153 緩凝劑的性能和用途是什么？

（一）性能

緩凝劑與緩凝減水劑在凈漿及混凝土中均有不同的緩凝效果。緩凝效果隨摻量增加而增加，超摻會引起水泥水化完全停止。隨著氣溫升高，羥基羧酸及其鹽類的緩凝效果明顯降低，而在氣溫降低時，緩凝時間會延長，早期強度降低也更加明顯。羥基羧酸鹽緩凝劑會增大混凝土的泌水，尤其會使大水灰比低水泥用量的貧混凝土產生離析。

各種緩凝劑和緩凝減水劑主要是延緩、抑制C₃A礦物和C₃S礦物組分的水化，對C₂S影響相對小得多，因此不影響對水泥漿的后期水化和長齡期強度增長。

緩凝劑的凝結時間是主要指標，初凝要求較基準混凝土延遲90min以上，即凝結時間差大于+90min，但是終凝時間差不作統一規定，因為超緩凝劑和普通緩凝劑的指標是差別很大的。好的緩凝劑在正常摻量內不應降低混凝土強度，因此抗壓強度比在各齡期都應當不低于90％～100％。含氣量要求不大于5.5％，因為普通減水劑帶有緩凝性又有一定引氣性，因而不宜超摻。

（二）用途及使用限制

緩凝劑、緩凝減水劑及緩凝高效減水劑可用于大體積混凝土、碾壓混凝土、炎熱氣候條件下施工的混凝土、大面積澆筑的混凝土、避免冷縫產生的混凝土、需較長時間停放或長距離運輸的混凝土、自流平免振混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他需要延緩凝結時間的混凝土。

緩凝高效減水劑可制備高強高性能混凝土。

緩凝劑、緩凝減水劑及緩凝高效減水劑宜用于日最低氣溫5℃以上施工的混凝土，不宜單獨用于有早強要求的混凝土及蒸養混凝土。檸檬酸及酒石酸鉀鈉等緩凝劑不宜單獨用于水泥用量較低、水灰比較大的貧混凝土。

（三）主要品種

混凝土工程中可采用下列緩凝劑：

（１）多元醇和它的衍生物：乙二醇、丙二醇、丙三醇、１，２，６己三醇等；糖（包括蔗糖、甜菜糖、阿拉伯糖、山梨糖、木糖等）。

（２）羥基羧酸及其鹽類：檸檬酸、酒石酸鉀鈉、葡萄糖酸鈉等。

（３）無機鹽類：鋅鹽、磷酸鹽等。

（４）其他：胺鹽及其衍生物、纖維素醚、聚乙烯醇等。

緩凝劑品種很多，可分為有機物質和無機物兩大類。有機物緩凝劑的主要特點是使用量很微小，一般為水泥膠凝材料的萬分之幾到十萬分之幾；另一特點是使用不當會引起混凝土或水泥砂漿的最終強度降低。而無機鹽緩凝劑特點是相比之下摻量大，一般水泥膠凝材料的千分之幾，有的傳統品種效果不很穩定，尤其對摻合料多品種的效果不一。按照常用的緩凝劑品種可歸為以下８類。

（１）含有羥基（—OH）的有機物

①一元醇中最簡單的是甲醇（CH₃OH），其次是乙醇，甲醇與乙醇對延緩混凝土凝結作用很小。

隨著羥基數目增加、醇的緩凝作用明顯增大，二元醇的作用就明顯大，如乙二醇、丙二醇、戊二醇、己二醇等。三元醇的緩凝作用就更強，如甘油（即丙三醇）。１，２，６己三醇含有四個羥基，緩凝作用更強。大劑量的甘油會使水化過程中止。多元醇中的木糖醇、山梨醇、阿糖醇、甘露醇等都曾適用來作為水泥混凝土的緩凝調凝劑。

②聚乙烯醇

水溶性的聚乙烯醇，不僅用作混凝土增稠劑，同時也是緩凝劑，但摻量以不大于0.3％為宜。

③多元醇衍生物——糖類

多元醇衍生物用作混凝土緩凝劑的是各種糖——單糖和多糖，能與水泥中氫氧化鈣生成不穩絡合物抑制硅酸三鈣水化而暫時地延緩了水泥水化進程。研究開發和應用比較多的是含5～8個碳原子的單糖，包括麥芽糖、蔗糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、山梨糖、庚糖（七碳糖） 等。它們對抑制混凝土坍落度損失都有較明顯效果。多糖屬于長鏈表面活性劑中的天然產物。多糖類中用于混凝土和水泥緩凝劑的是淀粉類的糊精，以及改性淀粉（淀粉醚）。

