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三乙醇胺的性质对水泥凝结时间和抗压强度的影响

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2017-07-07 10:24:37  属于:产品技术
文章摘要:通过对凝结时间、电阻率、化学收缩、抗压强度测试,探讨了三乙醇胺(TEA)对硅酸盐水泥凝结时间和抗压强度的影响。结果表明:TEA存在双临界掺量(0.02%,0.15%);TEA对水泥具有增溶作用,可促进C3A的水化,对C3S水化的影响和其掺量有关;适量的TEA可以提高水泥抗压强度,并且可以控制水泥的凝结时间,以满足工程上缓凝与促凝的要求。
三乙醇胺(以下简称TEA)作为早强剂已被广泛应用于混凝土工程中,国内外学者对此有较多的研究,但还存在一定的不确定性.在实际工程中由于使用TEA的方法不当,尤其是施工人员没有严格按推荐掺量掺加而造成的质量事故屡见不鲜.本文结合凝结时间、电阻率、化学收缩、强度等分析方法,系统探讨TEA对水泥初始结构形成以及力学性能的影响,为其在工程中特别是在复合外加剂中的应用提供相应的理论依据。

三乙醇胺的性质
 
1、实验原材料及实验方法
 
1.1实验原材料
 
水泥:PⅡ型52.5硅酸盐水泥,比表面积为365m2/kg,其化学组成见表1;砂:普通砂子;TEA:化学试剂,分析纯
 
1.2试验方法
 
水泥凝结时间按GB1346—89《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定;水泥砂浆的ms/mc=1/3,mw/mc=0.50,其成型模具由3条40mm×40mm×160mm水平模槽组成,成型后标准水养,然后测试其3,7,28d的抗压强度.采用香港科技大学研制的CCR-1型无电极电阻率测试仪在线测试新拌水泥浆体(取mw/mc=0.3)的电阻率.化学收缩的测试方法为将水泥浆体按mw/mc=0.3与所需TEA及水配成溶液,然后注入广口瓶中测试其体积收缩。

 
2、实验内容及分析
 
2.1凝结时间
 

图1为水泥浆体凝结时间随TEA掺量的变化.从图1可以看出:在本研究的测试条件下,TEA存在双临界掺量0.02%,0.15%(质量分数,下同).当TEA掺量低于0.02%时,凝结时间随其增大而迅速缩短;当TEA掺量高于0.02%时,凝结时间有所增长,并且在其值为0.04%~0.08%时,凝结时间基本保持不变;当TEA的掺量大于0.08%时,凝结时间又开始增长,当其值为0.15%时,出现较强的缓凝,超过0.15%时,甚至出现快凝现象。
 
当TEA掺量足够小时,TEA起催化剂的作用,促进C3A水化,加速石膏与铝酸盐之间的反应,消耗拌和水,同时TEA的络合反应降低了液相中Ca2+,Al3+的浓度,进一步促进C3S水化,使水泥浆体凝结加快,这与何廷树[4]的观点一致;当TEA掺量逐渐增大时,一方面TEA促进水泥水化,加快水泥浆体结构搭建,另一方面生成的铝酸盐产物覆盖在水泥颗粒表面以及TEA在水泥熟料表面的吸附将抑制C3S水化[5],从而延缓了水泥浆体结构形成,这两种作用相互影响导致TEA掺量增加而凝结时间却变化不大;随着TEA掺量的继续增加,后一种作用逐渐显现,凝结被延缓,以致出现缓凝;当TEA掺量足够大时,C3A迅速水化,水泥浆体因水大量消耗而稠化,使水泥快速凝结.因此,两种看似不同的观点,在本实验中兼容并存,得到了很好的证实。
 
2.2电阻率
 
电阻率的大小可表示水泥的水化程度,间接地描述水泥浆体内离子浓度的变化、孔结构的形成和发展过程.图2为水泥浆体电阻率-时间曲线.由图2可知,掺入TEA后,在加水拌和初期,电阻率比空白试样低,由此可知,TEA促进了水泥各矿物相的水解,水泥浆体内离子浓度增加,电阻率较低,即TEA对水泥具有增溶作用,但增溶性和其掺量有关.TEA掺量为0.02%时,水泥浆体初期的电阻率增长显著;当TEA掺量为0.15%时,由于水化的延缓作用,水泥浆体内孔洞较多,且连通性较好,电阻率在较长一段时间内一直较小,这与TEA对水泥浆体凝结时间的影响规律是一致的。
 
2.3化学收缩



 
硅酸盐水泥在水化过程中,各单矿物减缩作用的大小依次为:C3A>C4AF>C3S>C2S。图3,4分别为TEA作用下水泥浆体10h内化学收缩-时间曲线及7,28d化学收缩-TEA掺量曲线.从图3可见,水泥水化初期8h内,随着TEA掺量的增加,化学收缩变小,并趋于稳定;8h之后,各掺量的化学收缩逐渐接近.水泥浆体初期化学收缩与C3A的水化有关,因此在水化初期(8h内),TEA改变了C3A的水化产物的结晶过程.从图4可以看出,TEA掺量为0.02%或大于0.10%时,7,28d水泥浆体的化学收缩要大于空白试样,这表明适量的TEA促进了后期C3S的水化,促进了C-S-H凝胶的形成及CH晶体的生成,因而水泥浆体的化学收缩有所增加。
 
2.4抗压强度
 
对于硅酸盐水泥,C-S-H在其强度发展中起着最主要的作用。图5为TEA掺量对28d内水泥砂浆抗压强度的影响.与不掺TEA的水泥砂浆相比,当TEA掺量为0.02%时,水泥砂浆3d的抗压强度有所增加,也就是说,0.02%的TEA能够促进水泥砂浆早期抗压强度的发展;在0.02%~0.08%内,随着TEA掺量的增大,水泥砂浆抗压强度逐渐减小,即TEA抑制了C3S的水化;当TEA掺量大于0.10%时,水泥砂浆抗压强度有较大的提高,即在诱导期过后适量的TEA可以促进C3S的水化,它不仅具有较好的早强效果,同时使水泥砂浆的后期强度亦有所提高.这可能和铝酸盐水化产物的晶型转变有关,因为晶型转变导致阻隔膜破坏,使C3S的水化继续进行,这与2.3节所述规律一致。
 
3、结论
 
1.TEA存在双临界掺量0.02%,0.15%,TEA掺量小于0.02%时,水泥浆体凝结时间随TEA掺量的增大而迅速缩短,在0.04%~0.08%之间,水泥浆体凝结时间基本保持不变,大于0.10%时,水泥浆体凝结时间开始增长,在0.15%时甚至出现较强的缓凝,超过0.15%时则出现快凝现象。
 
2.TEA对水泥具有增溶作用,它可促进C3A的水化,而对C3S水化的影响则与其掺量有关。
 
3.适量的TEA不仅可以使水泥达到早强的目的,而且使其后期的抗压强度亦有所增长,并且可对水泥浆体凝结时间进行控制,以满足工程上缓凝或促凝的要求。

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