混凝土微分散外加劑對水泥水化進程的影響

摘要：混凝土微分散外加劑幾乎沒有減水率、具有一定引氣和緩凝效果、對混凝土早期和后期抗壓強度均有較大的提高，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等方法對該外加劑的機理進行了分析，認為，加速了水化初期的溶解放熱過程，從而增加了各齡期的結合水量；對水化產物的類型不產生影響；促進了早期結晶程度不高的CH的形成，改善了硬化漿體的孔結構，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。混凝土減膠劑在工程中得到了應用，取得了良好的效果

關鍵詞：混凝土；水泥；微分散；減膠劑；減水劑；外加劑

一、前言

在過去的幾十年間，我國建筑行業(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用。混凝土材料是建筑行業(yè)的基石，建筑行業(yè)的繁榮帶動了混凝土材料的大量應用，并直接促進了混凝土行業(yè)的技術進步，例如，混凝土的高性能化技術，并由此帶來礦物摻合料以及高效、高性能減水劑的成功應用。這大大改變了混凝土行業(yè)產業(yè)的供應體系，以及技術發(fā)展模式。[1-3]

然而，在我國國民經濟長期處于快速發(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，這同時也會帶來對混凝土材料的巨大需求。而這必將對加大對水泥這種高能耗高污染材料的需求，從而產生龐大的環(huán)境負荷，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環(huán)境的負荷成為行業(yè)的熱點。[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構，稱之為絮凝結構。減水劑能夠破壞絮凝結構，使包裹在絮凝結構中的水分釋放出來，達到減少用水量和增加流動性的目的，但減水劑僅部分地分散了強度較弱的絮凝結構，還有部分尺寸較小、強度較高的絮凝結構仍然存在。

本文提出了一種微分散外加劑則可進一步分散這些強度較高的絮凝結構，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、力學性能以及耐久性能。同時，該外加劑也在多個工程得到應用，取得了良好的效果。[9-11]然而，該外加劑的摻入對水泥的水化進行以及水化產物有何影響，仍未得知。本文采用XRD、TG、微量熱儀等方法對此進行了研究。

二、原材料與試驗方法

1 原材料

水泥：基準水泥。

粉煤灰：二級，華能。

磨細礦渣：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，細度模數(shù)2.7。

石子：最大粒徑25mm。

水：潔凈自來水。

2 微觀試驗樣品的制備

在水泥凈漿攪拌機中攪拌水泥漿體，攪拌3min，水灰比為0.50，將之置入60*60*60mm3試模中，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至3d、14d、28d。取出試樣，去除試塊表面的水泥表皮，采用內芯作為待測樣品。并置入無水乙醇中，終止水化，待測。

3 試驗方法

混凝土試驗

采用GB8076法測定減膠劑的減水率、含氣量、泌水率比、凝結時間、28d收縮率比、相對耐久性、抗壓強度比。試驗溫度為20±2℃。

氯離子含量和總堿含量

按照GB/T8077規(guī)定的方法進行試驗。

XRD

采用D8 ADVANCEX射線衍射儀對試樣對試樣在5~70°進行掃描，步長為0.02°，加速電壓為40KV，電流40mA，銅靶。

DSC/TG

采用NETZSCH STA 449C綜合熱分析儀對試樣進行測定。升溫速率為20℃/min, 保護氣體為N2。升溫程序為，從25℃以20℃/min升溫至50℃，保溫30min，以除去殘留的自由水；然后開始熱分析試驗，以同樣的升溫速率升至1000℃左右。

(5) MIP

美國產Micromeritics AutoPore III水銀測孔儀。汞壓力范圍為0-55000psia。樣品破碎為2.5mm-5mm，干燥后測定。

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、試驗結果與討論

1 混凝土減膠劑的性能

采用GB8076以及GB8077的方法對減膠劑的各項性能進行了測試，見表2。

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

2 水化熱

水化放熱是水泥進行水化反應的重要特征之一，其放熱曲線直接反應了水泥的水化特征。本研究通過在同水灰比條件下，空白試樣與PC以及PC+JGJ試樣的水化放熱曲線進行對比研究減膠劑對水泥水化進行的影響特征，見圖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程，即減緩了水泥礦物的溶解進程。摻外加劑樣品均延長了水化的誘導期，降低了加速期的放熱，但各個峰的峰值出現(xiàn)時間基本沒有變化。

然而，加減膠劑樣品的溶解熱峰值高于只摻PC的樣品，誘導前期的且放熱總量也較高，誘導期以及加速期和穩(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水泥礦物的溶解，但對后期的水化基本沒有影響。

同時可見，混凝土減膠劑的作用時間僅在水化初期，而對后期的水化幾乎沒有影響。該外加劑在摻入水泥漿體中時，對水泥顆粒形成的集聚體產生了分散作用，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度的結構時，這種分散作用消失，表現(xiàn)為水泥的正常水化。

3 XRD

空白試驗與摻減膠劑試樣的XRD結果見圖2。