程,并降低早期强度。缓凝剂不仅由于在原化合物和最终化合物上的吸附作用,而且由于改变了饱和溶液中晶胚生成的速度,因此控制了胶凝物上的吸附作用,而且由于改变了饱和溶液中晶胚生成的速度,因此控制了胶凝物的水化和硬化过程。无论是使用何种缓凝剂,在水泥水化继续进行过程中,由于水泥粒子的膨胀引起吸附层分子之间的空隙扩大或膜层破裂,因此水化作用可照常进行。这样对后期强度的发展几乎没有坏的影响,在合理掺量范围内(0.01﹪~0.20﹪)甚至可以增加后期强度

缓凝作用的机理另一观点认为,缓凝剂吸附在氢氧化钙核上,抑制了其继续生长,在达到一定过饱和度之前,氢氧化钙的生长将停止。这个理论中重点放在缓凝剂在氢氧化钙上的吸附,而不是在水化产物上吸附。但是,研究表明仅仅抑制或改变氢氧化钙生长状态不足引起缓凝,而更重要的是缓凝剂子在水化的C3S上的吸附。

(四)应用

缓凝剂主要用于延长砂浆的可工作时间和凝结时间。主要用于石膏灰浆和石膏基添缝料。因为石膏的凝结速度过快而不能使用。使用不同类型的缓凝剂加入量也不同。缓凝剂可用于自流平砂浆、刚性防水浆料、腻子等产品中。在自流平砂浆产品中,酒石酸和葡萄糖酸钠与合成超塑化剂配合效果较好;而柠檬酸及柠檬酸盐与干酪素配合效果较好。

酒石酸、柠檬酸及其盐以及葡萄糖酸盐已成功用于干砂浆产品,其典型的掺量为0.050.2%

缓凝剂有哪些品种?

缓凝剂按其化学成分可分为有机物类缓凝剂和无机盐类缓凝剂两大类。有机物类缓凝剂是较为广泛使用的一大类缓凝剂,常用品种有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、酒石酸钾、柠檬酸等,其中以天然的酒石酸缓凝效果最好)、多元醇及其衍生物和糖类(糖钙、葡萄糖酸盐等)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,因此其兼具减水作用,故又称其为缓凝减水剂。无机盐类缓凝剂包括硼砂、氯化锌、碳酸锌以及铁、铜、锌的硫酸盐、磷酸盐和偏磷酸盐等。

 

湿拌砂浆中为什么掺入缓凝剂?

缓凝剂能延缓水泥的水化硬化速度,使新拌砂浆在较长时间内保持塑性,以便于施工操作。

湿拌砂浆是在专业生产厂经计量、拌制后,用搅拌运输车运至使用地点,然后放入专用容器储存,随用随取。目前,湿拌砂浆大多由混凝土搅拌站供应,与混凝土相比,砂浆用量要少得多,搅拌站通常集中在某段时间内拌制砂浆,然后运到工地,因此一次运输量往往较大。而目前我国建筑砂浆施工大部分为手工操作,施工速度较慢,运到工地的砂浆不能很快使用完,需停置较长时间,甚至一昼夜,这就要求砂浆能在较长时间内不凝结,以便于施工操作,避免浪费。因此,湿拌砂浆中常掺用缓凝剂来调整砂浆的凝结时间,具体品种、掺量可根据施工、天气、交通等情况通过试验确定。

 

湿拌砂浆为什么要用专用缓凝剂?

普通水泥砂浆或水泥石灰混合砂浆中的水泥一般为普通硅酸盐水泥,其初凝时间为2h,终凝时间3~4h,所以,砂浆的凝结时间在3~8h。湿拌砂浆的特点是一次生产量大,而目前现场施工大部分为手工操作,施工速度较慢,因此湿拌砂浆在工地不会很快被使用完,需要储存在密闭容器中,在规定时间内逐步地使用完。因此,需采用专用缓凝剂来延长湿拌砂浆的可操作时间。湿拌砂浆的凝结时间可根据要求划分为8h、12h和24h。

 

湿拌砂浆专用缓凝剂与普通混凝土用缓凝剂有什么不同?

普通缓凝剂一般只能缓凝几小时至十几小时,如加大掺量就会导致水泥石强度急剧降低,甚至松溃无强度。国外报道的各类超缓凝剂,其缓凝效果一般小于48h,且均不同程度地存在后期强度损失的现象。超缓凝剂是一种特殊的水泥外加剂,它掺入混凝土或砂浆中,可使混凝土或砂浆在一定温度范围内(10~35℃)和一定时间(20~42d)内不凝结。即使水泥水化处于“休眠”状态,待“休眠”状态结束后仍继续水化硬化,并不破坏水泥石的结构。由于该超缓凝剂具有这一特殊性能,因此可用于配制超长时间缓凝砂浆。  

专用于湿拌砂浆的缓凝外加剂应具有推迟水泥初凝时间的性质,使砂浆在密闭容器内最长可保持24h不凝结,超过上述时间或者砂浆中的水分被吸附蒸发后,砂浆仍能正常凝结硬化。与商品混凝土施工速度快、需求量大的特点不同,预拌砂浆由于施工速度较慢(目前现场仍采用手工砌筑或抹面的施工工艺),而每次的需求量较少,为使现场的砂浆能保持一定时间的施工性,要求砂浆具有一个时间段的休眠期;但为保证砂浆能满足施工进度的需要,又要求施工后的砂浆能尽快凝结硬化。因此,砂浆专用缓凝外加剂必须同时具有这两种功能。专用缓凝外加剂品质指标见表99-1:

表99-1 专用缓凝外加剂品质指标

项目

氯离子含量/%

砂浆凝结时间/h

质量要求

≤0.40

≥24

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