三聚磷酸鈉對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)量檢測站（475000）3河南建筑材料研究設(shè)計院有限責任公司（450002）

三聚磷酸鈉對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)量檢測站（475000）3河南建筑材料研究設(shè)計院有限責任公司（450002）

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

三聚磷酸鈉；凝結(jié)時間；坍落度；抗壓強度

0 引言

磷酸鹽是近年來研究較多的無機緩凝劑。磷酸(H3PO4)并無明顯的緩凝作用，某些磷酸鹽則有較強的緩凝作用，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，通過對不同三聚磷酸鈉摻量混凝土拌合物的凝結(jié)時間、坍落度經(jīng)時損失率，以及硬化后混凝土抗壓強度和水化產(chǎn)物礦物成分進行測定，研究不同三聚磷酸鈉摻量對混凝土性能的影響規(guī)律。

1 試驗

1.1 試驗用原材料

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%。壓碎指標值為8.5%。

三聚磷酸鈉：武漢無機鹽化工有限公司生產(chǎn)的工業(yè)級三聚磷酸。

1.2 試驗方法

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，并對各摻量混凝土的凝結(jié)時間、坍落度、抗壓強度和水化產(chǎn)物礦物成分分別進行測定。

混凝土的凝結(jié)時間和坍落度按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》進行測試。混凝土的抗壓強度按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法進行》測試。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方法進行測試。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 三聚磷酸鈉摻量對凝結(jié)時間的影響

不同三聚磷酸鈉摻量混凝土的凝結(jié)時間測定結(jié)果見表3。

表3 不同三聚磷酸鈉摻量對混凝土凝結(jié)時間的影響

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，混凝土拌合物到達初凝和終凝的時間逐漸變長，但混凝土拌合物達到初凝與達到終凝的時間間隔變化不大。

2.2 不同三聚磷酸鈉摻量對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)時間測定結(jié)果見表4。

表4 不同產(chǎn)量三聚磷酸鈉對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)時損失變化量顯著變小，說明三聚磷酸鈉對混凝土的坍落度經(jīng)時損失率有良好的抑制作用。

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

表5 不同三聚磷酸鈉摻量對混凝土抗壓強度的影響

由表5可以看出,隨著三聚磷酸鈉摻量的增加，雖然混凝土早期強度有所降低，但并不影響混凝土的28 d抗壓強度。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)的進行，然而隨著水化反應(yīng)的緩慢進行，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)物充分的時間進行穿插、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,有利于后期強度的增長和其他性能的提高。

2.4 不同三聚磷酸鈉摻量對混凝土水化產(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)會使水泥水化的誘導(dǎo)期延長，并且使C3S的水化速度大大減緩。部分學(xué)者認為緩凝的機理主要是磷酸鹽與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行；也有學(xué)者認為這和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有很強的絡(luò)合金屬離子的能力，可絡(luò)合Ca2+離子10%～11%（按自重計）[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,同時絡(luò)合物吸附在水泥顆粒表面上，其對水泥水化抑制作用的時間較長，使摻Na5P3O10的水泥漿體的緩凝時間比摻正磷酸或酸式鹽長的多[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)，對混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時損失有明顯的抑制作用，用其作混凝土緩凝劑，雖然混凝土早期強度有所降低，但并不影響混凝土的28 d抗壓強度。

當三聚磷酸鈉(Na5P3O10)摻量為0.05%時，水泥的初凝時間延長45 min，終凝延長70 min；混凝土的抗壓強度與不摻緩凝劑的基準混凝土相比，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間，又不降低混凝土的早期和后期強度。

參考文獻：

[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. 2002,1(15)：36-37.

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

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