聚羧酸减水剂对水泥水化诱导期影响研究

Cement, as an inhomogeneous and multiple-phase system, has the hydration process involving complicated reactions indeed. The induction period is on of the cores of cement hydration process for its most influence on cement concrete workability. Polycarboxylate superplasticizer (PCE), viewed as the third-generation superplasticizer, has been widely applied to concrete product, and also plays a core role during the high-performance concrete manufacture. The interaction between cement and adopted PCE in early period of hydration is capable of affecting workability of concrete mixture extremely. This project innovating and developing modern measurement indicates the physical and chemical properties of cement paste affected as time, by means of testing variances of following indexes including contact angle of cement system employing PCE, conductivity of cement paste and suspension, PH value, heat of hydration during induction period, ions concentration, chemically combined water, accordingly investigates the adherence behavior of PCE on the surface of cement particles, development process and morphology features of hydration products of cement and characteristic of changeable protective film of hydration products. Eventually, the project will present the principle regarding effects led by PCE on Portland cement during the induction period of hydration, and explore the indicator for microstructure development during early period of hydration in cement-water- PCE system. It can provide the guidance for preparing high-performance concrete by applying PCE reasonably and effectively.

水泥的水化是一个非常复杂、非均匀多相的系统反应过程，其中，诱导期的水化对水泥混凝土工作性能产生重要的影响，也是水泥水化机理的核心之一。聚羧酸减水剂作为第三代超塑化剂在混凝土中已得到广泛应用，在高性能混凝土配制中起中心作用；水泥与聚羧酸减水剂之间在水化早期的交互作用，极大地影响了水泥浆体的工作性能。本课题创新设计不同的测试手段，通过测定掺聚羧酸减水剂水泥颗粒体系接触角变化、水化体系在接触水瞬间开始的水泥净浆电导、水泥悬浮液电导、诱导期水化热、溶液离子浓度、化学结合水等参数来表征水泥浆体的物理、化学性质随时间的变化，确定聚羧酸减水剂吸附于水泥颗粒表面行为、水化产物的形成历程、形貌特征和水化产物保护膜变化的特征；整体上提出聚羧酸减水剂对硅酸盐类水泥在水化诱导期的影响及其机理；寻求水泥－水－聚羧酸减水剂体系在水化早期凝结结构发展的表征，为高性能水泥混凝土制备和聚羧酸外加剂合理、高效使用提供指导。

水泥的水化是一个非常复杂、非均匀多相的系统反应过程，其中诱导期的水化对水泥混凝土工作性能产生重要的影响，也是水泥水化机理的核心之一。聚羧酸减水剂作为第三代超塑化剂在混凝土中已得到广泛应用，在高性能混凝土配置中起中心作用；水泥与聚羧酸减水剂之间在水化早期的交互作用，极大地影响了水泥浆体的工作性能。 . 本课题创新设计不同的测试手段，通过测定水化体系在接触水瞬间开始的水泥悬浮液电导、诱导期水化热、溶液离子浓度、化学结合水、填充密度等参数来表征水泥浆体的物理、化学性质随时间的变化，整体上提出聚羧酸减水剂对硅酸盐水泥在水化诱导期的影响及其缓凝机理。 . 本课题主要的研究工作和结论有： .（1）水泥颗粒对聚羧酸减水剂的吸附带来水泥颗粒分散程度的提高，反应活性位点增多，溶解速度加快，但溶液电导率却因为减水剂的络合作用有所降低，水化离子活度降低；诱导期主要水化产物钙钒石在水泥颗粒表面形成的数量减少但在孔溶液中广泛分布；溶液中增多的铝离子也会抑制C3S加速期的溶解速度，上述三个因素是导致聚羧酸减水剂延缓水泥诱导期的影响因素。.（2）对比聚羧酸减水剂对水泥净浆和掺矿粉、粉煤灰的复杂胶凝体系，发现聚羧酸减水剂的掺入有效增大了胶凝材料的水膜厚度，水膜厚度和水泥浆体流动度、黏度、流动速度均有良好的相关性，水膜厚度是影响水泥浆体工作性质的关键因素。.（3）聚羧酸减水剂对水泥水化诱导期的微观结构发展的改变对其凝结性质有重要影响。不掺聚羧酸减水剂的条件下，水泥颗粒分布不均匀，水化产物主要生长在小颗粒周围，形成连续区域；掺入聚羧酸减水剂后，水泥颗粒分布更加均匀，大颗粒周围也形成连续的水化区域。此外，通过灰度法和三值化计算，得到聚羧酸减水剂能有效抑制水泥浆体化学结合水的量，减小水泥颗粒间平均距离和孔隙率。