溫度對(duì)混凝土緩凝劑最優(yōu)摻量的影響

摘　要：緩凝劑的緩凝效果，受環(huán)境溫度的影響十分明顯。本文通過(guò)多種緩凝劑在不同溫度下緩凝效果的試驗(yàn)研究，分析了溫度對(duì)混凝土緩凝劑最優(yōu)摻量的影響規(guī)律，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：混凝土　緩凝劑　溫度　最優(yōu)摻量

1 　前言

混凝土的初凝時(shí)間除了受原材料、水膠比等因素影響外，環(huán)境溫度是影響混凝土初凝時(shí)間最為主要的外界因素之一。眾所周知，隨著環(huán)境溫度的升高，膠凝材料的水化、凝結(jié)、硬化的速度加快，因而混凝土的初凝時(shí)間縮短，在高溫狀況下，其影響更為明顯。摻緩凝劑是延長(zhǎng)混凝土初凝時(shí)間最重要的措施，而緩凝劑的緩凝效果受環(huán)境溫度的影響十分明顯，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，緩凝劑的緩凝效果降低。研究表明〔1〕在一定溫度下，緩凝劑對(duì)混凝土初凝時(shí)間的影響存在最優(yōu)摻量：即摻加少量的緩凝劑能延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間，當(dāng)摻量增加到一定值時(shí)，混凝土的初凝時(shí)間達(dá)到極值，若再增加摻量，其緩凝效果反而降低，甚至起促凝作用。那么隨著環(huán)境溫度的升高，緩凝劑的最優(yōu)摻量是如何變化呢，通常認(rèn)為：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，應(yīng)增大緩凝劑的摻量，為了探討這個(gè)問(wèn)題，本文在膠凝材料凈漿配合比，環(huán)境相對(duì)濕度，成型條件不變的情況下，研究了環(huán)境溫度對(duì)混凝土緩凝劑摻量的影響規(guī)律，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了探討，這對(duì)于更好地認(rèn)識(shí)混凝土緩凝劑應(yīng)用中所存在的問(wèn)題，根據(jù)不同的施工溫度合理調(diào)整緩凝劑摻量，做到既經(jīng)濟(jì)又能保證工程質(zhì)量，具有實(shí)際意義。

2 　試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

2.1 　試驗(yàn)原材料

(1) 水泥：廣西柳州水泥廠生產(chǎn)的525 # 普通硅酸鹽水泥。

(2) 粉煤灰：田東電廠的電收塵粉煤灰，屬Ⅱ級(jí)灰，其品質(zhì)及化學(xué)成份見(jiàn)表1 、表2 。

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(3) 外加劑：

HS ：自制的高溫超緩凝劑(以糖蜜為主要成份的復(fù)合劑) ；

DT ：成都勘探設(shè)計(jì)院科研所研制，以糖為主要成份的緩凝減水劑；

ZB1212 ：浙江龍游縣混凝土外加劑廠生產(chǎn)，以木質(zhì)素磺酸鈉為主要成份的緩凝減水劑；

C62202c ：上海麥斯特建材有限公司生產(chǎn)，以木質(zhì)磺酸鈣為主要成份的緩凝減水劑。

2.2 　試驗(yàn)方法

由于混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程是膠凝材料凝結(jié)硬化的體現(xiàn)，兩者凝結(jié)過(guò)程的規(guī)律相似。所以探討緩凝劑的作用效果可在膠凝材料凈漿中進(jìn)行。

試驗(yàn)按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程SD105282》規(guī)定方法進(jìn)行。凈漿配合比為粉煤灰和水泥各占50 %；同種外加劑采用相同的水膠比。在相對(duì)濕度為98 % ，溫度為20 ℃，30 ℃，40 ℃的恒溫恒濕箱中養(yǎng)護(hù)。

3 　試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)得出各種緩凝劑在不同溫度條件下不同摻量對(duì)膠凝材料凈漿初凝時(shí)間的影響結(jié)果見(jiàn)表3 。

將表3 的試驗(yàn)結(jié)果繪制成不同溫度條件下混凝土緩凝劑摻量與膠凝材料凈漿初凝時(shí)間關(guān)系圖(見(jiàn)圖1) 。

從圖1 和表3 我們可以看到：如文獻(xiàn)〔1〕所述，在溫度、配合比不變的條件下緩凝劑存在最優(yōu)摻量。但隨著溫度的變化，緩凝劑最優(yōu)摻量的變化規(guī)律也不盡相同。且溫度升高，緩凝劑的最優(yōu)摻量并沒(méi)有隨之增大，某些外加劑的最優(yōu)摻量保持不變(如圖1 的a 、b) ，另外一些外加劑的最優(yōu)摻量反而降低(如圖1 的c、d) 。某些外加劑的緩凝作用受溫度影響明顯(如ZB1212) ，某些外加劑的緩凝作用受溫度影響較小(如HS) 。其結(jié)論與普通觀點(diǎn)截然相反。

　注意到這個(gè)問(wèn)題，對(duì)于混凝土外加劑的應(yīng)用具有重要意義。在使用緩凝劑時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的施工溫度，通過(guò)試驗(yàn)找出緩凝劑的最優(yōu)摻量，再根據(jù)施工要求的初凝時(shí)間，在最優(yōu)摻量的范圍內(nèi)采用與之對(duì)應(yīng)的合理?yè)搅?，以求達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又能滿足工程施工要求的目的。

