三聚磷酸鈉對(duì)混凝土性能影響的研究

羅梅 付建新 蔣林葳 張璐

1開封市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（475000）2開封市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)站（475000）3河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

三聚磷酸鈉對(duì)混凝土性能影響的研究

羅梅1付建新2蔣林葳3張璐3

1開封市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（475000）2開封市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)站（475000）3河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

這里研究了不同摻量三聚磷酸對(duì)混凝土拌合物凝結(jié)時(shí)間、坍落度經(jīng)時(shí)損失率以及硬化后混凝土抗壓強(qiáng)度、水化產(chǎn)物礦物成分的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，三聚磷酸鈉能夠明顯延緩水泥的凝結(jié)，對(duì)混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時(shí)損失有明顯的抑制作用，用其作混凝土緩凝劑，雖然混凝土早期強(qiáng)度有所降低，但并不影響混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度。

三聚磷酸鈉；凝結(jié)時(shí)間；坍落度；抗壓強(qiáng)度

0 引言

磷酸鹽是近年來研究較多的無機(jī)緩凝劑。磷酸(H3PO4)并無明顯的緩凝作用，某些磷酸鹽則有較強(qiáng)的緩凝作用，如焦磷酸鈉、二聚磷酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉等，綜合考慮性價(jià)比，廣泛應(yīng)用于在水泥混凝土行業(yè)中的為三聚磷酸鈉。這里研究的是采用三聚磷酸鈉作為緩凝劑，通過對(duì)不同三聚磷酸鈉摻量混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間、坍落度經(jīng)時(shí)損失率，以及硬化后混凝土抗壓強(qiáng)度和水化產(chǎn)物礦物成分進(jìn)行測(cè)定，研究不同三聚磷酸鈉摻量對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)用原材料

水泥：焦作水泥廠生產(chǎn)的散裝普通硅酸鹽42.5級(jí)水泥，其化學(xué)成份和物理性能見表1、表2。

表1 水泥化學(xué)成份

表2 水泥物理力學(xué)性能

砂：信陽產(chǎn)河砂，細(xì)度模數(shù)為2.62，含泥量為1.1%，堆積密度為1 380 kg/m3。

碎石：新密石灰石碎石，規(guī)格為5～20 mm，含泥量為0.4%，泥塊含量為0.1%。針片狀含量4.1%。其中5～10 mm占40%，10～20 mm占60%。壓碎指標(biāo)值為8.5%。

三聚磷酸鈉：武漢無機(jī)鹽化工有限公司生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)三聚磷酸。

1.2 試驗(yàn)方法

以配合比水∶水泥∶砂∶碎石=240 kg/m3∶385 kg/ m3∶780 kg/m3∶1 000 kg/m3為基準(zhǔn)配合比，按照三聚磷酸鈉摻量分別為0、0.02%、0.05%、0.05%、0.10%、0.15%配合不同的混凝土，并對(duì)各摻量混凝土的凝結(jié)時(shí)間、坍落度、抗壓強(qiáng)度和水化產(chǎn)物礦物成分分別進(jìn)行測(cè)定。

混凝土的凝結(jié)時(shí)間和坍落度按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。混凝土的抗壓強(qiáng)度按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法進(jìn)行》測(cè)試。試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。混凝土水化產(chǎn)物礦物成分采用XRD方法進(jìn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 三聚磷酸鈉摻量對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響

不同三聚磷酸鈉摻量混凝土的凝結(jié)時(shí)間測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 不同三聚磷酸鈉摻量對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

由表3可以看出，三聚磷酸鈉能夠明顯延緩水泥的凝結(jié)，隨著三聚磷酸摻量的增加，混凝土拌合物到達(dá)初凝和終凝的時(shí)間逐漸變長(zhǎng)，但混凝土拌合物達(dá)到初凝與達(dá)到終凝的時(shí)間間隔變化不大。

2.2 不同三聚磷酸鈉摻量對(duì)混凝土拌合物坍落度的影響

不同三聚磷酸鈉摻量混凝土的凝結(jié)時(shí)間測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 不同產(chǎn)量三聚磷酸鈉對(duì)混凝土拌合物坍落度的影響

由表4可以看出,隨著三聚磷酸鈉摻量的增加，混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時(shí)損失變化量顯著變小，說明三聚磷酸鈉對(duì)混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失率有良好的抑制作用。

