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三乙醇胺对水泥流变性能和水化的影响

来源:石家庄市海森化工有限公司_【官网】  日期:2018-06-12 17:10:34  属于:行业动态
文章摘要: 采用标准稠度用水量、凝结时间、流变性能、力学强度、XRD、SEM 等手段,研究不同掺量的三乙醇胺对水泥流变性能和水化的影响。0.15%TEA后,水泥10min和30min的塑性粘度、屈服应力均降低,增加了水泥浆体的流动性,延长了水泥的凝结时间。掺 0. 20% TEA 对水泥具有促凝作用,促进了水泥的水化,10 min 和 30 min 的塑性粘度、屈服应力均增大,降低了水泥浆体的流动性。随TEA掺量增加,减少了水泥标准稠度用水量,促进了水化产物 AFt 的生成,提高了水泥净浆强度。
1 引言
水泥加水形成悬浮体,并逐渐凝聚、硬化。这种演变过程,在一定程度上体现水泥浆体的微观结构形成 和发展,影响水泥的强度和耐久性。水泥和混凝土的工作性能与水泥浆体的流变特性有关,分析水泥浆体的   流变性能十分必要。研究水泥浆体结构形成规律,可为开发水泥的性能和设计混凝土提供的依据。通过采用各种外加剂对水泥流变性能加以调整和控制,既满足工作性能的要求,又获得优质的水泥石和混凝土。
用于混凝土的外加剂种类众多,三乙醇胺 TEA 作为早强剂之一,被广泛应用。对掺加 TEA 的硅酸盐水泥水化进行研究,发现 TEA 在掺量比较小时,对水泥略有缓凝作用,但是掺量较大时,反而发生快凝作用。本文通过对不同掺加量的 TEA 新拌水泥浆体流变性能的测定,研究 TEA 对新拌水泥浆体流变性能、化学收缩和强度的影响,并采用 XRD、SEM 对水泥的水化产物进行分析。
2 实验
2. 1原材料
水泥:PO42. 5 级硅酸盐水泥,比表面积为 342  m2 / kg,其化学组成见表 1。化学试剂 TEANC2H4OH3,相对分子量  149. 19,分析纯 AR。


2. 2试样的制备
按照实验设计测定 TEA 掺量如表 2,测定不同掺量的 TEA 对水泥的标准稠度用水量和凝结时间。按照 W / C = 0. 5,测试不同 TEA 掺量的水泥流变性能。按照 W / C = 0. 35 用广口瓶测试 TEA 掺量不同水泥浆体的 3  d、7  d 和28  d 化学收缩。按照W / C = 0. 35,用40  mm × 40  mm × 40  mm 模具制备TEA 掺量不同的水泥净浆试样。试样在湿度为 100% 、温度为 25 ℃ 标准养护室进行养护,测试 3 d、7 d 和 28 d 龄期的抗压强度,用无水酒精终止水化并烘干,以备做 XRD、SEM 测试。
2. 3实验方法
按 GB1346-2011 测定水泥的凝结时间 采用 RHEO2000 粘度仪测定新拌水泥净浆的流变性能 采用广口瓶测定水泥净浆  W / C = 0. 35   的化学收缩采用NYL-500压力试验机测定水泥试块强度采用转靶 X 射线衍射仪XRD对水泥水化产物分析   采用JSM-5610LV 扫描电子显微镜  SEM   对水泥水化产物形貌分析。


3 结果与讨论
3. 1TEA 对水泥浆体标准稠度及凝结时间的影响
水泥浆体的标准稠度及凝结时间随 TEA 掺量的变化规律见表 2。从表 2 中可以看出,标准稠度用水量随着 TEA 掺量的增大,呈现下降趋势。当 TEA 的掺量为 0. 02%  ~ 0. 10% 时,水泥的初凝和终凝时间均比空白样减少。当TEA掺量为0.02%~ 0. 10% 时,可以加速水泥水化,促使水泥凝结。研究发现,TEA 的存在可以促进CA与石膏之间的反应。当 TEA 掺量为 0. 15% 时,凝结时间与空白样相比有所增加,出现一定的缓凝。TEA 掺量为 0. 15% 时,可促进 AFt 的生成,生成的 AFt 覆盖在水泥熟料表面,阻碍水泥 C3S 的水化,从而延缓浆体结构的形成。当掺量为 0. 20% 时,出现快凝现象,TEA 促进生成大量的 AFt,消耗大量的水,促使浆体稠化,快速凝结。
3. 2TEA 对水泥浆体流变性能的影响
用旋转粘度仪测试不同掺量的 TEA  对水泥浆体结构的影响。水泥浆体是由水泥颗粒悬浮在介质水中形成的,其粘度不与介质粘度、固体颗粒间的作用力、固体颗粒与水间的作用力、水泥水化程度等因素有关。
选择 T0、T2、T4、T5  对应的 TEA 的掺量,按照 W / C  = 0. 5  制备水泥净浆,分别测试水泥净浆加水后 10min、30  min,在剪切速率 30 ~ 100  s - 1区间的塑性粘度和屈服应力。从流变性能分析在 TEA 作用下,水泥新拌浆体初始结构的形成和发展规律。


