环境温度对混凝土初凝时间、缓凝剂作用效果的影响及应对措施

文摘 2025-01-29 07:01 河南

混凝土是使用量最大的建筑结构材料，在国民经济建设和基础设施提升方面发挥了重要作用，而混凝土的初凝时间是混凝土性能的一个重要指标，混凝土初凝时间异常不仅会影响工程的施工进度，还会影响实体混凝土的质量。影响混凝土初凝时间的因素较多，不仅与砂石、水泥等原材料息息相关，并且与环境温度及外加剂中的缓凝剂用量有着密切的关系。

随外加剂种类的不断丰富，现代混凝土的应用场景不断拓展，并使得混凝土力学性能和耐久性能不断改善，适量的缓凝剂可延缓水泥水化，延长混凝土初凝时间，提高混凝土保坍效果，这是缓凝剂主要作用和目标，而且在改善混凝土工作性能和调节混凝土温升方面起到了积极作用。缓凝剂作用机理是阻止或延缓C₃S和C₃A的反应速度，从而延缓水泥水化反应的诱导期，即延长水泥的初凝时间，或通过吸附等作用阻止或延缓水泥水化产物相互吸附凝聚成连续网状絮凝结构的速率，从而延长了水泥浆体凝聚结构存在时间及向结晶结构转化的时间，使水泥的初凝时间延长了。

当前主要的缓凝剂主要分为有机缓凝剂、无机缓凝剂以及复合缓凝剂等，不同的缓凝剂的作用效果也呈现出一定差异，需要更多研究，通过这些研究了解其作用效果，以便趋利避害，在此基础上更好地发挥缓凝剂的正向作用。

本试验在不同温度梯度下进行试验，探究环境温度对混凝土初凝时间及缓凝剂作用效果的影响，并针对由于混凝土初凝时间带来的生产异常提出改善措施及建议。

1试验原材料及试验设计

1.1试验原材料

⑴水泥：春驰牌P•O42.5普通硅酸盐水泥，水泥性能指标见表1；

⑵细骨料：机制砂，各项指标均符合GB/T14684-2022《建设用砂》标准要求；

⑶粗骨料：采用5～25mm、16.5～31.5mm连续级配碎石，各项指标均符合GB/T14685-2022《建设用卵石、碎石》标准要求；

⑷粉煤灰：Ⅱ级灰，各项性能均符合GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准要求；

⑸矿粉：S95等级，各项性能均符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准要求；

⑹拌合用水：满足JGJ63-2006《混凝土用水标准》要求；

⑺减水剂：科之杰Point-420HS缓凝型高效减水剂，符合GB8076-2008《混凝土外加剂》标准要求；

⑻缓凝剂：采用白糖、葡萄糖酸钠1:1复合，各项性能均符合GB/T317-2018《白砂糖》及QB/T4484-2013《葡萄糖酸钠》标准要求。

1.2试验设计

本试验，采用C30配合比验证不同温度梯度对混凝土初凝时间及缓凝剂作用效果影响，设计如下：

⑴配合比：采用C30配合比，试验所使用的骨料均是饱和面干状态，配合比见表2；

⑵拌合物配制及性能测试：在不同的温度梯度下（5℃、15℃、25℃、35℃、45℃）配制初始状态相当（坍落度200mm±100mm、扩展度550mm±20mm）的混凝土拌合物，并在该环境温度下利用贯入阻力仪测试其初凝时间；

⑶方案设计：配制两种不同缓凝剂用量（外加剂质量的0.5%、1%）的外加剂，在不同温度下进行试验，探究温度对混凝土初凝时间及缓凝剂作用效果的影响。并验证在不同温度下配制初凝时间相当（8h±30min）的混凝土时所需的缓凝剂用量之差。