（２）含羧酸基（—COOH）的有機物

①檸檬酸

天然產物存在于果汁中，也可以人工合成。用于混凝土有明顯緩凝作用，摻量一般是膠凝材料的0.01％～0.1％，摻量0.05％時28d強度仍有提高，繼續增大摻量要影響混凝土強度，此外，它能改善混凝土抗凍性。

②乳酸

乳酸對硅酸鹽類水泥有緩凝作用。

③酒石酸

其天然產物來自漿果汁，溶于水和乙醇，對水泥有強烈緩凝作用，用量一般不會超過膠凝材料總量的0.01％～0.06％。加入它會延緩混凝土7ｄ以內強度，但能促進后期強度提高。

④水楊酸

又稱鄰羥基苯甲酸，白色針狀或毛狀結晶形粉末，主要延緩初凝時間，對終凝時間延緩不顯著。

（３）羥基羧酸鹽和胺基羧酸鹽

羥基羧酸鹽是迄今最常用的緩凝調凝劑，與微量促凝劑和緩凝劑復合以起到調凝和控制坍落度損失作用。通常認為葡萄糖酸鈉效果最好。但是羥基羧酸鹽在高溫環境中效果降低、減弱了對水泥中Ｃ₃Ｓ的水化抑制是主要原因。

①葡萄糖酸鈉［H（CHOH_）5COONa］

葡萄糖酸鈉又稱五羥基乙酸鈉、白色或淡黃色結晶形粉末，pＨ值為8～9，易溶于水、微溶于醇。葡萄糖酸鈉和它的脫水物β葡萄糖七氧化物是有效的成本適中的混凝土緩凝減水劑。它的緩凝性很強、源于能抑制硅酸三鈣（Ｃ₃Ｓ） 的水化，抑制強度大于焦磷酸鈉。通常條件下能使混凝土在拌合后保持坍落度1～2ｈ，且耐溫效應比較顯著，優于其他羥基羧酸鹽。

葡萄糖酸鈉能顯著增大混凝土坍落度，即所謂的二次塑化效應，可因此減少減水劑的使用量。其另一特點是對木鈣的適應性。它還有與磷酸鹽系、硼酸鹽、某些羥基羧酸鹽緩凝劑良好的協同作用，從而進一步提高調凝效果。

葡萄糖酸鈉通常摻量在0.05％～0.2％膠凝材料總量范圍內變動。但由于它對３d齡期以內的水泥水化有強烈抑制作用，故用量一般不超過0.1％，特殊情況例外。

②檸檬酸鈉［HC（COONa）CH₂（OONa）2·2H2O］

也稱作檸檬酸三鈉和枸櫞酸鈉。由檸檬酸用氫氧化鈉或碳酸鈉中和而得。為白色細小結晶體，在150℃時失去結晶水開始分解，易溶于水。對水泥初期水化有抑制作用，但不影響硬化混凝土的早期強度提高。大劑量使用時能促進水泥水化，消除緩凝的作用。作為調凝劑使用，添加量常常低于0.05％。

經常采用的羥基羧酸鹽還有酒石酸鉀鈉。以上這些都是脂肪族羥基羧酸鹽。迄今開發應用相當少的是芳香族羥基羧酸鹽，已經使用的有水楊酸鈉，但保持坍落度在短時內不損失的效果不如人意。此外有羥基苯甲酸鈉。上述兩類羥基羧酸鹽復配使用已見報道。氨基羧酸鹽作為水泥緩凝劑使用的，較知名的是對氨基苯磺酸鈉。

（４）有機胺及衍生物

有機胺用作緩凝劑的主要是鏈狀脂肪族胺，有機胺中的憎水基團是烷基，親水基團則為胺基［NH₂］^－，［NH］^2－，在水泥顆粒表面成膜而阻止其水化。有機胺某些衍生物會形成多層吸附或表面螯合而產生緩凝作用。羥胺中的三乙醇胺以及二乙醇胺等都是較好的緩凝劑。其中三乙醇胺與水泥接觸后的24ｈ內有明顯緩凝作用，尤其和木鈣復合使用后能顯著延長水泥凝結時間。但三乙醇胺與氯鹽或硫酸鈉復合則早強效果明顯。

