减水剂对阿利特-硫铝酸钡钙水泥性能的影响

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摘 要: 阿利特-硫铝酸钡钙水泥是一种新型水泥材料，其具有早期强度高、体积收缩小等特性，且烧成温度低。本文主要研究了萘系减水剂和聚羧酸减水剂对阿利特-硫铝酸钡钙水泥凝结时间及抗压强度的影响,并采用XRD和SEM等测试方法分析和探讨了其作用机理。结果表明：减水剂FDN和SR3与阿利特-硫铝酸钡钙水泥相容性良好，减水效果明显；两种减水剂对该水泥初凝时间影响不大，使终凝时间明显缩短；同时，当减水剂掺量适当时，可使水泥强度有一定程度提高。

0 前言

硫铝酸钡钙矿物是一种快硬早强型水硬性矿物，同时还具有烧成温度低、水化微膨胀等特性[1-6]，程新[7-8]等 人把该矿物引入到硅酸盐水泥熟料矿相体系中，制备了早期性能良好的阿利特-硫铝酸钡钙水泥。现代水泥混凝土生产中，为了提高质量、改善性能和节约原材料， 减水剂己成为一个不可缺少的组份。减水剂不仅能够影响水泥及混凝土在新拌阶段的工作性,而且能够从微观、亚微观层次上改善硬化水泥及混凝土体系的结构，进而对水泥混凝土进行改性，以满足对混凝土施工性能、力学性能和耐久性能等方面的要求。目前，减水剂已成为水泥混凝土的第五组分。对于硅酸盐水泥混凝土，减水剂的应用己很成熟，有多种用途的减水剂系列产品。由于阿利特-硫铝酸钡钙水泥的矿物组成与硅酸盐水泥不同，因此，必须研究减水剂对阿利特-硫铝酸钡钙水泥性能的影响。

1 原料与实验方法

1.1 原料
　　
　　阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料和石膏来自山东淄博某水泥厂，FDN减水剂由山东建科院外加剂厂生产，SR3减水剂由上海淘正化工有限公司生产，固含量为28%。水泥熟料和石膏的化学成分见表1。阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料的矿物组成见表2。

1.2 实验方法
　　
　　水泥标准稠度用水量和凝结时间测定按GB1346-89进行。水泥净浆强度测试用2㎝×2㎝㎝的小试体成型，水灰比0.3，在温度20℃±2℃、相对湿度大于90％的养护箱中养护1d后脱模测其抗压强度，其余试件在20℃水中继续养护至规定龄期测定抗压强度。

1.3 组成与结构分析
　　
　　用德国布鲁克D8-ADVANCE型X射线衍射仪(XRD)分析水化产物的物相，用日立S-2500型扫描电子显微镜(SEM)观察水化产物的形貌，分析其组成和结构。

2 实验结果与分析

2.1减水剂对阿利特-硫铝酸钡钙水泥性能的影响
　　
　　主要研究了FDN和SR3减水剂对水泥性能的影响规律。

2.1.1减水剂对水泥浆体流动性的影响
　　
　　在阿利特-硫铝酸钡钙水泥中分别掺入0.4%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的FDN和SR3减水剂，测定浆体的流动度，并绘制掺入量和流动度的关系曲线。

可以看出，萘系减水剂FDN和聚羧酸SR3与阿利特-硫铝酸钡钙水泥有一定的相容性，在掺量相同的情况下，掺入SR3减 水剂的30min、60min流动度损失比FDN小，随着掺量增大，流动度增大，当掺量到1.0%时并继续增加减水剂掺量，水泥浆的5min流动度并不增 大，且20min后水泥浆流动度基本不变。这是因为外加剂有选择地吸附在水泥颗粒表面的活性点上,水化开始时水泥颗粒表面活性较高,有较多的吸附空位,对 减水剂的吸附速率较快;随着吸附空位被逐渐占据,吸附速率开始减慢,最后逐渐达到平衡。 此时若再增加减水剂掺量,吸附量几乎不再增加,也就是说达到了饱和吸附量。

2.1.2减水剂对水泥凝结时间的影响
　　
　　在阿利特-硫铝酸钡钙水泥中分别加入0.8%、1.0%、1.2%的FDN和SR3减水剂，测定水泥的标准稠度用水量和初终凝时间。
　　
　　可以看出，在阿利特-硫铝酸钡钙水泥中加入FDN和SR3后，水泥的标准稠度用水量减少，对初凝时间的影响不大，而终凝时间比未掺减水剂时明显缩短。这是由于减水剂的分散、润湿等作用，促进了水泥的初期水化，同时用水量的降低也有利于水泥凝胶体凝聚网络的形成，促进了水泥凝结 [10]。从表3还可以看出， 随着减水剂掺入量的增大，阿利特-硫铝酸钡钙水泥的标准稠度用水量逐渐降低，当掺量1.0%时，再增大减水剂掺量时，水泥标准稠度基本不变，这说明减水剂的掺量已饱和，减水量不再增加。在FDN和SR3掺量达到饱和点以前，随减水剂掺量的增加，水泥终凝时间逐渐缩短，掺量达到饱和点以后，其终凝时间又有所延长，这是由于减水剂掺量达到饱和点以后，FDN和SR3解离出带电的离子吸附在水泥胶粒表面使其ξ电位增加，体系的稳定时间延长，同时这层阴离子吸附膜及由于氢键缔合作用所产生的水膜，往往会阻碍水泥颗粒与水之间的接触，具有延缓凝结的作用。