混凝土外加剂-缓凝剂发展状况

周 丹

（沈阳顺天建设集团有限公司 辽宁 沈阳 110000）

0 引言

混凝土作为用量最大、适用范围最广、耐久性最好的建筑材料，其地位是其它任何材料所难以取代的[1]。随着混凝土制品的日益增多，混凝土结构的日趋复杂，建筑的高层化和大型化，对混凝土材料提出了许多新的要求[2]。比如调凝、延缓或减少水化热、大流动性、高强且耐久等技术要求，以及尽可能节约能耗，降低成本与快速施工等经济要求。

过去通常采用具有不同矿物组成的水泥来使混凝土拥有某种性能，而变化水泥的矿物组成往往给水泥生产工艺带来诸多困难。工程实践证明，将外加剂作为混凝土的第五组份掺入混凝土之中，是使混凝土获得优良胜能、满足众多不同要求的有效途径[3]。如在混凝土的集中搅拌条件下，由于商品混凝土凝结时间和坍落度要求的不同，人们必须通过在混凝土中掺加泵送剂加以调节，而缓凝剂是配制泵送剂的必备组分。

1 缓凝剂的分类及特点

1.1 缓凝剂的分类

缓凝剂种类较多，按其化学成分可分为无机和有机两大类。按缓凝时间可分为普通缓凝剂和超缓凝剂两大类。

无机缓凝剂包括:硼砂、氯化锌、碳酸锌、铁、铜、锌、镉的硫酸盐，磷酸盐和偏磷酸盐等。

有机缓凝剂包括:羟基羧酸及其盐，多元醇及其衍生物，糖类及碳水化合物。

1.2 缓凝剂的特点

混凝土缓凝剂是一种能延迟水泥水化反应，从而延长混凝土凝结时间的外加剂。对于商品泵送混凝土，或者在夏季高温环境下施工的混凝土，采用缓凝剂和高效减水剂复合使用的方法，延长混凝土凝结时间，减少坍落度损失，是保证混凝土正常泵送施工，提高工效的常用方法。对于大体积混凝土，通过添加缓凝剂，降低混凝土绝对温升，延迟温峰出现时间，还可有效避免因水泥水化放热产生温度应力而使混凝土产生温度应力裂缝[4-5]。

缓凝剂在复合外加剂中的重要作用：一是，延缓水泥的凝结硬化速度，降低水化热，防止温度变形引起混凝土裂缝；二是，提高混凝土拌合物的保坍性能，以满足混凝土，特别是泵送混凝土和商品混凝土的正常施工。

2 缓凝剂的作用机理

缓凝剂对水泥缓凝的理论有：吸附理论、生成络盐理论、沉淀理论和控制氢氧化钙结晶生长理论。一般来讲，多数有机缓凝剂有表面活性，他们在固一液界面产生吸附，改变固体粒子表面性质，即亲水化；或者通过其分子中亲水基团吸附大量水分子形成较厚的水膜层，由于吸附作用，它们分子中轻基在水泥粒子表面，阻碍水泥水化过程，使晶体相互接触受到屏蔽，改变了结构形成过程；或者通过其分子中的某些官能团与游离的Ca2+生成难溶性的钙盐吸附于矿物颗粒表面，从而抑制水泥的水化进程，起到缓凝效果。大多数无机缓凝剂能与水泥水化产物生成复盐(钙矾石)，沉淀于水泥矿物颗粒表面，抑制水泥水化。缓凝剂的作用机理较为复杂，通常是以上多种缓凝机理综合作用的结果。

3 缓凝剂的研究应用现状

建国初期，我国在一些大型水利工程中采用了预拌混凝土，但是由于种种原因，我国商品混凝土的发展比较迟缓，与发达国家相比，形成了很大的差距。我国的商品混凝土搅拌站始建于20世纪70年代后期，随后，由于建设的需要和政府的支持，商品混凝土发展较快，每年以约15%以上的幅度递增。2010年我国商品混凝土年产量己超过5亿m3。但是，我国商品混凝土的发展极不平衡，地区差异较大。在北京、上海、广州、深圳、大连、厦门等大城市，商品混凝土使用量比较大，占这些城市的混凝土总用量的60%～80%左右，己经接近或达到发达国家的水平。而在西部地区，有的省份则刚刚起步。

