化学外加剂对水泥水化历程的影响及作用机理研究

化学外加剂对水泥水化历程的影响及作用机理研究

张莉

【摘要】：本论文以国家“973”项目为课题背景，针对C_3S含量较高的硅酸盐水泥，采用多种测试评价方法，开展化学外加剂对水泥水化历程的影响、浆体初始结构的演变过程及其作用机理的研究。采用自动高效水化热测定仪以及无电极电阻率测定仪，将传统的水化热模型与初始结构形成模型结合起来，运用水化热模型的热敏感性与结构形成模型的结构敏感性，更加真实地描述了水泥浆体初始结构的瞬时形成状态；结合化学减缩与力学性能测试，系统全面地研究了化学外加剂对水泥水化历程的调控作用；运用微观测试方法，深入探讨了化学外加剂对水泥水化历程影响的作用机理。研究表明，普通减水剂与高效减水剂对水化历程有明显的改善作用。木钙主要是延缓C_3S水化，但其降低了二水石膏的溶解度，掺量较高时促进C_3A 始水解，加速AFt生成并向AFm转化，并且促进了六方水化铝酸钙的生成，并由于其引气作用，导致后期性能的下降。高效减水剂由于其高度减水分散作用，水泥初始水化速度加快，但其后由于减水剂的吸附及初期水化产物膜的增厚，水化速度降低，从而有利于浆体结构的密实与后期性能的发展。相同掺量下，X404聚羧酸系减水剂由于其良好的空间位阻效应，与UNF-5萘系减水剂相比可有效控制水泥水化历程，与水泥适应性较好。缓凝剂对水泥水化历程有较好的延缓作用。研究表明，缓凝剂可以减慢也可以加速C_3A水化，但均能延缓C_3S水化。锌盐主要是生成不溶性水化产物Ca(Zn(OH)_3)_2·2H_2O覆盖在水泥粒子表面而使水化受到延缓，且SO_4~(2-)离子浓度的增大有助于减弱Zn~(2+)的缓凝作用，因此ZnSO_4对水化的抑制作用弱于ZnCl_2。Na_5P_3O_(10)与Ca~(2+)生成稳定络合物——CaNa_3P_3O_(10)，而不同于Na_3PO_4与Ca~(2+)生成不溶性产物Ca_3(PO_

4)_2，从而使水化更加延缓。蔗糖、柠檬酸对水泥水化历程的调控作用存在双临界效应：

一、在掺量较低时，表现为缓凝效果，当掺量较大时，则表现为促凝作用，但是浆体长时间

不硬化；二、缓凝效果存在临界掺量值，低于临界值时，缓凝效果随掺量增加而增加，超过此临界值时，缓凝效果随掺量增加而下降。蔗糖、柠檬酸对化学减缩有较好的补偿作用，随着掺量的增加，初期化学减缩增大，其后化学减缩逐渐降低；而其对水化热历程的调控作用则表现为鞍状双峰现化学外相剂对术泥术厉很的形响及信用机玻研完象，随着掺量的增大，第一放热峰增强，第二放热峰宽化、弱化。这是由于蔗搪、柠檬酸均抑制了C3S水化，促进了C3A水解。但蔗搪促进了A王t的生成，而柠檬酸则可能因为降低了硫酸盐的溶解度而加速了AFt的生成并向AFm转化，并且促进了六方铝酸钙的生成。研究表明，锌盐、N玛P3OI。均使C3A水化受到延缓，而蔗糖、柠檬酸等有机缓凝剂则使C3A水解加速。

