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摘要：缓凝剂是一种能推迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持塑性，方便浇注，提高施工效率，同时对混凝土后期各项性能不会造成不良影响的外加剂。本文从缓凝剂对水泥混凝土的作用机理进行研究，并对施工控制措施提出具体要求，以期为提高混凝土的路用性能提供技术支撑。
关键词：缓凝剂；混凝土；作用机理；
1 缓凝剂的作用机理
一般来讲，多数有机缓凝剂有表面活性，它们在固-液界面上产生吸附，改变固体粒子表面性质；或是通过分子中亲水基团吸附大量水分子形成较厚的水膜层，使晶体从相互接触到屏蔽，改变了结构形成过程；或是通过其分子中的某些官能团与游离的Ca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生成复盐（如钙矾石），沉淀于水泥矿物颗粒表面，抑制水泥水化。缓凝剂的机理较为复杂，通常是以上多种缓凝剂机理综合作用的结果。
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图1 缓凝剂原理图
1.1 无机缓凝剂作用机理
水泥凝胶体凝聚过程的发展取决于水泥矿物的组成和胶体粒子间的相互作用，同时也取决于水泥浆体中电解质的存在状态。如果胶体粒子之间存在相当强的斥力，水泥凝胶体系将是稳定的，否则将产生凝聚。电解质能在水泥矿物颗粒表面构成双电层，并阻止粒子的相互结合。当电解质过量时，双电层被压缩，粒子间的引力强，水泥凝胶体开始凝聚。此外，高价离子能通过离子交换和吸附作用来影响双电层结构。胶体粒子外界的高价离子可以进入胶体粒子的扩散层中，甚至紧密层中，置换出低价离子，导致双电层中反号离子数量减少，扩散层减薄，动电电位的绝对值也随之降低，水泥浆体的凝聚作用加强，产生凝聚现象；同样的道理，若胶体粒子外界低价离子浓度较高时，可以将扩散层中的高价离子置换出来，从而使动电电位绝对值增大，颗粒减斥力增大，水泥浆体的流动能力提高。
绝大多数无机缓凝剂都是电解质盐类，可以在水溶液中电离出带电离子。阳离子的置换能力随其电负性的大小、离子半径以及离子浓度不同而变化。而同价数的离子的凝聚作用取决于它的离子半径和水化程度。一般来讲，原子序数越大，凝聚作用越强。难溶电解质的溶度积也会对水泥浆体系稳定状态产生影响。水泥的水化过程本质上就是一种低溶解度的固体与水生成更低溶解度的固体产物的反应过程。也就是说，这是一个随水泥浆体系中液相量不断消耗，而与之相接触的固相量不断增加的过程。因此，无机电解质的加入（尤其在水泥水化初期）会影响Ca（OH）2、C-S-H析出成核及C-A-S-H的形成过程，进而延迟了水泥的凝结硬化。
1.2 有机缓凝剂作用机理
1、羟基羧酸、氨基羧酸及其盐
羟基羧酸、氨基羧酸及其盐对硅酸盐水泥的缓凝作用主要在于它们的分子结构中含有络合物形成基（-OH，-COOH，-NH2）。Ca2+为二价正离子，配位数为4，是弱的结合体，能在碱性环境中形成不稳定的络合物。羟基在水泥水化产物的碱性介质中与游离的Ca2+生成不稳定的络合物，在水化初期控制了液相中的Ca2+的浓度，产生缓凝作用。随着水化过程的进行，这种不稳定的络合物将自行分解，水化将继续正常进行，并不影响水泥后期水化。其次，羟基、氨基、羧基均易与水分子通过氢键缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒键的直接接触，阻碍水化的进行。而含羧基或羧酸盐基的化合物也易于游离的Ca2+生成不溶性的钙盐，沉淀在水泥颗粒表面，从而延缓水泥水化速度。
2、糖类、多元醇类及其衍生物
醇类化合物对硅酸盐水泥的水化反应具有程度不同的缓凝作用，其缓凝作用在于羟基吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的O2-形成氢键，同时，其他羟基又与水分子通过氢键缔合，同样使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，从而抑制水泥的水化进程。在醇类的同系物中，随其羟基数目的增加，缓凝作用逐渐增强。一元醇随烷基的增加表面活性增强，直链的正辛烷可以吸附在气-液相界面上形成单分子膜，可以起到保湿作用，有利于防止水化、混凝土表面干缩裂缝的产生。丙三醇具有强烈的缓凝作用，掺量过大甚至可以使水泥水化过程完全停止。单糖、低聚糖，如葡萄糖、蔗糖等，均具有较强的缓凝作用，它们的缓凝机理同醇类。
3、糖蜜类减水剂
糖蜜中的主要成分是己糖酸钙，具有较强的固液表面活性，因此能吸附在水泥矿物颗粒表面形成溶剂化吸附层，阻碍颗粒的接触和凝聚，从而破坏了水泥的絮凝结构，使水泥的初期水化糖钙含有多个羟基，对水泥的初期水化有较强的抑制作用，可以使游离水增多，提高了水泥浆的流动性。糖蜜属于非引气型缓凝剂，原因在于它的气-液界面活性较低，不利于降低水的表面张力，因而引气量不大。
2 工程施工控制措施
1）根据使用目的选择缓凝剂
缓凝剂的使用目的主要有3点：①使用缓凝剂控制混凝土坍落度经时损失，使混凝土在较长时间内保持塑性；②使用缓凝剂延缓水泥凝结时间，推迟混凝土温峰出现时间，降低温度峰值；③使用部分缓凝剂改善混凝土和易性，减小水灰比，提高混凝土强度和耐久性。在实践中，应根据工程具体情况以及使用缓凝剂的目的，选择合适的品种及掺量。
2）根据使用温度选择缓凝剂。
由于羟基羧酸盐及其盐在高温时对硅酸三钙水化反应的抑制程度明显减弱，因而高温时缓凝效果降低，必须加大掺量。而醇、酮、酯类缓凝剂对C3S水化反应的抑制程度受温度变化影响小，掺量不可随意变动。
3）根据对缓凝时间的要求选择缓凝剂。
质素磺酸盐类具有引气性，超量掺加将引起混凝土后期强度的降低。糖蜜类缓凝剂不引气，但缓凝作用明显，超量掺加也会引起混凝土后期强度增长缓慢，使用时应注意。
4）通过试验确定合适掺量。
使用缓凝剂时，掺量应事先经混凝土试验确定，计量必须准确，超量掺加1～2倍使用将会使混凝土长时间不凝固，若引气量很大时，甚至会严重降低混凝土强度，造成工程事故。
5）缓凝剂使用前应进行水泥适应性试验。
在混凝土中掺加如多元醇类等缓凝剂，有时会引起混凝土假凝现象，因此在缓凝剂使用前，必须进行水泥适应性试验，合格后方能使用，尤其在使用复合缓凝剂时，应特别引起注意。
6）缓凝剂不宜单独使用。
由于大多数缓凝剂的缓凝效果会随气温的变化而产生被动，为防止出现混凝土长时间不凝固或低于设计强度等工程事故，缓凝剂在使用时，宜辅以其他功能外加剂配合使用，以稳定其缓凝效果。
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