混凝土微分散外加劑對(duì)水泥水化進(jìn)程的影響

摘要：混凝土微分散外加劑幾乎沒(méi)有減水率、具有一定引氣和緩凝效果、對(duì)混凝土早期和后期抗壓強(qiáng)度均有較大的提高，幾乎不含氯離子等混凝土有害成分。本文采用微量熱儀、XRD、DSC/TG以及MIP等方法對(duì)該外加劑的機(jī)理進(jìn)行了分析，認(rèn)為，加速了水化初期的溶解放熱過(guò)程，從而增加了各齡期的結(jié)合水量；對(duì)水化產(chǎn)物的類型不產(chǎn)生影響；促進(jìn)了早期結(jié)晶程度不高的CH的形成，改善了硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，降低了中間孔數(shù)量，提高漿體抗?jié)B性；增加了凝膠孔數(shù)量，提高了CSH凝膠的數(shù)量?；炷翜p膠劑在工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果

關(guān)鍵詞：混凝土；水泥；微分散；減膠劑；減水劑；外加劑

一、前言

在過(guò)去的幾十年間，我國(guó)建筑行業(yè)得到迅速的發(fā)展，民用建筑大量涌現(xiàn)，高速客運(yùn)專線、城市軌道交通工程、水電水利工程、高層以及超高層建筑等紛紛施工并投入應(yīng)用?；炷敛牧鲜墙ㄖ袠I(yè)的基石，建筑行業(yè)的繁榮帶動(dòng)了混凝土材料的大量應(yīng)用，并直接促進(jìn)了混凝土行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，例如，混凝土的高性能化技術(shù)，并由此帶來(lái)礦物摻合料以及高效、高性能減水劑的成功應(yīng)用。這大大改變了混凝土行業(yè)產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)體系，以及技術(shù)發(fā)展模式。[1-3]

然而，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期處于快速發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)的城鄉(xiāng)差距、東西差距必將逐漸縮小，這同時(shí)也會(huì)帶來(lái)對(duì)混凝土材料的巨大需求。而這必將對(duì)加大對(duì)水泥這種高能耗高污染材料的需求，從而產(chǎn)生龐大的環(huán)境負(fù)荷，不利于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何減少混凝土材料對(duì)環(huán)境的負(fù)荷成為行業(yè)的熱點(diǎn)。[4-8]

研究發(fā)現(xiàn)，水泥與水接觸后在靜電引力等作用下相互吸引形成立體的三維結(jié)構(gòu)，稱之為絮凝結(jié)構(gòu)。減水劑能夠破壞絮凝結(jié)構(gòu)，使包裹在絮凝結(jié)構(gòu)中的水分釋放出來(lái)，達(dá)到減少用水量和增加流動(dòng)性的目的，但減水劑僅部分地分散了強(qiáng)度較弱的絮凝結(jié)構(gòu)，還有部分尺寸較小、強(qiáng)度較高的絮凝結(jié)構(gòu)仍然存在。

本文提出了一種微分散外加劑則可進(jìn)一步分散這些強(qiáng)度較高的絮凝結(jié)構(gòu)，增加這些顆粒與水的接觸面積，從而提高水泥的水化程度。該外加劑可以提高水泥的利用效率，改善混凝土的工作性、力學(xué)性能以及耐久性能。同時(shí)，該外加劑也在多個(gè)工程得到應(yīng)用，取得了良好的效果。[9-11]然而，該外加劑的摻入對(duì)水泥的水化進(jìn)行以及水化產(chǎn)物有何影響，仍未得知。本文采用XRD、TG、微量熱儀等方法對(duì)此進(jìn)行了研究。

二、原材料與試驗(yàn)方法

1 原材料

水泥：基準(zhǔn)水泥。

粉煤灰：二級(jí)，華能。

磨細(xì)礦渣：S95，首鋼。

外加劑：混凝土微分散外加劑，聚羧酸系減水劑，萘系減水劑。

砂：二區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7。

石子：最大粒徑25mm。

水：潔凈自來(lái)水。

2 微觀試驗(yàn)樣品的制備

在水泥凈漿攪拌機(jī)中攪拌水泥漿體，攪拌3min，水灰比為0.50，將之置入60*60*60mm3試模中，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至3d、14d、28d。取出試樣，去除試塊表面的水泥表皮，采用內(nèi)芯作為待測(cè)樣品。并置入無(wú)水乙醇中，終止水化，待測(cè)。

