技術|超緩凝劑對矽酸鹽水泥水化的影響

女神節快樂

2017-03-08 文/王寶民、王立久

中國砼易購訊；4008981058）

(大連理工大學土木水利學院，遼甯大連116024)

摘要：研究了一種新型液體混凝土超緩凝劑(命名為WHⅡ型)，并探讨了其對普通矽酸

鹽水泥的水化、水化熱、凝結時間、強度等的影響.運用XRD，DTA以及SEM等方法對水

泥水化過程進行研究的結果表明，适量使用WHⅡ型超緩凝劑，可以得到明顯的緩凝效果

且不會影響混凝土的其它性能.

關鍵詞：混凝土外加劑；超緩凝劑；矽酸鹽水泥；水化熱

普通混凝土緩凝劑是指用來延緩混凝土的凝結時間，使新拌混凝土能夠在較長時間内保持其塑性，以利于混凝土的澆灌成型或降低水化熱，提高混凝土施工質量的外加劑[1]，一般應用于夏季混凝土施工及大體積混凝土施工之中.

2　結果與分析

2.1　超緩凝劑對凝結時間的影響

依據GB 1346— 89，利用稠度儀測定了不同摻量(質量分數，本文中的摻量均指質量分數)下的WHⅡ型超緩凝劑對水泥淨漿凝結時間的影響；用貫入阻力法測定了其對混凝土凝結時間的影響.實驗結果見圖2所示.

圖2　WHⅡ型超緩凝劑對凝結時間的影響

Fig.2　Influence of WHⅡ super retarder on the setting time

由圖2可以看出：不摻外加劑的水泥和混凝土凝結時間正常，随着外加劑摻量的增多，其初凝時間和終凝時間均有不同程度的延長，而摻量為0.30%和0.40%的緩凝時間過長，且作用相似(注：混凝土水灰比為0.52，坍落度等于5 cm，水泥含量為320 kg/m3).因此，選擇摻量為0.10%，0.20%和0.30%作強度、水化熱、X射線及差熱分析.

2.2　對水泥膠砂試件強度的影響

依據GB 177— 85，測定了WHⅡ型超緩凝劑摻量不同的水泥膠砂試件3，7，14，28 d齡期的抗折及抗壓強度，其實驗結果如圖3所示.由上述實驗結果可以看出：當摻量為0.10%時，其增強效果較好；而摻量為0.20%和0.30%時，試件的早期強度較低.

圖3　摻WHⅡ型超緩凝劑的水泥膠砂試件抗壓及抗折強度

Fig.3　Compressive and flexural strength of cement mortar added WHⅡ

◇ ——— 3 d；◆ ——— 7 d；■ ——— 14 d；× ——— 28 d

2.3　對水泥水化熱的影響

依據GB 2022— 80《水泥水化熱實驗方法(直接法)》，測定了超緩凝劑摻量分别為0，0.10%，

0.15%，0.20%的水泥的水化熱，結果如圖4所示，圖5為其放熱速率曲線.

由這2個圖可以看出：随WHⅡ型超緩凝劑摻量的增加，水泥水化熱在各個時刻均有所降低.在超緩凝劑摻量為0.20%時，摻劑試件在相應于水泥水化加速期和減速期時存在一個小的放熱速率峰，而在其後又存在一個較大的放熱速率峰，即誘導期後存在雙峰.

2.4　對水泥安定性的影響

摻量為0.10%，0.20%，0.30%和未摻劑試件的安定性檢測均合格.

2.5　對新拌混凝土坍落度的影響

對新拌混凝土(mw/ mc= 0.55，砂率為42%，用水量為193 kg/m3，高效減水劑DBS-1摻加1.5%)，對比了不同摻量的超緩凝劑對新拌混凝土坍落度的影響，見圖6所示.可以看出，加入适量超緩凝劑可以明顯減少坍落度的損失，這對于新拌混凝土的長距離運輸等非常有利.

3　緩凝機理探讨

為進一步探讨WHⅡ型超緩凝劑的緩凝機理，對不同摻量的摻劑試件進行XRD，DTA，SEM的測試分析，所得結果如圖7，8及表1所示.其中圖7是摻量為0.10%和空白水泥淨漿試樣的1，3，7，28 d的差熱圖譜；圖8是摻量為0.10%和空白水泥淨漿試樣的28 d水化産物的電鏡形貌分析；而表1所示的是摻量為0.10%，0.20%，0.30%和空白水泥淨漿試樣的1，3，28 d的X射線衍射分析結果.它是在X射線定性分析的基礎上，以計算機輸出的峰值強度和半高寬度的乘積作為衍射峰的強度來定量測試水化産物的變化的.為彌補衍射峰的重疊、失真、缺失等原因造成的強度不準，對每個物相均選取2個以上的主峰，取其峰值強度與半高寬乘積之和來代表該相的衍射強度[4].

圖7　摻0.10%超緩凝劑及空白水泥淨漿試樣的差熱圖譜

Fig.7　Differential thermal band chart of mortar

(a)0.10% WHⅡ ；(b)Blank

圖8　28 d淨漿試樣的電鏡照片

Fig.8　SEM of 28 d paste

(a)Blank；(b)0.10% WHⅡ

對以上試驗結果進行綜合分析，可以這樣認為：

WHⅡ型超緩凝劑不會影響矽酸鹽水泥的水化産物(差熱分析與X射線衍射結果均表明了這一點)，但會改變水化産物的生成時間和數量.從XRD資料中可看出，超緩凝劑在早期會抑制矽酸鹽水泥的水化，在水泥的早期水化産物中，CH的生成量較少，但水化後期CH的生成量卻趕上并超過了空白試樣的CH生成量，說明WHⅡ型超緩凝劑在水泥水化早期會抑制水泥礦物的水化，而在後期則會促進水化.通過SEM觀察CSH形貌可知，摻劑試件的産物形貌較未摻劑試件的産物形貌更為均勻整齊，宏觀表現為膠砂試件強度增加，這與微觀測試分析是一緻的.由于該超緩凝劑的主要成分中含有較多的羟基，能與過渡金屬離子形成穩定的絡合物，而這種物質與堿金屬離子(如Ca2 ，Mg2 )僅能在堿性介質中形成不穩定的絡合物，因此，用絡合物理論解釋其緩凝機理較為合理：該種緩凝劑加入到水泥漿中後，與水泥中的Ca2 形成了不穩定的絡合物，在水化初期控制了Ca2 的濃度，從而産生了緩凝效果；随着水泥水化的繼續進行，不穩定的絡合物逐漸被破壞，水泥水化繼續正常進行.

4　結論

1.WHⅡ型超緩凝劑緩凝效果顯著，可根據需要以不同的摻量來調節水泥混凝土的凝結時間.

2.該緩凝劑為液體，易溶于水，與粉狀緩凝劑比較，更容易均勻地分散到水泥混凝土中.

3.摻劑試件的水化溫度峰值顯著降低和推遲，這對于防止大體積混凝土産生溫度裂縫是非常有利的，對水泥體積安定性無不良影響，适合工程應用.

參考文獻：

[1]　王立久，李振榮.建築材料學[M].北京：中國水利水電出版社，1997.113-118.

[2]　陳建奎.混凝土外加劑的原理與應用[M].北京：中國計劃出版社，1997.

[3]　袁潤章.膠凝材料學[M].武漢：武漢工業大學出版社，1996.93，94.

[4]　楊淑珍，宋漢唐，謝　榮.XRD法研究水泥水化反應速度[J].分析測試學報，1996，(5)：73-76.

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