水泥浆体拌合后10  min 的塑性粘度如图1,在水泥浆拌合10  min 后,塑性粘度值 T2 > T5 > T0 > T4,其中T4 的塑性粘度最小。说明掺0. 15% TEA 的水泥浆,使水泥浆体中颗粒分散,水泥浆的初始流动性变好,塑性粘度减少3Pa·s。掺和 0. 05% 、0. 20% 的 TEA 后,在水泥水化初期,促使水泥水化,从而增加了浆体的粘度,增幅达 2  Pa·s。
水泥浆拌合 10  min 后,相比空白样,掺 0. 20% TEA 的 T5  的水泥浆,屈服应力最大,流动性最差。而掺 0. 05% 、0. 20% TEA 后,水泥浆的屈服应力比空白样有所减小,水泥浆体在拌合初期流动性变好。各个试样的屈服应力值T2 > T5 > T0 > T4,具体情况见图 2。


水泥浆拌合 30 min 后的塑性粘度和屈服应力分别见图 3 和图 4。相同掺量的试样 30 min 的塑性粘度比 10  min 的粘度值增大,流动性均变差。0. 20%掺量的TEA  的 T5 的塑性粘度最大,浆体稠化,水泥快速凝结。掺和0. 05% 、0.15% 的TEA 后,水泥浆的塑性粘度均减于空白样。其中 T4 的减小幅度达4Pa·s。屈服应力与塑性粘度的变化趋势一致 T5 > T0 > T2 > T4。
3. 3TEA 对水泥化学收缩的影响
TEA  对水泥化学收缩的影响情况见图 5  和图 6。硅酸盐水泥的各个单矿在水化过程中收缩大小   C3A > C AF > C S > C S。从图 5 可以看出,随着 TEA 掺量的增加在水泥水化初期的 12 h 内,化学收缩变小。0.05%~0.20%掺量TEA的化学收缩在 4 ~ 8  h 接近。掺量为0.03%或>0. 15% 的 7  d 与 28  d 化学收缩大于空白样。水泥浆体初期化学收缩与 C3A 的水化有关。在水化12h内,TEA 影响了 C3A 的水化产物的结晶过程。适量TEA 促进了C3S 的后期水化,加速 C-S-H 凝胶及CH 晶体的生成,造成化学收缩有所增加。分析图 6,掺 TEA 后,水泥水化 28  d 的收缩均有不同程度的增加。


3. 4TEA 对水泥净浆强度的影响


TEA 掺量变化对水泥强度的影响规律如图 7。与不掺外加剂的水泥相比,当 TEA 掺量为 0. 03% 时,水泥 3  d 的强度有所增加。TEA 的早强作用,主要是由于 TEA 能促进 C  A 的水化,而对 C  S、C  S 的水化过程则有一定的抑制作用。在 0. 02%  ~ 0. 08% 掺量范围内,随着 TEA 掺量的增大,水泥强度逐渐减小。
当掺量大于 0. 1% 时,水泥强度有较大的提高,即适量的 TEA 在诱导期过后可以促进 C3S 的水化,不仅具有较好的早强效果,同时使水化产物后期充分地生长、密实,保证了后期强度亦有所提高。
3. 5不同 TEA 掺量时水泥的 XRD
对于硅酸盐水泥,C-S-H 在其强度发展中起着最为主要的作用。不同 TEA 掺量的水泥水化 3  d 的产物 XRD 图谱如图 8 所示。随着 TEA 掺量的增加,水泥水化产物中生成的 Ca OH 2 的峰峰高明显增加, 证实了 TEA 促进C3A、C3S 的水化。当TEA 掺量为 0. 20% 时,AFt 峰比较明显。当TEA 掺量足够大时,其促进生成大量 AFt,浆体迅速稠化,加快水泥凝结,与 TEA 对水泥浆体凝结时间影响规律一致。
3. 6外加剂对水泥水化产物结晶过程的影响
利用 SEM 观察水泥水化产物的微观形貌,分析外加剂对水泥水化产物结晶过程的影响。不同TEA 掺量的水泥水化产物形貌如图 9 所示。
空白水泥样中有大量小片状层叠 C-S-H 凝胶生成见图 9a。掺0.05% TEA 对水泥水化有延缓作用,浆体内孔洞较多,水化产物有较大的孔隙,结构不致密见图 9b。掺 0. 15% TEA 水泥水化样如图 9c 所示,水化产物表面覆盖生成的 AFt,阻碍水泥 C3S 的水化,从而延缓水泥浆体的结构形成与发展。掺0.20% 的 TEA 水泥水化样如图 9d 所示,水化产物有生成大量的长杆状 AFt 生成,水泥石中的 C-S-H 凝胶结构较致密,且部分连成整体,从而出现快凝现象。


4 结论

适量的 TEA 可以明显改善水泥浆体的流动性,影响水泥的凝结时间以及水泥的水化产物。随 TEA 掺量增加,水泥标准稠度用水量减少。掺量0.15%TEA的水泥浆体的凝结时间增加,10  min 和 30  min 的塑性粘度、屈服应力降低,其流变性能有所改变。而掺量 0. 20% TEA 对水泥具有促凝作用,10min和30min的塑性粘度、屈服应力增大,从而降低了水泥浆体的流动性,缩短了水泥凝结时间,其水化产物中  AFt  峰明显增高。适量的 TEA 可以促进了水化产物 AFt 的生成,改善了水泥水化产物形貌,提高了水泥净浆强度。
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