聚羧酸減水劑對水泥水化的影響及相關(guān)機(jī)理研究.pdf

1、水泥及其外加劑化學(xué)是設(shè)計(jì)和改善混凝土各種性能的理論基礎(chǔ)。本文以凝膠滲透色譜、δ電位分析、X-射線衍射、差示掃描量熱分析以及掃描電鏡等，研究了聚羧酸減水劑對水泥水化的影響及其作用機(jī)理，并探討了減水劑對水化產(chǎn)物結(jié)晶習(xí)性和微觀形貌的影響。研究以聚羧酸減水劑的吸附為重要線索，將水泥水化研究和單礦水化研究相結(jié)合。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛瞬煌Y(jié)構(gòu)的聚羧酸減水劑在水泥單礦C3S表面及其水化產(chǎn)物Ca(OH)2表面的吸附以及對C3S水化的

2、影響。結(jié)果表明，水化60min，C3S對聚羧酸減水劑的吸附量為5.5～6.5mg/g，相應(yīng)的δ電位為-3.2 mV。此時，Ca(OH)2的吸附量為1.9mg/g，相應(yīng)的δ電位為-4.32mV。綜合數(shù)據(jù)研究表明，C3S對減水劑的吸附發(fā)生在C3S及其水化層表面，并對C3S水化產(chǎn)生重要影響。誘導(dǎo)前期，減水劑的吸附增大C3S水化放熱量，促進(jìn)C3S表面Ca2+溶解；誘導(dǎo)期和減速期，放熱滯后，C3S水化延遲，且水化相分布、形貌也發(fā)生明顯變化，Ca(

3、OH)2晶粒明顯細(xì)小。減水劑摻量越高，分子羧基密度越大，C3S水化延緩的效應(yīng)越明顯。模擬的Ca(OH)2晶體合成實(shí)驗(yàn)表明，不摻聚羧酸減水劑的Ca(OH)2晶粒尺寸約為0.5～1μm，而摻0.2％聚羧酸減水劑的Ca(OH)2晶粒尺寸僅為0.2～0.5μm。研究表明，在硅酸鹽水泥漿體中，聚羧酸減水劑不僅起到高效減水和改善混凝土氣孔結(jié)構(gòu)的作用，而且通過吸附影響到C3S的水化及其水化相形態(tài)。這為聚羧酸減水劑提高混凝土密實(shí)性和力學(xué)性能提供了新的依

4、據(jù)。
　　⑵研究了不同結(jié)構(gòu)的聚羧酸減水劑在C3A、Ca2SO4·2H2O及其水化產(chǎn)物AFt表面的吸附以及對C3A水化的影響。結(jié)果表明，C3A、AFt和Ca2SO4·2H2O的δ電位分別為+12、+4.1和-0.6 mV。水化60 min，C3A對三種聚羧酸減水劑的吸附量在9～12 mg/g，此時AFt和Ca2SO4·2H2O對聚羧酸減水劑的吸附量分別為13～15 mg/g和0.21 mg/g左右。減水劑主要吸附在C3A和AFt的表

5、面，羧基密度越大，吸附量相對越高。聚羧酸減水劑吸附對C3A水化產(chǎn)生重要影響。誘導(dǎo)前期， C3A和Ca2SO4·2H2O的溶解均受到減緩，從而使誘導(dǎo)期被延長1～2 h，并抑制了加速期AFt向AFm的轉(zhuǎn)化，低羧基密度的聚羧酸減水劑對C3A水化的抑制作用表現(xiàn)得更加強(qiáng)烈。AFt對聚羧酸減水劑較強(qiáng)的吸附作用導(dǎo)致其晶體的生長、形貌及其分布形態(tài)受到嚴(yán)重影響。溶液結(jié)晶法模擬實(shí)驗(yàn)制備的AFt為2μm左右針狀晶體，且相互聚集。但聚羧酸減水劑存在條件下得到的

6、AFt晶體外形為1μm左右長的棒狀，分散且生成量大。
　　⑶研究了不同結(jié)構(gòu)聚羧酸減水劑在水泥顆粒表面的吸附及其對水泥水化的影響。結(jié)果表明，聚羧酸減水劑在水泥顆粒表面的吸附量隨時間延長逐漸增大。水化60 min，水泥顆粒對聚羧酸減水劑的吸附量為1.3～1.6 mg/g之間，吸附平衡的δ電位在-9～-12 mV范圍。這一吸附量雖然比上述C3S和C3A單礦的吸附量都低，但卻與混凝土工程中聚羧酸減水劑的常規(guī)摻量相一致，原因可能與水泥中C2

7、S的礦物含量以及水泥中的助磨劑有關(guān)。聚羧酸減水劑對水泥水化的影響是：誘導(dǎo)期延長，水化速率減慢；減水劑摻量增加，誘導(dǎo)期延長越明顯，這與C3S和C3A單礦的水化情況相一致。另外，由于水化相中Ca(OH)2、AFt被C-S-H凝膠所覆蓋，其形貌特征不明顯。但從聚羧酸減水劑影響單礦水化產(chǎn)物Ca(OH)2、AFt的結(jié)果來看，聚羧酸減水劑可以細(xì)化AFt、Ca(OH)2的晶粒，因此會對水泥石的強(qiáng)度產(chǎn)生貢獻(xiàn)。
　　⑷為了進(jìn)一步驗(yàn)證吸附是影響水泥及

8、其單礦水化的主要原因，本論文還研究了有機(jī)膦酸HEDP在水泥表面的吸附及其對水泥水化的影響。結(jié)果表明，HEDP的吸附能力比聚羧酸減水劑強(qiáng)，在摻量0.02～0.2%的范圍，吸附率達(dá)到摻量的98%以上且未達(dá)到飽和。0.2%摻量時水泥水化溫峰出現(xiàn)時間也從正常的11 h延長至50 h。HEDP摻量越大，其水化誘導(dǎo)期越長。進(jìn)一步的巖相研究表明，HEDP的吸附明顯抑制了AFt和Ca(OH)2的形成與生長，得到的水化產(chǎn)物由正常的短纖維狀變?yōu)楠?dú)特的毛絨狀