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缓凝剂对石膏砂浆性能的影响

1.缓凝剂的定义

缓凝剂就是降低石膏的水化速度和水化热,延长凝结时间的一种添加剂。参照国家标准《混凝土外加剂的分类、命名与定义》(GB8075-87)中的规定,用于砂浆中的缓凝剂的定义如下:延长砂浆凝结时间的添加剂。


2.缓凝剂的分类

目前,常用的石膏缓凝剂主要有三种。①有机酸及其可溶盐:羟基羧酸及其盐、柠檬酸、酒石酸及其盐、蔗糖。②无机盐:锌盐、磷酸盐。③蛋白质类缓凝剂:骨胶蛋白。


3.缓凝剂的作用机理

在石膏缓凝剂的缓凝机理研究方面,还没有取得一致的意见。一般认为石膏缓凝大致有以下几种机理:降低半水石膏的溶解度;减慢半水石膏的溶解速度;缓凝离子吸附于二水石膏晶体表面,并把这些离子结合到晶格内;形成络合物,限制离子向二水石膏晶体附近扩散。这些机理总结为:吸附理论、生成络盐理论、沉淀理论和控制结晶产生理论。

缓凝剂大多对原料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,延缓了原料的水化和浆体结构的形成。无机类缓凝剂,往往是在原料颗粒表面形成一层难溶的薄膜,对原料颗粒的水化起屏障作用,阻碍了原料的正常水化。这些作用都会导致原料的水化速度减慢,延长原料的凝结时间。

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,能与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的络合物。正因为如此,羟基羧酸及其盐类能与原料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,这样原料的水化反应将继续正常进行。

缓凝剂分子在原料固体粒子上的吸附层的存在,使分子间范德华力作用在吸附层表面上,使悬浮的颗粒体也有沉淀作用。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的晶胚上,并使其稳定。这种稳定作用阻止结构形成过程,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,因此控制了胶凝物的水化和硬化过程。无论使用何种缓凝剂,在水化继续进行过程中,由于原料固体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。

缓凝作用的机理另一观点认为,缓凝剂吸附晶核上,抑制了其继续生长,在达到一定过饱和度之前,晶体的生长将停止。这个理论重点放在缓凝剂对晶核的吸附,而不是在水化产物上吸附。但是,研究表明仅仅抑制或改变晶体的生长状态不足以引起缓凝。


4.缓凝剂对砂浆的影响

首先,缓凝剂对脱硫建筑石膏初凝、终凝时间的影响。由于建筑石膏的凝结时间短,为满足施工要求,石膏中掺加的缓凝剂需要满足缓凝效果好、掺量小、晶体形貌影响小及强度损失小等优点。

其次,缓凝剂对脱硫建筑石膏强度的影响。缓凝剂对脱硫建筑石膏的强度具有严重的负面影响。大多数缓凝剂除了明显改变石膏的凝结时间外,同时带来强度的大幅度降低。随着缓凝剂用量的增多,抗压强度、抗折强度均有所降低。

最后,缓凝剂对石膏的放热过程影响。石膏的水化过程是一个放热过程,随着时间的增加,温度曲线可以用石膏的水化速度来表示。在石膏水化的同时会产生水化热,石膏的温度会得到提升。温度的提高会加速石膏的凝结过程。脱硫建筑石膏的水化放出的热量十分突出,石膏放热的速度也非常快,缓凝剂抑制石膏的集中放热。


5.缓凝剂使用的注意事项

在使用缓凝剂时,应根据不同的施工温度,通过试验找出缓凝剂的****掺量。再根据施工要求的初凝时间,在****掺量的范围内采用与之对应的合理掺量,以求达到既经济又能满足工程施工要求的目的。

过量缓凝剂与原料发生作用时,发生的超时缓凝作用。在作用机理方面与一般缓凝剂的缓凝机理无本质的区别,只是往往由于缓凝剂的掺量很高,新拌砂浆液相中的缓凝剂的剩余含量很高。这时原料的水化反应需要克服更大的能垒,所以往往需要一个较长的时间,甚至原料的水化反应完全停止,凝结最终无法完成。从而产生不凝结现象,这是必须避免的。


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