混凝土外加劑-緩凝劑發(fā)展狀況

周 丹

（沈陽順天建設(shè)集團有限公司 遼寧 沈陽 110000）

0 引言

混凝土作為用量最大、適用范圍最廣、耐久性最好的建筑材料，其地位是其它任何材料所難以取代的[1]。隨著混凝土制品的日益增多，混凝土結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，建筑的高層化和大型化，對混凝土材料提出了許多新的要求[2]。比如調(diào)凝、延緩或減少水化熱、大流動性、高強且耐久等技術(shù)要求，以及盡可能節(jié)約能耗，降低成本與快速施工等經(jīng)濟要求。

過去通常采用具有不同礦物組成的水泥來使混凝土擁有某種性能，而變化水泥的礦物組成往往給水泥生產(chǎn)工藝帶來諸多困難。工程實踐證明，將外加劑作為混凝土的第五組份摻入混凝土之中，是使混凝土獲得優(yōu)良勝能、滿足眾多不同要求的有效途徑[3]。如在混凝土的集中攪拌條件下，由于商品混凝土凝結(jié)時間和坍落度要求的不同，人們必須通過在混凝土中摻加泵送劑加以調(diào)節(jié)，而緩凝劑是配制泵送劑的必備組分。

1 緩凝劑的分類及特點

1.1 緩凝劑的分類

緩凝劑種類較多，按其化學(xué)成分可分為無機和有機兩大類。按緩凝時間可分為普通緩凝劑和超緩凝劑兩大類。

無機緩凝劑包括:硼砂、氯化鋅、碳酸鋅、鐵、銅、鋅、鎘的硫酸鹽，磷酸鹽和偏磷酸鹽等。

有機緩凝劑包括:羥基羧酸及其鹽，多元醇及其衍生物，糖類及碳水化合物。

1.2 緩凝劑的特點

混凝土緩凝劑是一種能延遲水泥水化反應(yīng)，從而延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑。對于商品泵送混凝土，或者在夏季高溫環(huán)境下施工的混凝土，采用緩凝劑和高效減水劑復(fù)合使用的方法，延長混凝土凝結(jié)時間，減少坍落度損失，是保證混凝土正常泵送施工，提高工效的常用方法。對于大體積混凝土，通過添加緩凝劑，降低混凝土絕對溫升，延遲溫峰出現(xiàn)時間，還可有效避免因水泥水化放熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力而使混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫[4-5]。

緩凝劑在復(fù)合外加劑中的重要作用：一是，延緩水泥的凝結(jié)硬化速度，降低水化熱，防止溫度變形引起混凝土裂縫；二是，提高混凝土拌合物的保坍性能，以滿足混凝土，特別是泵送混凝土和商品混凝土的正常施工。

2 緩凝劑的作用機理

緩凝劑對水泥緩凝的理論有：吸附理論、生成絡(luò)鹽理論、沉淀理論和控制氫氧化鈣結(jié)晶生長理論。一般來講，多數(shù)有機緩凝劑有表面活性，他們在固一液界面產(chǎn)生吸附，改變固體粒子表面性質(zhì)，即親水化；或者通過其分子中親水基團吸附大量水分子形成較厚的水膜層，由于吸附作用，它們分子中輕基在水泥粒子表面，阻礙水泥水化過程，使晶體相互接觸受到屏蔽，改變了結(jié)構(gòu)形成過程；或者通過其分子中的某些官能團與游離的Ca2+生成難溶性的鈣鹽吸附于礦物顆粒表面，從而抑制水泥的水化進程，起到緩凝效果。大多數(shù)無機緩凝劑能與水泥水化產(chǎn)物生成復(fù)鹽(鈣礬石)，沉淀于水泥礦物顆粒表面，抑制水泥水化。緩凝劑的作用機理較為復(fù)雜，通常是以上多種緩凝機理綜合作用的結(jié)果。

3 緩凝劑的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

建國初期，我國在一些大型水利工程中采用了預(yù)拌混凝土，但是由于種種原因，我國商品混凝土的發(fā)展比較遲緩，與發(fā)達國家相比，形成了很大的差距。我國的商品混凝土攪拌站始建于20世紀70年代后期，隨后，由于建設(shè)的需要和政府的支持，商品混凝土發(fā)展較快，每年以約15%以上的幅度遞增。2010年我國商品混凝土年產(chǎn)量己超過5億m3。但是，我國商品混凝土的發(fā)展極不平衡，地區(qū)差異較大。在北京、上海、廣州、深圳、大連、廈門等大城市，商品混凝土使用量比較大，占這些城市的混凝土總用量的60%～80%左右，己經(jīng)接近或達到發(fā)達國家的水平。而在西部地區(qū)，有的省份則剛剛起步。

