技術|超緩凝劑對硅酸鹽水泥水化的影響
技術|超緩凝劑對硅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，遼寧大連116024)
摘要：研究了一種新型液體混凝土超緩凝劑(命名為WHⅡ型)，並探討了其對普通硅酸
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，適量使用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；硅酸鹽水泥；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內保持其塑性，以利於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]，一般應用於夏季混凝土施工及大體積混凝土施工之中.
超緩凝劑(super retarder，SR)是日本於20世紀80年代中末期首先開發研製出來的一種新型混凝土外加劑.它是一種能夠在較長時間內(如超過24 h甚至36 h)任意調節混凝土的凝結時間而不致破壞混凝土性能的外加劑.
超緩凝劑的主要作用為[2]：(1)用於大體積混凝土之中，可防止發生溫度裂縫；(2)可減少混凝土坍落度損失，便於長距離運輸；(3)可調整作業時間，避開夜間施工；(4)改善接搓面的附著功能，代替人工鑿毛.相信隨著建築技術的不斷發展，其應用將更為廣泛.
硅酸鹽水泥水化過程按水化放熱速率一般分為5個階段，即誘導前期、誘導期、加速期、減速期和穩定期[3].緩凝劑的作用實質上是延長水泥水化的誘導期，其作用機理通常有沉澱假說、絡鹽假說、吸附假說、抑制氫氧化鈣結晶生長理論等[2]，但核心是通過延緩水泥與水的水化作用，達到緩凝目的.
本文測定了不同摻量下的WHⅡ型超緩凝劑對水泥凝結時間、力學性能和水化速度的影響，並利用XRD，DTA，SEM測試了水泥水化產物及其顯微結構，分析了水化產物與水化過程的關係，以探討WHⅡ型超緩凝劑的緩凝機理.
1 實驗材料及方法
1.1 實驗材料
水泥：由大連華能-小野田水泥廠生產的P.Ⅱ型525R水泥(按GB 177標準)；砂：符合GB178— 77規定的標準砂；水：實驗室用自來水；碎石：旅順石灰石礦，5～ 25 mm；WHⅡ型超緩凝劑(自製)：碳氫鏈上有活性基團的表面活性劑，磷酸類，無色至淡黃色半粘稠狀液體，密度為1.32～1.50 g/cm3.
1.2 實驗儀器
實驗儀器均選用符合國家標準的實驗及檢測設備，其中水化熱的測定採用大連理工大學建材教研室自行開發的T-64多路溫度自動記錄儀，它主要由保溫系統和測溫記錄系統組成.每次實驗前，應進行保溫系統散熱係數的測定和熱容量的計算；測溫記錄系統包括T-64多路溫度變送器和計算機，可同時進行64組實驗，這套裝置如圖1所示.
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型超緩凝劑對水泥凈漿凝結時間的影響；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，隨著外加劑摻量的增多，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(註：混凝土水灰比為0.52，坍落度等於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別為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：隨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，摻劑試件在相應於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，即誘導期后存在雙峰.
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，加入適量超緩凝劑可以明顯減少坍落度的損失，這對於新拌混凝土的長距離運輸等非常有利.
3 緩凝機理探討
為進一步探討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%和空白水泥凈漿試樣的1，3，7，28 d的差熱圖譜；圖8是摻量為0.10%和空白水泥凈漿試樣的28 d水化產物的電鏡形貌分析；而表1所示的是摻量為0.10%，0.20%，0.30%和空白水泥凈漿試樣的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產物的變化的.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凈漿試樣的差熱圖譜
Fig.7 Differential thermal band chart of mortar
(a)0.10% WHⅡ ；(b)Blank
圖8 28 d凈漿試樣的電鏡照片
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硅酸鹽水泥的水化產物(差熱分析與X射線衍射結果均表明了這一點)，但會改變水化產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硅酸鹽水泥的水化，在水泥的早期水化產物中，CH的生成量較少，但水化後期CH的生成量卻趕上並超過了空白試樣的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，摻劑試件的產物形貌較未摻劑試件的產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致的.由於該超緩凝劑的主要成分中含有較多的羥基，能與過渡金屬離子形成穩定的絡合物，而這種物質與鹼金屬離子(如Ca2+，Mg2+)僅能在鹼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后，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，從而產生了緩凝效果；隨著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，易溶於水，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，這對於防止大體積混凝土產生溫度裂縫是非常有利的，對水泥體積安定性無不良影響，適合工程應用.
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.
中國砼易購廣東河源市聚羧酸減水劑母液調價通知：
2017-2-20廣東河源市200公里以內地區聚羧酸減水劑執行最新現款到貨價格：減水型母液4700元/噸，保塌型母液5600元/噸。
特此通知！
中國砼易購4008981058
2017-02-19
中國砼易購山東地區聚羧酸減水劑母液調價通知：
因近期原材料頻繁漲價，2017-2-28山東地區聚羧酸減水劑執行最新現款到貨價格：減水型母液5400元/噸
特此通知！
2017-02-27
中國砼易購聚羧酸減水劑合成團隊2017年針對全國攪拌站開展聚羧酸合成技術轉讓，減水型母液4370（按目前單體（13000計算）
特此通知！
2017-02-27