減水劑對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥性能的影響

摘要: 阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥是一種新型水泥材料，其具有早期強(qiáng)度高、體積收縮小等特性，且燒成溫度低。本文主要研究了萘系減水劑和聚羧酸減水劑對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥凝結(jié)時(shí)間及抗壓強(qiáng)度的影響,并采用XRD和SEM等測(cè)試方法分析和探討了其作用機(jī)理。結(jié)果表明：減水劑FDN和SR3與阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥相容性良好，減水效果明顯；兩種減水劑對(duì)該水泥初凝時(shí)間影響不大，使終凝時(shí)間明顯縮短；同時(shí)，當(dāng)減水劑摻量適當(dāng)時(shí)，可使水泥強(qiáng)度有一定程度提高。

0 前言

硫鋁酸鋇鈣礦物是一種快硬早強(qiáng)型水硬性礦物，同時(shí)還具有燒成溫度低、水化微膨脹等特性[1-6]，程新[7-8]等人把該礦物引入到硅酸鹽水泥熟料礦相體系中，制備了早期性能良好的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥?，F(xiàn)代水泥混凝土生產(chǎn)中，為了提高質(zhì)量、改善性能和節(jié)約原材料，減水劑己成為一個(gè)不可缺少的組份。減水劑不僅能夠影響水泥及混凝土在新拌階段的工作性,而且能夠從微觀、亞微觀層次上改善硬化水泥及混凝土體系的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)水泥混凝土進(jìn)行改性，以滿足對(duì)混凝土施工性能、力學(xué)性能和耐久性能等方面的要求。目前，減水劑已成為水泥混凝土的第五組分。對(duì)于硅酸鹽水泥混凝土，減水劑的應(yīng)用己很成熟，有多種用途的減水劑系列產(chǎn)品。由于阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的礦物組成與硅酸鹽水泥不同，因此，必須研究減水劑對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥性能的影響。

1 原料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原料
　　
　　阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料和石膏來(lái)自山東淄博某水泥廠，F(xiàn)DN減水劑由山東建科院外加劑廠生產(chǎn)，SR3減水劑由上海淘正化工有限公司生產(chǎn)，固含量為28%。水泥熟料和石膏的化學(xué)成分見(jiàn)表1。阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的礦物組成見(jiàn)表2。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法
　　
　　水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間測(cè)定按GB1346-89進(jìn)行。水泥凈漿強(qiáng)度測(cè)試用2㎝×2㎝㎝的小試體成型，水灰比0.3，在溫度20℃±2℃、相對(duì)濕度大于90％的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)1d后脫模測(cè)其抗壓強(qiáng)度，其余試件在20℃水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期測(cè)定抗壓強(qiáng)度。

1.3 組成與結(jié)構(gòu)分析
　　
　　用德國(guó)布魯克D8-ADVANCE型X射線衍射儀(XRD)分析水化產(chǎn)物的物相，用日立S-2500型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察水化產(chǎn)物的形貌，分析其組成和結(jié)構(gòu)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1減水劑對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥性能的影響
　　
　　主要研究了FDN和SR3減水劑對(duì)水泥性能的影響規(guī)律。

2.1.1減水劑對(duì)水泥漿體流動(dòng)性的影響
　　
　　在阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥中分別摻入0.4%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的FDN和SR3減水劑，測(cè)定漿體的流動(dòng)度，并繪制摻入量和流動(dòng)度的關(guān)系曲線。

可以看出，萘系減水劑FDN和聚羧酸SR3與阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥有一定的相容性，在摻量相同的情況下，摻入SR3減水劑的30min、60min流動(dòng)度損失比FDN小，隨著摻量增大，流動(dòng)度增大，當(dāng)摻量到1.0%時(shí)并繼續(xù)增加減水劑摻量，水泥漿的5min流動(dòng)度并不增大，且20min后水泥漿流動(dòng)度基本不變。這是因?yàn)橥饧觿┯羞x擇地吸附在水泥顆粒表面的活性點(diǎn)上,水化開(kāi)始時(shí)水泥顆粒表面活性較高,有較多的吸附空位,對(duì) 減水劑的吸附速率較快;隨著吸附空位被逐漸占據(jù),吸附速率開(kāi)始減慢,最后逐漸達(dá)到平衡。此時(shí)若再增加減水劑摻量,吸附量幾乎不再增加,也就是說(shuō)達(dá)到了飽和吸附量。

2.1.2減水劑對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響
　　
　　在阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥中分別加入0.8%、1.0%、1.2%的FDN和SR3減水劑，測(cè)定水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和初終凝時(shí)間。
　　
　　可以看出，在阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥中加入FDN和SR3后，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量減少，對(duì)初凝時(shí)間的影響不大，而終凝時(shí)間比未摻減水劑時(shí)明顯縮短。這是由于減水劑的分散、潤(rùn)濕等作用，促進(jìn)了水泥的初期水化，同時(shí)用水量的降低也有利于水泥凝膠體凝聚網(wǎng)絡(luò)的形成，促進(jìn)了水泥凝結(jié) [10]。從表3還可以看出，隨著減水劑摻入量的增大，阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸降低，當(dāng)摻量1.0%時(shí)，再增大減水劑摻量時(shí)，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度基本不變，這說(shuō)明減水劑的摻量已飽和，減水量不再增加。在FDN和SR3摻量達(dá)到飽和點(diǎn)以前，隨減水劑摻量的增加，水泥終凝時(shí)間逐漸縮短，摻量達(dá)到飽和點(diǎn)以后，其終凝時(shí)間又有所延長(zhǎng)，這是由于減水劑摻量達(dá)到飽和點(diǎn)以后，F(xiàn)DN和SR3解離出帶電的離子吸附在水泥膠粒表面使其ξ電位增加，體系的穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)這層陰離子吸附膜及由于氫鍵締合作用所產(chǎn)生的水膜，往往會(huì)阻礙水泥顆粒與水之間的接觸，具有延緩凝結(jié)的作用。