为了进一步提高混凝土商品化程度，加速混凝土商品化进程，2003年10月6日，我国商务部、公安部、建设部和交通部联合发布《关于禁止在城市城区现场搅拌混凝土的通知》。通知规定：从2003年12月31日起，北京、上海、深圳、广州等124个城市禁止现场搅拌混凝土；其它城市从2005年12月31日起禁止现场搅拌混凝土。

政府的强制规定加速了商品混凝土的发展，同时也带动了减水剂、高效减水剂、缓凝剂的应用技术水平。

木质素磺酸盐减水剂、萘系高效减水剂是产量最大、应用最为广泛的外加剂。除此之外，糖蜜类、羟基羧酸类以及少数无机盐类缓凝剂和缓凝减水剂也得到了普遍使用。缓凝剂的使用离不开减水剂，也离不开混凝土，尤其是商品混凝土等高性能混凝土。缓凝剂可用来克服高效减水剂的坍落度损失，保证商品混凝土的施工质量。随着混凝土质量的提高、高性能混凝土的问世以及商品混凝土使用范围的不断扩大，缓凝剂得到了日益广泛的应用。

4 缓凝剂发展中存在的问题

目前，木质素磺酸盐是产量最大、应用最为广泛的缓凝减水剂。木质素磺酸盐可以降低水的表面张力，具有一定的引气性，而且掺量增加后，引气和缓凝作用更强，所以应避免超掺量使用，否则会由于引气过多和过于缓凝，使混凝土强度降低甚至长期不凝结硬化，造成过程事故。除此之外，糖蜜类、羟基羧酸类以及少数无机盐类缓凝剂和缓凝减水剂也得到了普遍使用。

磷酸盐是近年来研究较多的无机盐缓凝剂。磷酸并无明显的缓凝作用，但某些磷酸盐却有较强的缓凝作用。如焦磷酸钠、多聚磷酸钠、正磷酸盐及其酸式盐。有机类缓凝剂因其原料来源广泛，生产工艺简单，成本较低，缓凝效果明显而受到广泛使用。每种缓凝剂均存在一个最佳掺量范围，并且对于不同的环境条件以及施工工艺缓凝剂的掺加方法也有所不同。在实际施工过程中，由于对缓凝剂品种使用不当、掺加方式、掺量不当或是施工工艺与措施不当均可引起水泥混凝土的不正常凝结，影响施工质量甚至造成工程事故。如水泥中以硬石膏做调凝剂的时候，糖钙掺入会速凝，造成工程事故。

这样就存在着一个普遍的、非常重要的问题就是与水泥的相容性问题。即外加剂与水泥以及复合外加剂与水泥之间有时存在着不相容状况，而这种不相容状况有时会导致严重的工程事故和不可估量的经济损失。因此，改善所用缓凝高效减水剂或泵送剂与水泥的相容性，提高其对混凝土拌和物的和易性和保坍性能非常重要。而这些性能的提高，与复合外加剂中所用高效减水剂及缓凝剂的性能，以及它们之间的相容性和它们与水泥的相容性密切相关。

综合以上问题，缓凝剂的使用离不开减水剂，也离不开混凝土，尤其是商品混凝土等高性能混凝土。由于外加剂的成本和价格因素，商品混凝土的成本和价格受到很大影响，作者认为如何正确选择和使用外加剂就成为重要课题，一方面要水泥—外加剂体系相容性好，另一方面要考虑成本价格最优，提高综合经济效益。今后（的研究方向应该朝着研究外加剂复配与水泥的相容性以及低价格外加剂之间的相容性问题发展。这是当前混凝土科技领域的重要研究课题。

［1］吴中伟.绿色高性能混凝土与科技创新[J].建筑材料学报.1998，1（1）:3.

［2］吴中伟.高性能混凝土(HPC)的发展趋势与问题[J].建筑技术.1998，（1）:8－10.

［3］吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社，1999.

［4］何廷树.混凝土外加剂[Ml.陕西科学技术出版社，2003.

［5］蒋亚清，等.外加剂应用基础[M].化学工业出版社，2004.