调凝剂对水泥水化历程的调控及作用机理研究

【摘要】：本文依托于国家973重点基础研究发展规划项目“环境友好现代混凝土的基础研究”课题“现代混凝土胶凝浆体微结构形成机理”(2009CB623201),探讨调凝剂对水泥水化历程的影响及其作用机理。 本文采用凝结时间、力学性能、干燥收缩等宏观性能,水化热并结合化学结合水量的测试方法,通过对水泥水化过程中水化程度、初始结构、体积变化性能等的检测,系统全面地研究调凝剂(缓凝剂和速凝剂)作用下水泥的水化历程及浆体结构形成与发展的规律,运用微观测试方法,深入探讨了调凝剂对水泥水化的作用机理。 研究表明,缓凝剂对水泥水化历程有较好的延缓作用,缓凝剂可以加速也可以减缓C3A的水化,但均能延缓C3S的水化。Na3P04与水化产物Ca(OH)2反应,降低溶液中Ca2+离子的浓度,并在已生成熟料矿物相表面形成了不溶性的磷酸钙,而Na5P3O10直接与Ca2+离子生成稳定的络合物,Na3PO4、Na5P3O10既延缓了C3A的水化,同时也延缓C3S的水化；葡萄糖酸钠分子中的羟基(—OH)可已在水泥颗粒表面形成氢键阻止水化的进行,羧基(COO-)能与Ca2+形成稳定络合物,延缓C3S的水化,葡萄糖酸钠能降低溶液表面张力,使水泥矿物粒子的水化活点增多,加速了C3A早期的水化,但是生成的钙矾石沉淀于水泥矿物颗粒表面,抑制了水泥的水化,而其对水化热历程的调控作用则表现为鞍状双峰现象,随着掺量的增大,第一放热峰增强,第二放热峰宽化、弱化。随着缓凝剂掺量的增加,初期化学减缩增大,其后化学减缩逐渐降低, 铝酸钠型、硫酸铝型液体速凝剂都能加速水泥组分中的C3A的水化的同时,也加速C3S的水化,使水泥浆体快速凝结,并使水泥石的早期强度大大提高,但是由于水泥浆体迅速凝结、硬化,使硬化体结构疏松,并且水化生成大量的细小的钙矾石包裹在硅酸盐水化产物表面,抑制了C3S、C3A后期的水化,导致浆体后期强度损失较大。与铝酸钠型液体速凝剂相比,掺硫酸铝速凝剂水泥石的后期强度损失较小,相同龄期干燥收缩值也较小。铝酸钠型液体速凝剂碱含量较高,易使水泥石发生碱-骨料反应,在耐久性要求较高的重大工程中应慎重使用。 每一种缓凝剂都存在一个最佳掺量,在合适的掺量范围内,虽然使水泥浆体的早期强度有所降低,但是不影响后期强度的发展,甚至略有提高,但是过多的掺入缓凝剂不仅使浆体的早期强度降低,而且会降低水泥浆体的后期强度,对后期各种性能也会产生不利影响。由于速凝剂的掺入会降低水泥石的后期强度,因此在实际工程应用中,应综合考虑凝结时间、后期强度、体积稳定性、耐久性等方面性能的要求,来选择合适的速凝剂类型,并确定合适的掺量。