温轮胶对水泥水化行为的影响机理及其调控研究

Welan gum is an environment-friendly microbial polymer and one of the very important additives widely-studied among building materials for that its excellent water retention capacity and rheological properties to prevent segregation and bleeding when introduced into cementitious materials. However, welan gum can also affect cement hydration and lead to an initial strength decline of the hardened material when added excessively. Thus, the influence of welan gum on the formation and growth of the hydration products will be explored in this project to understand the mechanism and relationships between welan gum and cement hydration products' components, structures and performances (working performance, mechanical properties, and durability). The compatibility principles of welan gum with other additives and the regulation of slow-releasing welan gum will be studied to find the reasonable measures to promote the formation and growth of ettringite, calcium hydroxide and C-S-H gel. Consideration will be given to restrain the competitive adsorption between welan gum and other additives so that the advantages of welan gum could fully perform its function without affecting the strength of hardened materials. The purpose of the research will enrich the cement and colloid chemistry theory. On the one hand, it provides theoretical proof for the application of welan gum and on the other hand, provides examples for the popularizing application of microbial polymer in more areas to increase the utilization of microbial polymer and protect the eco-environment.

温轮胶属环境友好型微生物聚合物，具有优异的保水增稠效果和独特的流变性能，能有效防止砂浆混凝土的离析和泌水，是当今建筑材料领域关注的重要外加剂之一。但当其掺量达到一定程度后，会影响水泥的水化，进而影响硬化体的早期强度。为此，本课题拟通过探明温轮胶对水泥水化产物形成和生长的影响规律，揭示其影响水泥水化的内在机理，明确温轮胶存在时各水泥水化产物的组成、结构与性能（工作性能、力学性能和耐久性能）之间的关联性，探明其与其它外加剂的配伍原理，了解包覆或表面处理后温轮胶的缓释调控作用效果，找到促进钙矾石成核生长、氢氧化钙和C-S-H凝胶形成的合理措施，通过抑制温轮胶的竞争吸附，达到充分发挥温轮胶的优势而不影响硬化体强度的目的。研究成果一方面可丰富水泥化学和胶体化学理论，为温轮胶的应用提供理论依据；另一方面也为微生物聚合物在多领域的推广应用提供借鉴，加大微生物聚合物的应用力度，保护生态环境。

由于温轮胶具有良好环境友好性、优异流变特性及抗离析泌水性能而被广泛应用于水泥混凝土领域，但其会影响水泥水化且与其它外加剂一起使用时产生竞争吸附。为此本项目研究了温轮胶对钙矾石成核生长以及对C3S及C2S水化过程的影响、温轮胶与其它外加剂合理配伍以及温轮胶的缓释调控，得到以下主要结论：. （1）在纯钙矾石体系中，当温轮胶掺量为1%时，Zeta电位达到最大值，但吸附量仍在增长，至掺量为2%仍未达到最大，这是由于温轮胶分子的多层吸附导致。在铝酸三钙-二水石膏体系中，温轮胶的加入会延缓了体系的水化并抑制钙矾石的成核，其原因是温轮胶使得水化早期的钙矾石保持凝胶态，并因此后期形成的钙矾石晶体形貌也与空白体系迥异。. （2）在C3S及C2S体系中，由于C3S及C2S显示负电性，因此温轮胶主要通过吸附于熟料矿物表面的Ca2+层，增加了体系分散性，同时阻碍了水化产物Ca(OH)2结晶与生长，从而对熟料矿物的水化产生影响，但由于温轮胶的分散作用，使得C3S及C2S与水接触面积变大，从而使得在水化后期形成的水化产物量增大。. （3）温轮胶与萘系减水剂共同作用时，两者之间并未产生明显的竞争吸附作用，温轮胶的掺入方式对水泥砂浆性能基本未产生影响；温轮胶与聚羧酸减水剂共同作用时，两者之间产生了明显的竞争吸附，温轮胶与聚羧酸减水剂同时掺入时，温轮胶的作用占据主导地位，采用先掺入聚羧酸减水剂，反应2min后再掺入温轮胶，能有效发挥减水剂的减水效果，有利于水化产物的结晶，从而使得水泥砂浆的强度较高。. （4）通过温轮胶与其它外加剂配伍研究发现，由于温轮胶分子结构具有较强的电荷密度，温轮胶与其它外加剂同时使用时存在明显的竞争吸附，因此将温轮胶进行改性之后制备的缓释温轮胶能有效解决温轮胶聚羧酸减水剂之间竞争吸附问题，同时不影响温轮胶保水、增稠效果的发挥。将改性温轮胶与减水剂应用在普通砂浆和自流平砂浆中，明显改善砂浆的流动性，这表明聚羧酸减水剂发挥明显的作用效果，从而缓释型温轮胶达到解决温轮胶与聚羧酸减水剂相容性问题。