酰胺類化合物多作為增稠劑和絮凝劑，但實際上也有調凝作用，數量的酰胺衍生物和聚合物都有延緩混凝土坍落度損失、保持流動性和防離析、泌水的功效。

幾種緩凝劑的水泥漿緩凝效果列于表１。

（５）磷酸鹽及膦酸鹽緩凝劑

研究水泥漿摻與不摻各種磷酸鹽時水化放熱情況，得到的結論是焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉緩凝作用最強，對水泥水化的延緩作用最強。其順序是：焦磷酸鈉（Na₄P₂O₇）＞三聚磷酸鈉（Na₅P₃O₁₀）＞四聚磷酸鈉（Na₆P₄O₁₃）＞十水磷酸鈉（Na₃P₄·10H₂O）＞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₄·12H₂O） ＞磷酸二氫鈉（NaH₂PO₄2H₂O）＞磷酸（H₃PO₄） ＞空白。

聚磷酸鹽較焦磷酸鹽、磷酸鹽和酸式磷酸鹽的緩凝作用、也可說是抑制混凝土坍落度損失的作用要強得多。聚磷酸鹽的缺點是易水解。水解后生成正磷酸根離子和與鈣離子結合生成溶解度很小的磷酸鈣。

聚磷酸鹽或稱縮合磷酸鹽時是透明玻璃片狀粉或白色粒狀晶體。吸濕性強，易潮解變黏，溶于水但速度慢，水溶液顯弱酸性。在酸、堿介質中或溫水中容易水解為正磷酸鹽、反應是不可逆的。三聚磷酸鈉在水中溶解度最初較大可達35％，稱為瞬時溶解度；數日后溶解度反而降至1/3～1/2，因此有白色沉淀產生，是為最后的溶解度。

表２列出若干常用磷酸鹽（聚磷酸鹽）參數。

膦（讀lin）酸鹽即“有機”磷酸，是磷原子直接與碳原子相連，而氫原子被羥基所置換而構成的磷酸鹽。它們中的一些品種對水泥同樣具有良好緩凝作用，而且不受影響，不易水解成正磷酸鹽和產生磷酸鈣等沉淀。與其他緩凝劑的相容性能也和磷酸鹽接近。

傳統的無機鹽緩凝劑在施工中仍有廣泛應用。磷酸鹽是無機物系列中最有效的緩凝劑和調凝功能最強的。除此之外，硼酸鹽、鋅鹽、一些重金屬如鐵、銅、鎘的硫酸鹽也都是有效的緩凝劑。

（６）硼酸和硼酸鹽

硼酸（H₃BO₃）是白色細粉狀或鱗片狀晶體，加熱到70～100℃會脫水生成偏硼酸，溶于水和醇，是一種弱酸，pH為3.6～5.3。在緩凝劑開發研究初期常常應用，但由于效果不穩定，現在已較少單獨使用。

焦硼酸鈉也稱硼砂，學名十水四硼酸鈉，是無色半透明結晶體或粉末，有咸味，易溶于水和甘油，呈弱堿性。加熱至60℃失去8個分子水，加熱到878℃熔融成玻璃狀物，能溶解許多金屬氧化物。硼砂是一種強緩凝劑，不僅用于硅酸鹽水泥，也用于硫鋁酸鹽水泥中。水中溶解度０℃為1.3％，20℃為2.7％，30℃為3.9％。在乙二醇中溶解度大，25℃時為41.6％。

（７）鋅鹽

在無機緩凝劑中，各種鋅鹽也是緩凝劑，如：

①氯化鋅（ZnCl₂，分子量136.30）。

②碳酸鋅（ZnCO₃分子量125.39）。

③硫酸鋅（ZnSO₄·7Ｈ₂Ｏ，分子量287.54）。

④硝酸鋅［Zn（NO₃）₂·6Ｈ₂Ｏ，分子量297.47］。

在大多數情形下，鋅鹽呈弱酸性。鋅鹽作為緩凝劑時作用不夠持久，因而很少單獨使用，而是與有機質緩凝劑復合后用于調節混凝土的坍落度保持率和凝結時間。當某個鋅鹽不適合這種減水劑時，可以調換為另一種鋅鹽。鋅鹽有降低貧混凝土泌水的作用，而且不影響早期強度的增長。

（８）其他

①氟硅酸鈉（Na₂SiF₆）

一種有腐蝕性的無味白色粉末，微溶于水，水解后呈酸性反應。氟硅酸鈉是耐酸混凝土的主要組分之一，但也是普通混凝土的緩凝劑。

②硫酸亞鐵（FeSO₄·7H₂O）

又稱綠礬，是天藍色或綠色結晶小粒或粉。分子量278.05。在干燥空氣中風化表面泛白，在濕空氣中氧化成棕黃色。溶于水和甘油。溶解度隨溫度升高而增加。0℃時溶解度為13.5％，到20℃則增加到21％，50℃時增加到32.7％。對水泥和混凝土有緩凝作用，較少單獨發揮作用，而多數與其他緩凝劑復配作助劑或增效劑用。