分享|速凝剂在水泥硬化中的促凝机理

文章转自公众号混凝土和UHPC

速凝剂是能使混凝土迅速硬化的外加剂，广泛应用于国防、铁路、井巷、冶金、煤炭、水电等工程喷锚支护及堵漏和抢修工程。本文中，就不同类型的速凝剂及其促凝机理作简单的介绍。

常用硅酸盐水泥主要由如下四种矿物组成: 3CaO·SiO2（C3S）、2CaO·SiO2（C2S）、3CaO·Al2O3（C3A），4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF），矿物组分遇水后均能起水化反应。其中水泥的凝结时间、早期强度主要取决于C3A和C3S。故实际应用中可以通过速凝剂C3A、C3S的反应来实现水泥的速凝。

速凝剂按其主要成分可以分为四类：铝氧孰料加碳酸盐型、水玻璃型、铝酸盐型和硫铝酸盐型速凝剂。

铝氧孰料加炭酸盐型速凝剂

铝氧孰料加炭酸盐系速凝剂主要速凝成分是铝氧孰料、碳酸钠以及生石灰，这种速凝剂含碱量高，混凝土的后期强度降低较大，加入无水石膏可以在一定程度上降低碱度并提高后期强度。其作用机理如下：

碳酸钠与水泥浆中石膏反应，生成不溶的CaCO3沉淀，从而破坏了石膏的缓凝作用。铝酸钠在有Ca(OH)2存在的条件下与石膏反应生成水化硫铝酸钙和氢氧化钠，由于石膏的消耗而使水泥中的C3A成分迅速进行水化反应，C3A的水化又迅速生成钙矾石从而加速了凝结硬化。另一方面，大量生成的NaOH、Al(OH)3、Na2SO4都具有促凝、早强作用。

水玻璃型速凝剂

水玻璃型速凝剂的主要成分是水玻璃，这种速凝剂凝结、硬化速度快，早期强度高，抗渗性好，可以在低温下施工。因其抗渗性能好，常用于止水堵漏。其作用机理如下：

水泥中的C3S、C2S等矿物在水化过程中生成Ca(OH)2，而水溶玻璃溶液能与Ca(OH)2发生强烈反应，生成硅酸钙、氢氧化钠和二氧化硅胶体。生成的大量NaOH将进一步促进水泥孰料矿物水化，从而使水泥迅速凝结硬化。

铝酸盐型速凝剂

铝酸盐型速凝剂一般以铝酸钠（钾）为主要促凝成分，然后复配一些改性组分。其固含量高、稳定性和适应性较好。目前人们认为铝酸钠型速凝剂是因为加入速凝剂后，拌合反应时消耗了石膏，使石膏失去缓凝作用，而且速凝剂的加入可以促进水泥各矿物的反应，形成大量的C-S-H凝胶，一定量的板状晶体氢氧化钙和柱状晶体钙矾石错综分布在凝胶中，从而导致水泥浆体的迅速凝结。

硫酸铝型速凝剂

硫酸铝作为促凝组分时具有很好的效果，但硫酸铝的溶解度不够大，目前研发方向一直围绕着如何提高速凝剂中铝离子的浓度或活性铝浓度并使其稳定存在。硫酸铝系速凝剂各组分按功能可以分为三大功能组分：促凝、稳定和早强。其主要作用机理如下：

Al2(SO4)3和石膏的迅速溶解使水化初期溶液中硫酸根离子浓度骤增，它与溶液中的Al2O3、Ca(OH)2发生反应，迅速生成微细针柱状钙矾石和中间产物次生石膏，这些新晶体的增长、发展在水泥颗粒间交叉生成网络状结构而呈现速凝。

目前市面上应用较多的主要是铝酸盐型和硫酸铝型液体速凝剂。其中，铝酸盐型液体速凝剂掺量低、成本低、早期强度高，但后期强度损失较大，应用受到一定限制。硫酸铝型液体速凝剂解决了碱含量高的问题，提高了混凝土后期强度，但是价格偏高、掺量大、低温下稳定期短。所以新型高性能无碱液体速凝剂的研究和应用仍是未来研究的重点。