2试验结果及分析

试验结果及数据见表3、表4、表5及图1。

从表3、表4及图1可得到以下结论：

⑴不同环境温度下，配制初始状态相当的混凝土拌合物的外加剂掺量均为2.0%，表明在不同环境温度下，对混凝土初始状态的掺量无明显影响；⑵在等量缓凝剂成分下，混凝土拌合物的初凝时间受环境温度的影响较大，随着环境温度的升高，混凝土拌合物的初凝时间明显的降低。数据分析，25℃到35℃初凝时间缩短65min，35℃到45℃缩短94min，随着环境温度的不断升高，初凝时间的缩短量增大；25℃到15℃初凝时间延长120min，15℃到5℃延长173min。说明以25℃室温为基准，随着环境温度的升高或降低，初凝时间的变化趋势变大，这是由于环境温度发生变化时，分子间热运动发生变化，影响水泥的水化速率，其间的关系服从普遍适用于各种物理化学反应的通用的Arrhenius定律，温度按算术级数升高的话，那么水化反应速率是在实用的温度范围内按几何级数增长的，反之亦然；

⑶从图1可知，在同一温度下，增加等量的缓凝剂用量，随着环境温度的升高，缓凝剂延长初凝时间的效果在下降，所以搅拌站在混凝土生产中，在高温环境下需要提高缓凝剂的用量以保证足够的初凝时间。

从表5可知，在不同环境温度下配制初凝时间为8h±30min的混凝土时，随着环境温度的升高，所需的缓凝剂用量也在不断地增加，并且低温5℃时，即使不添加缓凝剂，混凝土拌合物的初凝时间也远超8h±30min，达到了10h：40min，因此在搅拌站的混凝土生产中在冬季低温生产时更应该注意混凝土初凝时间，预防因初凝时间过长导致的混凝土质量异常及影响施工工期。

3应对措施及建议

从上述的试验表明，不同的环境温度对混凝土拌合物的初凝时间及缓凝剂的作用效果均有非常明显的影响，通过Arrhenius定律可知温度对水泥的水化反应速率影响极大，从而严重的影响混凝土的初凝时间，所以特别在夏季及冬季时，温度有较为明显的变化，搅拌站应该对初凝时间有更高的关注，避免由于初凝时间过长或过短导致出现混凝土生产异常及影响施工工期的情况，针对初凝时间的异常提出应对措施及建议。初凝时间过短的应对措施及建议：

⑴对水泥的初凝时间进行检测，若水泥初凝时间过短则需通知厂家整改，或更换初凝时间正常的水泥进行使用，否则只依靠缓凝剂调整，效果不佳，且水泥变动时易造成生产异常；

⑵在符合标准的情况下，经过试验强度合格的情况下可适当提高粉煤灰用量，因为粉煤灰的颗粒相对细小，填充于水泥颗粒的空隙中减少了水泥颗粒与水之间以及水泥颗粒相互之间的接触，稀释了水泥的浓度，且粉煤灰掺量越高水泥的量越少，生成的水化产物也越少从而延缓了水泥的水化反应；

⑶反馈给外加剂厂商，适当提高外加剂中的缓凝剂成分的用量来延长初凝时间，或在生产中适当提高外加剂的掺量，以此来提高混凝土中的缓凝剂成分；

⑷混凝土出现初凝时间短时，有时并非缓凝剂不足，可能与混凝土的保坍性能不足有关，需注意辨别，防止出现添加过量的缓凝剂造成混凝土质量异常。初凝时间过长的应对措施及建议：

⑴注意水泥初凝时间，水泥初凝时间过长容易导致混凝土初凝时间过长，特别是在冬季时，外加剂中未添加缓凝剂时，更需注意水泥初凝时间，防止造成生产异常和损失；

⑵在保证混凝土和易性等性能的时，可适当降低配合比中粉煤灰用量；

⑶适当降低外加剂中的缓凝剂成分用量来控制混凝土的初凝时间，也可在混凝土生产中降低外加剂的掺量进行生产，控制混凝土出厂的坍落度。

4结论

通过在不同环境温度下对缓凝剂及混凝土初凝时间的试验，得到以下结论：

⑴不同环境温度对混凝土初始状态所需的外加剂掺量无明显影响；

⑵环境温度对混凝土的初凝时间有明显的影响，随环境温度的升高，混凝土的初凝时间显著缩短；

⑶缓凝剂的作用效果受到环境温度的影响，随着环境温度的升高缓凝剂的作用效果呈下降趋势；

⑷在低温环境下，即使不添加缓凝剂，混凝土也有可能出现初凝时间过长的情况，搅拌站生产时需更加注意初凝时间，防止出现质量异常或影响施工工期。（来源：《广东建材》2024.12）

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