【关键词】：高C_3S含量水泥减水剂缓凝剂水化历程初始结构形成调控作用作用机理

学位授予单位】：武汉理工大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2004

【分类号】：TQ172

【目录】：

第1章前言10-20

∙ 1.1 国内外研究现状10-16

∙ 1.1.1 硅酸盐水泥水化的研究进展10-12

∙ 1.1.2 硅酸盐水泥水化过程的研究方法12-13

∙ 1.1.3 化学外加剂在混凝土材料和技术中的应用现状13-14 ∙ 1.1.4 化学外加剂对硅酸盐水泥水化影响的研究14-16

∙ 1.2 研究背景16-17

∙ 1.3 研究目的和意义17-18

∙ 1.4 研究内容和技术路线18-20

∙第2章试验材料及方法20-26

∙ 2.1 试验材料20-21

∙ 2.1.1 水泥20

∙ 2.1.2 化学外加剂20

∙ 2.1.3 砂20-21

∙ 2.2 试验方法21-26

∙ 2.2.1 凝结时间21

∙ 2.2.2 水化热测试21

∙ 2.2.3 电性能测试21-23

∙ 2.2.4 化学减缩测试23-24

∙ 2.2.5 力学性能测试24

∙ 2.2.6 微观测试24-26

∙第3章测试评价体系的建立26-33

∙ 3.1 热性能测试26-27

∙ 3.2 初始结构电性能测试27-29

∙ 3.3 体积变化性能测试29-32

∙ 3.4 力学性能及微观测试32

∙ 3.5 小结32-33

∙第4章化学外加剂对硅酸盐水泥水化历程的影响33-54 ∙ 4.1 减水剂对水泥水化历程的影响33-40

∙ 4.1.1 木钙33-36

∙ 4.1.1.1 木钙对水化热性能的影响33-34

∙ 4.1.1.2 木钙对初始结构电性能的影响34-35

∙ 4.1.1.3 木钙对体积变化性能的影响35-36

∙ 4.1.2 UNF-536-37

∙ 4.1.2.1 UNF-5对水化热性能的影响36-37

∙ 4.1.2.2 UNF-5对初始结构电性能的影响37

∙ 4.1.3 X40437-39

∙ 4.1.3.1 X404对水化热性能的影响37-38

∙ 4.1.3.2 X404对初始结构电性能的影响38-39

∙ 4.1.4 减水剂对抗压强度的影响39-40

∙ 4.2 缓凝剂对水泥水化历程的影响40-52

∙ 4.2.1 锌盐40-42

∙ 4.2.1.1 凝结时间40

∙ 4.2.1.2 锌盐对水化热性能的影响40-42

∙ 4.2.1.3 锌盐对初始结构电性能的影响42

∙ 4.2.2 磷酸盐42-45

∙ 4.2.2.1 磷酸盐对水化热性能的影响42-43

∙ 4.2.2.2 磷酸盐对初始结构电性能的影响43-45

∙ 4.2.2.3 磷酸盐对体积变化性能的影响45

∙ 4.2.3 有机缓凝剂45-51

∙ 4.2.3.1 蔗糖45-49

∙ 4.2.3.1.1 凝结时间45-46

∙ 4.2.3.1.2 蔗糖对水化热性能的影响46-47

∙ 4.2.3.1.3 蔗糖对初始结构电性能的影响47-48

∙ 4.2.3.1.4 蔗糖对体积变化性能的影响48-49

∙ 4.2.3.2 柠檬酸49-51

∙ 4.2.3.2.1 柠檬酸对水化热性能的影响49

∙ 4.2.3.2.2 柠檬酸对初始结构电性能的影响49-50

∙ 4.2.3.2.3 柠檬酸对体积变化性能的影响50-51

∙ 4.2.4 缓凝剂对抗压强度的影响51-52

∙ 4.3 小结52-54

∙第5章化学外加剂对水泥水化作用机理的研究54-69 ∙ 5.1 减水剂对水泥水化作用机理的研究54-58

∙ 5.1.1 木钙54-56

∙ 5.1.1.1 木钙对水泥微观性能的影响54-55

∙ 5.1.1.2 木钙对水泥水化作用机理的分析55-56

∙ 5.1.2 UNF-556-57

∙ 5.1.2.1 XRD分析56-57

∙ 5.1.2.2 UNF-5对水泥水化作用机理的分析57

∙ 5.1.3 X40457-58

∙ 5.1.3.1 XRD分析57-58

∙ 5.1.3.2 X404对水泥水化作用机理的分析58

∙ 5.2 缓凝剂对水泥水化作用机理的研究58-67

∙ 5.2.1 锌盐58-61

∙ 5.2.1.1 锌盐对水泥微观性能的影响58-61

∙ 5.2.1.2 锌盐对水泥水化作用机理的分析61

∙ 5.2.2 磷酸盐(Na_5P_3O_(10))61-63