2.3 不同三聚磷酸鈉摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響不同三聚磷酸鈉摻量混凝土的抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果見表5。

表5 不同三聚磷酸鈉摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表5可以看出,隨著三聚磷酸鈉摻量的增加，雖然混凝土早期強(qiáng)度有所降低，但并不影響混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度。這是由于水化反應(yīng)初期，緩凝劑通過吸附、絡(luò)合或形成沉淀等覆蓋在水泥粒子表面，阻礙水泥特別是C3S水化反應(yīng)的進(jìn)行，然而隨著水化反應(yīng)的緩慢進(jìn)行，一方面覆蓋在水泥粒子表面的膜層逐漸破裂，緩凝劑分子逐漸嵌入水化產(chǎn)物中,另一方面可以給水化產(chǎn)物充分的時(shí)間進(jìn)行穿插、搭接和填充，這樣使水化更充分，水泥石結(jié)構(gòu)也更加密實(shí),有利于后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)和其他性能的提高。

2.4 不同三聚磷酸鈉摻量對(duì)混凝土水化產(chǎn)物礦物組分的影響

不同三聚磷酸鈉摻量混凝土的水化產(chǎn)物礦物組分的XRD圖譜見圖1。

圖1 不同三聚磷酸鈉摻量混凝土的水化產(chǎn)物礦物組分圖譜

由圖1可知,隨著三聚磷酸鈉摻量的增加，水化1 d的AFt及CH衍射峰以及7 d的CH衍射峰逐漸減小，表明三聚磷酸鈉不僅抑制了C3S水化，也延緩了C3A的水化，且抑制作用隨摻量的增大而增大。

摻入三聚磷酸鈉(Na5P3O10)會(huì)使水泥水化的誘導(dǎo)期延長(zhǎng)，并且使C3S的水化速度大大減緩。部分學(xué)者認(rèn)為緩凝的機(jī)理主要是磷酸鹽與Ca(OH)2反應(yīng)在已生成的熟料相表面形成了“不溶性”的磷酸鈣，從而阻礙了正常水化的進(jìn)行；也有學(xué)者認(rèn)為這和Na5P3O10與Ca2+之間形成絡(luò)合物有關(guān)。水保水泥漿體的孔溶液呈堿性，常溫下，Na5P3O10在水溶液中是穩(wěn)定的[1]，堿性溶液中水解更少。Na5P3O10有很強(qiáng)的絡(luò)合金屬離子的能力，可絡(luò)合Ca2+離子10%～11%（按自重計(jì)）[2]。Na5P3O10與溶液中的Ca2+離子形成絡(luò)鹽，降低溶液中Ca2+離子的濃度，阻礙了Ca(OH)2的結(jié)晶析出,同時(shí)絡(luò)合物吸附在水泥顆粒表面上，其對(duì)水泥水化抑制作用的時(shí)間較長(zhǎng)，使摻Na5P3O10的水泥漿體的緩凝時(shí)間比摻正磷酸或酸式鹽長(zhǎng)的多[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，三聚磷酸鈉能夠明顯延緩水泥的凝結(jié)，對(duì)混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時(shí)損失有明顯的抑制作用，用其作混凝土緩凝劑，雖然混凝土早期強(qiáng)度有所降低，但并不影響混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度。

當(dāng)三聚磷酸鈉(Na5P3O10)摻量為0.05%時(shí)，水泥的初凝時(shí)間延長(zhǎng)45 min，終凝延長(zhǎng)70 min；混凝土的抗壓強(qiáng)度與不摻緩凝劑的基準(zhǔn)混凝土相比，3 d為102%，7 d為101%，28 d為102%。因此，三聚磷酸鈉的最佳摻量為水泥質(zhì)量的（0.02～0.10）%。這樣既能保證混凝土有一定的緩凝時(shí)間，又不降低混凝土的早期和后期強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏德良.三聚磷酸鈉溶液穩(wěn)定性研究[J].高等函授學(xué)報(bào). 2002,1(15)：36-37.

[2]天津化工研究院.無機(jī)鹽工業(yè)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000：806-814.

[3]馬保國(guó),許永和,等.三聚磷酸鈉對(duì)硅酸鹽水泥初始水化歷程的的影響[J].混凝土,2004，181(11)：1-14.