减水剂的吸附及其对各种水泥和水化产物的流变性能、Zeta电位和微观结构的影响外文翻译资料

英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

减水剂的吸附及其对各种水泥和水化产物的流变性能、Zeta电位和微观结构的影响

Anatol Zingg,Frank Winnefeld,Lorenz Holzer, Joachim Pakusch, Stefan Becker,

Ludwig Gauckler

摘 要

本文验证了聚羧酸减水剂对C3S（熟料主要矿物相）、水化硅酸钙（C-S-H）和水化硫铝酸钙（钙矾石）三种粒子之间相互作用的影响。这些矿物相都是水泥悬浮体系中早期水化的主要成分。单矿的Zeta电位测试结果显示，在人工模拟的孔溶液（水泥悬浮体系的液相）中，C3S和C-S-H都是带正电，然而，钙矾石带负电。正是因为带不同电性，钙矾石晶体与C-S-H聚沉，或者在较大C3S颗粒表面沉淀。这一现象已通过对高压冷冻水泥悬浮体系进行冷冻电子显微镜测试证明，这说明了胶体的作用机制对早期水泥悬浮体的微观结构的影响。此外，研究表明，相比较C3S而言，减水剂更易于吸附在钙矾石表面。然而，流变学实验结果揭示，通过减小屈服应力和塑性粘度，减水剂对所研究矿物的悬浮性能具有很大影响。从结果可以得出结论，在水泥分散的状态方面，钙矾石是起主要作用的矿物相，其中在水泥悬浮体系中包括胶体粒子-粒子和粒子-减水剂在内的相互作用。

关键词：聚合电解质；高效减水剂；水泥悬浮液；水化产物；熟料矿物相；Zeta电位；吸附；电子显微镜

1. 引言

高效减水剂的使用提高了砂浆和混凝土工业应用的系统和易性要求。高效减水剂的添加是针对两个目标:首先,高效减水剂能够改变流变的特性,例如,自密实混凝土,其次,高效减水剂可以保证混凝土水灰比的降低而不丧失和易性,以保证高混凝土强度和耐久性。

在这项研究中我们关注高效减水剂对特定的熟料的作用和水合物阶段的影响。该研究的具体定义阶段旨在进一步了解的影响聚羧酸强塑剂(以下简称PCE)。微观结构是沉淀反应和颗粒间的力量的结果。颗粒间的作用往往确定系统会结块或仍然是分散的。便于宏观现象与微观结构数据的联系,PCE对熟料的影响和在水合物阶段的作用必须已知。

主要由硅酸盐钙和研磨进石膏的钙铝酸盐类组成的硅酸盐水泥的水化是一个时间的过程,四个主要的水化时间[1]可以分为下面几个部分:

初始水化(几分钟):主要铝熟料的分解阶段和钙铝硫酸盐水化物的沉淀;

潜伏期(几分钟到几个小时):水化率显著减少;

主要水化(几小时到几天):加速硅酸盐熟料的水化和硅酸钙水化物的沉淀产生了水泥悬浮液的早期强度。

继续水化(几天):力量继续发展。

关于掺入减水剂对水泥易性的影响,水泥水化的初始水解期到水化加速期这一阶段对于水泥浆体的工作性与水泥-减水剂作用是至关重要的。在这个早期水化,硅酸三钙(C₃S)、铝酸三钙(C₃A)、石膏(Cs·2H),钙矾石(C₃A·3CS·32H)和硅酸钙水合物(C-S-H)是水泥孔液的主要矿物。

尽管对PCE对胶凝系统的影响进行了广泛的研究[2-8],但是许多有关减水剂的对水泥早期水化微观结构的影响的问题仍待解决,水化物的成核和生长阶段,熟料的溶解阶段,外加剂的吸附行为,以及颗粒间的作用力。由于这种多矿物系统的复杂性,在过去的几十年对减水剂的影响都是简化系统调查(纯熟料和水合物阶段)。然而,简化的可能性是有限的，因为复杂的化学过程的水泥悬浮液。如果想要获得实际应用中的结果,需要考虑到这样的限制。例如,本研究通过比较电动电势的数据与文献报道的zeta;电位(表1)密切相关的化学成分选择溶剂。

不幸的是,zeta;电位强烈依赖于溶剂的化学成分,因此离子强度离子物种,及其价态是重要参数。定义了溶剂的性质就会获得更精确的和明确的电动电势的数据。但是,水泥空隙液预设某些参数如pH、电导率、离子种类和组成。一般而言,42.5N的水泥空隙液历经1h水化后离子物种有K 、SO₂^4minus;和OH^-离子(200-500mmol/L)为主要离子和少数Na 、Ca² 、和Si⁴ (gt;1mmol/L)[9]。额外的离子的浓度的物种,如Fe³ ,比Mg² 低得多,因此,这些离子种类对电动电势的影响是微不足道的。因此,在本研究主要的研究对象为人工合成孔隙溶液，与现实42.5N水泥化学成分非常相似的孔隙溶液。考虑到不同的化学性质的溶剂的zeta;电位结果在文献中报道讨论和比较过。

远程微粒分散和团聚系统结构与颗粒间的作用力的密切相关的不同矿物颗粒测量[13]。电动电势通常用于确定颗粒间的作用力。我们最好的知道所有的电动电势测量报告数据在文献(SCI,SCIE)纯熟料和水化阶段表1中列出[24]。乍一看,zeta;电位的散射是广泛和数据矛盾(正面和负面的值相同的矿物复合)。然而,实验报告在文献中已经进行了各种不同溶剂的化学成分和离子强度的测试研究。

这项工作主要关注C₃S、C-S-H和钙矾石因为这些矿物质在水化早期代表的关键阶段。该调查包括电动电势测试,流变实验,和PCE吸附分析。最后,从高压冷冻显微镜数据提出了水泥悬浮液为了说明了颗粒间的C₃S的行为的结果之间的联系,C-S-H和钙矾石相特定微观结构现象。

第2章 材料

2.1 高效减水剂

在本文所使用的三种梳状聚羧酸/醚减水剂均具有聚甲基丙烯酸共聚物组成的主链骨架、甲基聚乙二醇组成的支链。三者具有不同支链密度与支链长度，基本结构见图1所示。

表2列出了所用PCE减水剂的分子特征与结构，所有减水剂都属于钠盐型有机物。

2.2 水合物的合成阶段和C₃A
C₃S和石膏(丙烯酰胺)是购买商业的,C₃A，钙矾石,和C-S-H合成。合成钙矾石和C-S-H前,Ca(OH)2(丙烯酰胺)在1000◦C烧12 h变成Ca(OH),再冷却。(lt; 63mu;m)。

2.3 波特兰水泥

根据冷冻显微镜,一个普通硅酸盐水泥(CEM我42.5 N)与实验室地面盘式磨粉机(德国Siebtechnik GmbH)50 d = 9micro;m。为了避免误解,石膏是添加到总量的3.9 wt %SO₄^2-的水泥粉(如表3)。

第3章 样品准备和方法

不同的实验装置，用不同的液、固比例。除了zeta;电位滴定实验，其他都是在实验前添加四氯乙烯作溶剂。在纯矿物阶段测量zeta;电位、流变能力、吸附能力。低温显微实验用的是细磨的波特兰水泥。

表 1 文献报道的zeta;电位(m V)和化学成分的溶剂(mmol/ L)