混凝土外加剂组分对水泥凝结时间的影响

混凝土外加剂组分对水泥凝结时间的影响[摘要]为了探讨混凝土外加剂中不同组分对水泥凝结时间的影响,研究了不同组分对水泥凝结时间的影响,并分析了其影响机理。结果表明:水泥的凝结时间随着减水组分、缓凝组份和三乙醇胺掺量的增加而增加,随着无机盐早强防冻组分掺量的增加而缩短;不同组分对水泥凝结时间的影响幅度差别较大;在最大常用掺量条件下,缓凝组分对水泥终凝时间的延缓幅度为135%～274%,减水组分对水泥终凝时间的延缓幅度为45%～81%,无机盐早强组分对水泥的终凝时间的缩短幅度为10%～13%。[关键词]水泥;凝结时间;减水组分;缓凝组分;早强组分前言在气温较高的季节,为了避免新拌混凝土坍落度损失太快,需要在外加剂中掺加少部分缓凝组分,这必然会带来凝结时间的延长;在寒冷季节为了使混凝土达到防冻和早强效果,会在混凝土外加剂中掺加部分早强防冻组分,也会对凝结时间产生影响;混凝土外加剂中含量最高的减水组分由于种类与掺量的不同,会对凝结时间产生不同程度的影响。随着商品混凝土的发展和外加剂应用范围的扩大,非常有必要探讨外加剂组分对水泥凝结时间的影响规律与影响幅度。目前混凝土外加剂中通常采用的减水组分有萘磺酸盐、木质素磺酸盐、聚羧酸盐等,缓凝组分通常采用葡萄酸钠、柠檬酸钠、蔗糖等,早强防冻组分通常采用亚硝酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钠、三乙醇胺等[1]。本文研究了外加剂中不同组分对水泥凝结时间的影响规律与影响幅度,并分析了其影响机理。1实验材料与方案1.1实验材料采用PO42.5水泥进行实验,初凝时间为177min,终凝时间为247min。采用粉状萘磺酸盐减水剂,Na2SO4·5H2O含量为4.6%;液态聚羧酸减水剂,含固量为20.1%,实验中折合为固态计算掺量;粉状木质素磺酸钙,木质素含量为58.2%,还原物含量为9.4%。采用分析纯葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、蔗糖缓凝组分。采用分析纯三乙醇胺、十水硫酸钠、亚硝酸钠、硫代硫酸钠早强防冻组分。2.2实验方案考虑到减水组分对净浆稠度有很大影响,在进行减水组分对水泥凝结时间的影响实验时,适当降低用水量,并保持水灰比相同。根据各种组分在实际工程中的常用掺量设计水泥凝结时间的实验配比,具体配比如表1所示。水泥的凝结时间根据GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性简验方法》进行检测。2实验结果与分析2.1减水组分对水泥凝结时间的影响萘磺酸盐、聚羧酸、木钙三种减水组分在不同掺量条件下对水泥凝结时间的影响如图1所示。由图1可知,随着减水组分掺量的增加,水泥的凝结时间也随之增加;在常用掺量范围内,不同品种的减水组分对水泥凝结时间的影响幅度差别较大。在萘磺酸盐掺量为0.9%时,水泥的终凝时间增加81.4%;聚羧酸盐掺量为0.18%时,终凝时间增加44.9%;木质素磺酸钙掺量为0.3%时,终凝时间增加55.1%。掺入减水组分后,减水剂分子吸附在水泥颗粒表面,形成有一定厚度的分子吸附层,使水泥颗粒表面带上电性相同的电荷,促进水泥颗粒的分散性能,进而在颗粒表面形成一层溶剂化水膜[2]。由于减水组分对水泥颗粒的这些作用,在一定时间内水泥浆体分散体系保持稳定,阻碍了水化产物的聚结,进而延缓了水泥的凝结时间。减水组分掺量越大,稳定体系持续的时间越长,凝结时间也就越长。木质素磺酸钙中含有部分还原糖类,还会对水泥起到一定的缓凝作用[3]。