4 　溫度對(duì)緩凝劑最優(yōu)摻量的影響機(jī)理

Joisel(2)從電解質(zhì)溶解度的角度對(duì)外加劑使混凝土出現(xiàn)凝結(jié)加速或者延緩現(xiàn)象，作了理論分析。他認(rèn)為：水泥化合物的反應(yīng)在早期是通過(guò)溶液的反應(yīng)，也就是說(shuō)水泥化合物先電離成離子，然后在溶液中形成水化物。由于其溶解度有限，水化產(chǎn)物就結(jié)晶析出，水泥漿體就出現(xiàn)稠化、凝結(jié)和硬化等現(xiàn)象。緩凝劑的緩凝作用主要是影響水泥化合物的溶解，而不是水化產(chǎn)物的結(jié)晶。為此，將水泥看作是由某些酸(硅酸鹽和鋁酸鹽) 和堿(鈣) 的離子所組成的，其各自的溶解度就依賴于溶液中所存在酸、堿離子的類別和對(duì)濃度。絕大部分緩凝劑在水中是會(huì)電離的，因些摻入水泥漿體中就會(huì)改變體系的離子組成與濃度。并按以下規(guī)則影響水泥化合物的溶解：

(1) 當(dāng)溶液中有一種強(qiáng)的陽(yáng)離子(如K+ 、Na + ) 存在時(shí)會(huì)減小比它弱的陽(yáng)離子(Ca2 + 離子) 的溶解，但又趨向于加速硅酸鹽離子和鋁酸鹽離子的溶解，在濃度低時(shí)，前一種效應(yīng)為主；當(dāng)濃度高時(shí)，則后一種作用占優(yōu)勢(shì)。

(2) 溶液中存在強(qiáng)的陰離子(如CL - ，NO3 - 或SO42 - ) 時(shí)，會(huì)減小比它弱的陰離子(如硅酸鹽、鋁酸鹽) 的溶解度，但又趨向于加速鈣離子的溶解。在濃度低時(shí)前一種效應(yīng)為主；當(dāng)濃度高時(shí)，則后一種作用占優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)上述，我們可以知道：某一種化學(xué)外加劑加入水泥- 水系統(tǒng)后，總的效果決定于一系列相輔相成的作用，并隨外加劑提供的離子類型和濃度不同而異。低濃度的弱堿強(qiáng)酸鹽或強(qiáng)堿弱酸鹽主要起延緩水泥化合物的溶解而呈緩凝效果，但當(dāng)這類鹽的濃度較大時(shí)因加速水泥化合物的溶解而起促凝作用，從而說(shuō)明了緩凝劑達(dá)到最佳緩凝效果時(shí)其電解質(zhì)濃度是一定的。

由于化學(xué)外加劑在水中的離子濃度受外加劑濃度(摻量) 和溫度的影響，通常在相同溫度下，同種緩凝劑離子濃度隨著外加劑摻量增加而增大；在外加劑摻量相同的條件下，其離子濃度則隨著溫度的升高而增大。不同的緩凝劑受溫度的影響程度不同，因此可得出如下結(jié)論：

(1) 某些緩凝劑在相同的摻量下，隨著溫度的升高，其電解質(zhì)的離子濃度增大。

(2) 要使溶液中緩凝劑電解質(zhì)的離子濃度相等，高溫時(shí)所需緩凝劑的摻量比低溫時(shí)小。

(3) 對(duì)于容易電離的緩凝劑(一般摻量均很低) ，其電離度幾乎不受溫度的影響，所以在高溫或低溫時(shí)電解質(zhì)離子濃度只隨摻量的變化而變化。

結(jié)論(1) 和( 2) 可說(shuō)明某些外加劑(如ZB1212 ， C6220 —c) 隨著溫度的升高，其最優(yōu)摻量反而降低的原因；利用結(jié)論(3) 可以知道某些外加劑(如HS、DT) 因電離度大，其電離度幾乎不受溫度的影響，所以溫度升高時(shí)其最優(yōu)摻量保持不變。

5 　結(jié)　語(yǔ)

混凝土緩凝劑存在最優(yōu)摻量，隨著環(huán)境溫度的升高，其最優(yōu)摻量并沒(méi)有增大，而是有的降低，有的保持不變。這是不是普遍存在的規(guī)律，有待進(jìn)一步探討。筆者認(rèn)為，工程中混凝土緩凝劑的使用，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)找出使用溫度條件下的適宜摻量范圍，切勿盲目用超摻的方法來(lái)滿足工程對(duì)初凝時(shí)間的要求，以免因超摻造成經(jīng)濟(jì)損失，而且可以避免超摻使混凝土初凝時(shí)間縮短給施工帶來(lái)不利和產(chǎn)生不良后果。

參考文獻(xiàn)

1黃書(shū)榮，蔡海瑜.“混凝土緩凝劑最優(yōu)摻量的研究”. 混凝土， 1995 (3) .
2A. Joisel ，Admixtures of cement ，1973.