3 試驗(yàn)方法

混凝土試驗(yàn)

采用GB8076法測(cè)定減膠劑的減水率、含氣量、泌水率比、凝結(jié)時(shí)間、28d收縮率比、相對(duì)耐久性、抗壓強(qiáng)度比。試驗(yàn)溫度為20±2℃。

氯離子含量和總堿含量

按照GB/T8077規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

XRD

采用D8 ADVANCEX射線衍射儀對(duì)試樣對(duì)試樣在5~70°進(jìn)行掃描，步長(zhǎng)為0.02°，加速電壓為40KV，電流40mA，銅靶。

DSC/TG

采用NETZSCH STA 449C綜合熱分析儀對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)定。升溫速率為20℃/min, 保護(hù)氣體為N2。升溫程序?yàn)?，?5℃以20℃/min升溫至50℃，保溫30min，以除去殘留的自由水；然后開(kāi)始熱分析試驗(yàn)，以同樣的升溫速率升至1000℃左右。

(5) MIP

美國(guó)產(chǎn)Micromeritics AutoPore III水銀測(cè)孔儀。汞壓力范圍為0-55000psia。樣品破碎為2.5mm-5mm，干燥后測(cè)定。

水化熱

稱取3.0000g水泥樣品，放置于量熱儀中，置入水或外加劑溶液，使水灰比為0.50，聚羧酸系減水劑折固用量為水泥量的0.20%，采用Thermometric 3114微量熱儀測(cè)定漿體的放熱速率與放熱量，3min記錄一次數(shù)據(jù)，直到放熱峰完全呈現(xiàn)。

三、試驗(yàn)結(jié)果與討論

1 混凝土減膠劑的性能

采用GB8076以及GB8077的方法對(duì)減膠劑的各項(xiàng)性能進(jìn)行了測(cè)試，見(jiàn)表2。

從表2 可以得知，減膠劑幾乎沒(méi)有減水率、具有一定引氣和緩凝效果、對(duì)混凝土早期和后期抗壓強(qiáng)度均有較大的提高，幾乎不含氯離子等混凝土有害成分。

2 水化熱

水化放熱是水泥進(jìn)行水化反應(yīng)的重要特征之一，其放熱曲線直接反應(yīng)了水泥的水化特征。本研究通過(guò)在同水灰比條件下，空白試樣與PC以及PC+JGJ試樣的水化放熱曲線進(jìn)行對(duì)比研究減膠劑對(duì)水泥水化進(jìn)行的影響特征，見(jiàn)圖1。

從圖1中可以得知，在水泥水化的初始階段，加入聚羧酸系減水劑以及聚羧酸系減水劑和減膠劑后，均延緩了水化的放熱進(jìn)程，即減緩了水泥礦物的溶解進(jìn)程。摻外加劑樣品均延長(zhǎng)了水化的誘導(dǎo)期，降低了加速期的放熱，但各個(gè)峰的峰值出現(xiàn)時(shí)間基本沒(méi)有變化。

然而，加減膠劑樣品的溶解熱峰值高于只摻PC的樣品，誘導(dǎo)前期的且放熱總量也較高，誘導(dǎo)期以及加速期和穩(wěn)定期的放熱基本一致。這表明，與PC樣品相比，減膠劑的摻入可以促進(jìn)水泥礦物的溶解，但對(duì)后期的水化基本沒(méi)有影響。

同時(shí)可見(jiàn)，混凝土減膠劑的作用時(shí)間僅在水化初期，而對(duì)后期的水化幾乎沒(méi)有影響。該外加劑在摻入水泥漿體中時(shí)，對(duì)水泥顆粒形成的集聚體產(chǎn)生了分散作用，使得水泥顆粒與水的接觸面積增加，造成了顆粒中水泥礦物的溶出加速，表現(xiàn)出較高的放熱速率和放熱量。而水泥顆粒相互連接形成具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)時(shí)，這種分散作用消失，表現(xiàn)為水泥的正常水化。

3 XRD

空白試驗(yàn)與摻減膠劑試樣的XRD結(jié)果見(jiàn)圖2。