三聚磷酸钠对混凝土性能影响的研究

罗梅 付建新 蒋林葳 张璐

1开封市建筑工程质量监督站（475000）2开封市建设工程质量检测站（475000）3河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

三聚磷酸钠对混凝土性能影响的研究

罗梅1付建新2蒋林葳3张璐3

1开封市建筑工程质量监督站（475000）2开封市建设工程质量检测站（475000）3河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

这里研究了不同掺量三聚磷酸对混凝土拌合物凝结时间、坍落度经时损失率以及硬化后混凝土抗压强度、水化产物矿物成分的影响规律。试验结果表明，三聚磷酸钠能够明显延缓水泥的凝结，对混凝土拌合物的坍落度经时损失有明显的抑制作用，用其作混凝土缓凝剂，虽然混凝土早期强度有所降低，但并不影响混凝土的28 d抗压强度。

三聚磷酸钠；凝结时间；坍落度；抗压强度

0 引言

磷酸盐是近年来研究较多的无机缓凝剂。磷酸(H3PO4)并无明显的缓凝作用，某些磷酸盐则有较强的缓凝作用，如焦磷酸钠、二聚磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠等，综合考虑性价比，广泛应用于在水泥混凝土行业中的为三聚磷酸钠。这里研究的是采用三聚磷酸钠作为缓凝剂，通过对不同三聚磷酸钠掺量混凝土拌合物的凝结时间、坍落度经时损失率，以及硬化后混凝土抗压强度和水化产物矿物成分进行测定，研究不同三聚磷酸钠掺量对混凝土性能的影响规律。

1 试验

1.1 试验用原材料

水泥：焦作水泥厂生产的散装普通硅酸盐42.5级水泥，其化学成份和物理性能见表1、表2。

表1 水泥化学成份

表2 水泥物理力学性能

砂：信阳产河砂，细度模数为2.62，含泥量为1.1%，堆积密度为1 380 kg/m3。

碎石：新密石灰石碎石，规格为5～20 mm，含泥量为0.4%，泥块含量为0.1%。针片状含量4.1%。其中5～10 mm占40%，10～20 mm占60%。压碎指标值为8.5%。

三聚磷酸钠：武汉无机盐化工有限公司生产的工业级三聚磷酸。

1.2 试验方法

以配合比水∶水泥∶砂∶碎石=240 kg/m3∶385 kg/ m3∶780 kg/m3∶1 000 kg/m3为基准配合比，按照三聚磷酸钠掺量分别为0、0.02%、0.05%、0.05%、0.10%、0.15%配合不同的混凝土，并对各掺量混凝土的凝结时间、坍落度、抗压强度和水化产物矿物成分分别进行测定。

混凝土的凝结时间和坍落度按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行测试。混凝土的抗压强度按GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法进行》测试。试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。混凝土水化产物矿物成分采用XRD方法进行测试。

2 试验结果分析

2.1 三聚磷酸钠掺量对凝结时间的影响

不同三聚磷酸钠掺量混凝土的凝结时间测定结果见表3。

表3 不同三聚磷酸钠掺量对混凝土凝结时间的影响

由表3可以看出，三聚磷酸钠能够明显延缓水泥的凝结，随着三聚磷酸掺量的增加，混凝土拌合物到达初凝和终凝的时间逐渐变长，但混凝土拌合物达到初凝与达到终凝的时间间隔变化不大。

2.2 不同三聚磷酸钠掺量对混凝土拌合物坍落度的影响

不同三聚磷酸钠掺量混凝土的凝结时间测定结果见表4。

表4 不同产量三聚磷酸钠对混凝土拌合物坍落度的影响

由表4可以看出,随着三聚磷酸钠掺量的增加，混凝土拌合物的坍落度经时损失变化量显著变小，说明三聚磷酸钠对混凝土的坍落度经时损失率有良好的抑制作用。

2.3 不同三聚磷酸钠掺量对混凝土抗压强度的影响不同三聚磷酸钠掺量混凝土的抗压强度测定结果见表5。

表5 不同三聚磷酸钠掺量对混凝土抗压强度的影响

由表5可以看出,随着三聚磷酸钠掺量的增加，虽然混凝土早期强度有所降低，但并不影响混凝土的28 d抗压强度。这是由于水化反应初期，缓凝剂通过吸附、络合或形成沉淀等覆盖在水泥粒子表面，阻碍水泥特别是C3S水化反应的进行，然而随着水化反应的缓慢进行，一方面覆盖在水泥粒子表面的膜层逐渐破裂，缓凝剂分子逐渐嵌入水化产物中,另一方面可以给水化产物充分的时间进行穿插、搭接和填充，这样使水化更充分，水泥石结构也更加密实,有利于后期强度的增长和其他性能的提高。

2.4 不同三聚磷酸钠掺量对混凝土水化产物矿物组分的影响

不同三聚磷酸钠掺量混凝土的水化产物矿物组分的XRD图谱见图1。

图1 不同三聚磷酸钠掺量混凝土的水化产物矿物组分图谱

由图1可知,随着三聚磷酸钠掺量的增加，水化1 d的AFt及CH衍射峰以及7 d的CH衍射峰逐渐减小，表明三聚磷酸钠不仅抑制了C3S水化，也延缓了C3A的水化，且抑制作用随掺量的增大而增大。

掺入三聚磷酸钠(Na5P3O10)会使水泥水化的诱导期延长，并且使C3S的水化速度大大减缓。部分学者认为缓凝的机理主要是磷酸盐与Ca(OH)2反应在已生成的熟料相表面形成了“不溶性”的磷酸钙，从而阻碍了正常水化的进行；也有学者认为这和Na5P3O10与Ca2+之间形成络合物有关。水保水泥浆体的孔溶液呈碱性，常温下，Na5P3O10在水溶液中是稳定的[1]，碱性溶液中水解更少。Na5P3O10有很强的络合金属离子的能力，可络合Ca2+离子10%～11%（按自重计）[2]。Na5P3O10与溶液中的Ca2+离子形成络盐，降低溶液中Ca2+离子的浓度，阻碍了Ca(OH)2的结晶析出,同时络合物吸附在水泥颗粒表面上，其对水泥水化抑制作用的时间较长，使掺Na5P3O10的水泥浆体的缓凝时间比掺正磷酸或酸式盐长的多[3]。

3 结语

综上所述，三聚磷酸钠能够明显延缓水泥的凝结，对混凝土拌合物的坍落度经时损失有明显的抑制作用，用其作混凝土缓凝剂，虽然混凝土早期强度有所降低，但并不影响混凝土的28 d抗压强度。

当三聚磷酸钠(Na5P3O10)掺量为0.05%时，水泥的初凝时间延长45 min，终凝延长70 min；混凝土的抗压强度与不掺缓凝剂的基准混凝土相比，3 d为102%，7 d为101%，28 d为102%。因此，三聚磷酸钠的最佳掺量为水泥质量的（0.02～0.10）%。这样既能保证混凝土有一定的缓凝时间，又不降低混凝土的早期和后期强度。

参考文献：

[1]魏德良.三聚磷酸钠溶液稳定性研究[J].高等函授学报. 2002,1(15)：36-37.

[2]天津化工研究院.无机盐工业手册[M].北京：化学工业出版社,2000：806-814.

[3]马保国,许永和,等.三聚磷酸钠对硅酸盐水泥初始水化历程的的影响[J].混凝土,2004，181(11)：1-14.