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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  日期:2016-11-04 09:00:00  属于:产品技术
标签:三乙醇胺
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。掺0.15%三乙醇胺后,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%三乙醇胺对水泥具有促凝作用,促进了水泥的水化,10min和30min的塑性粘度、屈服应力均增大,降低了水泥浆体的流动性。随三乙醇胺掺量增加,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。对掺加三乙醇胺的硅酸盐水泥水化进行研究,发现三乙醇胺在掺量比较小时,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三乙醇胺新拌水泥浆体流变性能的测定,研究三乙醇胺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:华新PO42.5级硅酸盐水泥,比表面积为342m2/kg,其化学组成见表1。
化学试剂TEA:(N(C2H4OH)3),相对分子量:149.19,分析纯AR。

2.2试样的制备

  按照实验设计测定三乙醇胺掺量如表2,测定不同掺量的三乙醇胺对水泥的标准稠度用水量和凝结时间。按照W/C=0.5,测试不同三乙醇胺掺量的水泥流变性能。按照W/C=0.35用广口瓶测试三乙醇胺掺量不同水泥浆体的3d、7d和28d化学收缩。按照W/C=0.35,用40mm×40mm×40mm模具制备三乙醇胺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3d、7d和28d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
3.1三乙醇胺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三乙醇胺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三乙醇胺掺量的增大,呈现下降趋势。当三乙醇胺的掺量为0.02%~0.10%时,水泥的初凝和终凝时间均比空白样减少。当三乙醇胺掺量为0.02%~0.10%时,可以加速水泥水化,促使水泥凝结。研究发现,三乙醇胺的存在可以促进C3A与石膏之间的反应。当三乙醇胺掺量为0.15%时,凝结时间与空白样相比有所增加,出现一定的缓凝。三乙醇胺掺量为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,三乙醇胺促进生成大量的AFt,消耗大量的水,促使浆体稠化,快速凝结。

3.2三乙醇胺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三乙醇胺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对应的三乙醇胺的掺量,按照W/C=0.5制备水泥净浆,分别测试水泥净浆加水后10min、30min,在剪切速率在30~100s-1区间的塑性粘度和屈服应力。从流变性能分析在三乙醇胺作用下,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10min的塑性粘度如图1,在水泥浆拌合10min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2Pa·s。水泥浆拌合10min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30min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30min的塑性粘度比10min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,水泥快速凝水泥浆拌合30min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30min的塑性粘度比10min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。
  水泥浆拌合30min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30min的塑性粘度比10min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。

3.3三乙醇胺对水泥化学收缩的影响

  三乙醇胺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>C4AF>C3S>C2S。从图5可以看出,随着三乙醇胺掺量的增加在水泥水化初期的12h内,化学收缩变小。0.05%~0.20%掺量三乙醇胺的化学收缩在4~8h接近。掺量为0.03%或>0.15%的7d与28d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,三乙醇胺影响了C3A的水化产物的结晶过程。适量三乙醇胺促进了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,掺三乙醇胺后,水泥水化28d的收缩均有不同程度的增加。
3.4三乙醇胺对水泥净浆强度的影响
  三乙醇胺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,当三乙醇胺掺量为0.03%时,水泥3d的强度有所增加。三乙醇胺的早强作用,主要是由于三乙醇胺能促进C3A的水化,而对C3S、C2S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3d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。不同三乙醇胺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%三乙醇胺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%三乙醇胺水泥水化样如图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%的三乙醇胺水泥水化样如图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

  适量的三乙醇胺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。随三乙醇胺掺量增加,水泥标准稠度用水量减少。掺量0.15%三乙醇胺的水泥浆体的凝结时间增加,10min和30min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%三乙醇胺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。适量的三乙醇胺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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