為了進一步提高混凝土商品化程度，加速混凝土商品化進程，2003年10月6日，我國商務(wù)部、公安部、建設(shè)部和交通部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于禁止在城市城區(qū)現(xiàn)場攪拌混凝土的通知》。通知規(guī)定：從2003年12月31日起，北京、上海、深圳、廣州等124個城市禁止現(xiàn)場攪拌混凝土；其它城市從2005年12月31日起禁止現(xiàn)場攪拌混凝土。

政府的強制規(guī)定加速了商品混凝土的發(fā)展，同時也帶動了減水劑、高效減水劑、緩凝劑的應(yīng)用技術(shù)水平。

木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、萘系高效減水劑是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最為廣泛的外加劑。除此之外，糖蜜類、羥基羧酸類以及少數(shù)無機鹽類緩凝劑和緩凝減水劑也得到了普遍使用。緩凝劑的使用離不開減水劑，也離不開混凝土，尤其是商品混凝土等高性能混凝土。緩凝劑可用來克服高效減水劑的坍落度損失，保證商品混凝土的施工質(zhì)量。隨著混凝土質(zhì)量的提高、高性能混凝土的問世以及商品混凝土使用范圍的不斷擴大，緩凝劑得到了日益廣泛的應(yīng)用。

4 緩凝劑發(fā)展中存在的問題

目前，木質(zhì)素磺酸鹽是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最為廣泛的緩凝減水劑。木質(zhì)素磺酸鹽可以降低水的表面張力，具有一定的引氣性，而且摻量增加后，引氣和緩凝作用更強，所以應(yīng)避免超摻量使用，否則會由于引氣過多和過于緩凝，使混凝土強度降低甚至長期不凝結(jié)硬化，造成過程事故。除此之外，糖蜜類、羥基羧酸類以及少數(shù)無機鹽類緩凝劑和緩凝減水劑也得到了普遍使用。

磷酸鹽是近年來研究較多的無機鹽緩凝劑。磷酸并無明顯的緩凝作用，但某些磷酸鹽卻有較強的緩凝作用。如焦磷酸鈉、多聚磷酸鈉、正磷酸鹽及其酸式鹽。有機類緩凝劑因其原料來源廣泛，生產(chǎn)工藝簡單，成本較低，緩凝效果明顯而受到廣泛使用。每種緩凝劑均存在一個最佳摻量范圍，并且對于不同的環(huán)境條件以及施工工藝緩凝劑的摻加方法也有所不同。在實際施工過程中，由于對緩凝劑品種使用不當、摻加方式、摻量不當或是施工工藝與措施不當均可引起水泥混凝土的不正常凝結(jié)，影響施工質(zhì)量甚至造成工程事故。如水泥中以硬石膏做調(diào)凝劑的時候，糖鈣摻入會速凝，造成工程事故。

這樣就存在著一個普遍的、非常重要的問題就是與水泥的相容性問題。即外加劑與水泥以及復(fù)合外加劑與水泥之間有時存在著不相容狀況，而這種不相容狀況有時會導(dǎo)致嚴重的工程事故和不可估量的經(jīng)濟損失。因此，改善所用緩凝高效減水劑或泵送劑與水泥的相容性，提高其對混凝土拌和物的和易性和保坍性能非常重要。而這些性能的提高，與復(fù)合外加劑中所用高效減水劑及緩凝劑的性能，以及它們之間的相容性和它們與水泥的相容性密切相關(guān)。

綜合以上問題，緩凝劑的使用離不開減水劑，也離不開混凝土，尤其是商品混凝土等高性能混凝土。由于外加劑的成本和價格因素，商品混凝土的成本和價格受到很大影響，作者認為如何正確選擇和使用外加劑就成為重要課題，一方面要水泥—外加劑體系相容性好，另一方面要考慮成本價格最優(yōu)，提高綜合經(jīng)濟效益。今后（的研究方向應(yīng)該朝著研究外加劑復(fù)配與水泥的相容性以及低價格外加劑之間的相容性問題發(fā)展。這是當前混凝土科技領(lǐng)域的重要研究課題。

［1］吳中偉.綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新[J].建筑材料學(xué)報.1998，1（1）:3.

［2］吳中偉.高性能混凝土(HPC)的發(fā)展趨勢與問題[J].建筑技術(shù).1998，（1）:8－10.

［3］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

［4］何廷樹.混凝土外加劑[Ml.陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［5］蔣亞清，等.外加劑應(yīng)用基礎(chǔ)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.