不同种类的减水剂对水泥颗粒的作用强度不同,导致其对水泥缓凝幅度有所差别。2.2缓凝组分对水泥凝结时间的影响分别采用蔗糖、葡萄糖酸钠和柠檬酸钠三种常用的缓凝组分进行试验。在相同掺量下,三种缓凝成分对水泥初凝时间和终凝时间的影响如图2所示。由图2可知,随着各种缓凝组分掺量的增加,水泥的初凝时间和终凝时间都随之增加。掺加0.06%的蔗糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠后,水泥的终凝时间分别增加273.3%,150.2%和135.2%。从缓凝效果来看,蔗糖的缓凝效果最高,葡钠的缓凝效果略高于柠檬酸钠。缓凝剂吸附于水泥颗粒表面,改变了水泥颗粒的表面性能,延缓水泥熟料矿物的水化,导致水泥的凝结时间延[4]。蔗糖是多羟基化合物,羟基吸附于水泥颗粒表面,使水化产物相互接触受到屏蔽[5]。葡萄糖酸钠会吸附在C3S表面上生成吸附膜,在颗粒表面形成吸附层,阻碍C3S的继续溶解和水解;柠檬酸钠在C3S表面形成不溶性钙盐的膜层,阻碍水化反应的继续进行。缓凝剂的这些作用均会导致水泥凝结时间的延长。但这些不稳定的膜层只是在一定时间内发挥作用,之后将会破坏,水化反应得以继续进行。2.3早强防冻组分对水泥凝结时间的影响2.3.1三乙醇胺对水泥凝结时间的影响三乙醇胺是一种常用的早强剂,其掺量一般为水泥重量的0.05%～0.1%。在不同掺量下对水泥凝结时间的影响如图3所示。由图3可知,随着三乙醇胺掺量的增加,水泥的凝结时间延长;掺量越大,凝结时间延长幅度越大。在三乙醇胺掺量为0.12%时,终凝时间为不掺时的1.73倍。三乙醇胺掺入水泥中会吸附在水泥粒子表面,形成带有电荷的亲水薄膜,产生悬浮稳定效应,阻碍水泥颗粒的凝聚,并延缓C3S和C2S的水化,导致水泥凝结时间的延长。单独使用三乙醇胺早强效果不明显,与无机盐复合使用,才能发挥早强增强作用[6]。虽然三乙醇胺是一种常用的早强剂,但在单独掺加量较低的情况下会引起混凝土凝结时间较大幅度的增长,在实际施工过程中应引起足够的重视。2.3.2无机盐类对水泥凝结时间的影响分别采用十水硫酸钠、亚硝酸钠和硫代硫酸钠作为早强防冻成分进行试验。在相同掺量下,三种成分对水泥凝结时间的影响如图4所示。由图4可知,水泥的凝结时间随着十水硫酸钠、亚硝酸钠和硫代硫酸钠掺量的增加而缩短。在掺量均为1.2%时,掺加十水硫酸钠、亚硝酸钠和硫代硫酸钠后,水泥的终凝时间分别缩短12.6%,10.9%和13.0%。所以无机盐类的早强防冻成分对凝结时间影响幅度较小。掺加硫酸钠、亚硝酸钠和硫代硫酸钠等无机盐类早强防冻组分后,不仅会使水的凝固点降低,还会与水泥水化产生的Ca(OH)2反应生成NaOH或CaSO4,从而降低了浆体中Ca(OH)2的浓度,促进了Ca(OH)2的再溶解,加速水泥的水化速度。反应生成的CaSO4具有更好的活性和分散性,可以加快C3A的反应速度。同时NaOH可以提高C3A和硫酸钙的溶解速度,加速硫铝酸钙的形成[7]。所以硫酸钠钠等无机盐会导致水泥的凝结时间缩短。3结论1)水泥的凝结时间随着减水掺量的增加而增加,不同品种的减水组分在最大常用掺量条件下对水泥终凝时间的延缓幅度为45%～81%。2)水泥的凝结时间随着缓凝组分掺量的增加而增加。从缓凝效果来看,蔗糖的缓凝效果最高,葡钠的缓凝效果略高于柠檬酸钠。在最大常用掺量条件下不同缓凝组分对水泥终凝时间的延缓幅度为135%～274%。3)水泥的凝结时间随着三乙醇胺掺量的增加而延长,随着十水硫酸钠、亚硝酸钠和硫代硫酸钠掺量的增加而缩短。在最大常用掺量条件下无机盐早强组分对水泥的终凝时间的缩短幅度为10%～13%。