纤维素醚在硫铝酸盐水泥基材料中的作用机制

In consideration of the development requirements of environmental protection and construction technology, calcium sulphoaluminate cement is expected to be used to make special functional cement-based materials with characteristics of low carbon, super rapid hardening and high early strength, but the workability inefficiency inhibits its application. Since cellulose ether solved this kind of problem during the industrialization of Portland cement mortar, this project intends to study the adaptability of cellulose ethers with different substitution groups and degrees in calcium sulphoaluminate cement-based materials. The effect mechanism of cellulose ether on the workability will be investigated through studying the influence of cellulose ether on the state and migration process of water in the fresh paste; the effect of cellulose ether on hydration kinetics will be evaluated by studying the cement dissolution process, change of ion concentration in liquid phase, hydration heat evolution, formation and transformation of hydration products, and microstructure development, to establish the hydration and microstructure evolution models; the basics of physics and chemistry of the function of cellulose ether in calcium sulphoaluminate cement-based materials will be explained through studying the adsorption and dispersion characteristics of cellulose ether in fresh paste, the existing state and distribution of cellulose ether in hardened paste and the chemical reaction between cellulose ether and calcium sulphoaluminate cement. Eventually, this project will reveal the function and mechanism of cellulose ether in calcium sulphoaluminate cement-based materials and provide theoretical basis for promoting the development of low carbon special functional materials.

为适应环保要求的提高和建筑技术的发展，可望用硫铝酸盐水泥制备低碳型超速凝超早强特种功能水泥基材料,但施工和易性差限制了其应用。鉴于纤维素醚在硅酸盐水泥砂浆工业化过程中解决了类似问题，本项目拟研究不同取代基团和取代度的纤维素醚在硫铝酸盐水泥基材料中的适应性。通过观察新拌浆体中水的存在状态及迁移过程，分析纤维素醚影响硫铝酸盐水泥砂浆和易性的机理；通过研究纤维素醚存在下硫铝酸盐水泥的溶解过程、液相离子浓度变化、水化放热过程、水化产物生成及转化、微观结构演变等，建立纤维素醚-硫铝酸盐水泥水化模型和微观结构演化模型；通过研究纤维素醚在新拌浆体中的吸附特征和分散特性、在硬化浆体中的存在状态及分布、以及纤维素醚活性基团和浆体中各种离子之间的化学反应，诠释纤维素醚在硫铝酸盐水泥基材料中作用的物理和化学基础。揭示纤维素醚在硫铝酸盐水泥基材料中的作用机制，为推动低碳型特种功能材料发展提供理论依据。

为适应环保要求的提高和建筑技术的发展，可望用硫铝酸盐水泥制备低碳型超速凝超早强特种功能水泥基材料，但施工和易性差限制了其应用。鉴于纤维素醚在硅酸盐水泥砂浆工业化过程中解决了类似问题，本项目研究了纤维素醚在硫铝酸盐水泥基材料中的作用机制。首先，选取了三种化学类型（包括取代度高低不同的六个种类）的纤维素醚对硫铝酸盐水泥砂浆进行改性研究，探讨了纤维素醚结构和掺量对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响规律，建立了改性砂浆性能与纤维素醚的取代类型、取代度和掺量之间的关系模型，发现甲基和羟烷基的交互作用使各种纤维素醚在硫铝酸盐水泥基材料中的作用效果不同。其次，通过研究纤维素醚对硫铝酸盐水泥浆体中水的存在状态及其迁移过程的影响，纤维素醚在硫铝酸盐水泥浆体中的吸附和分散特性，以及纤维素醚对水泥浆体孔隙结构演变和孔隙液性质的影响，阐明了纤维素醚改性硫铝酸盐水泥浆体的保水机理。发现纤维素醚改性硫铝酸盐水泥浆体的保水机理主要有四个方面，即纤维素醚自身的吸水作用；纤维素醚吸附在硫铝酸盐水泥颗粒表面使浆体渗透系数降低；纤维素醚通过改变浆体孔隙液的动力黏度及表面张力降低浆体中水分传输速率；纤维素醚分子相互缠绕形成聚合物三维网络堵塞浆体孔隙，降低浆体渗透系数。再次，通过研究纤维素醚存在下硫铝酸盐水泥的溶解过程、液相离子浓度变化、水化放热过程、水化产物生成及转化、微观结构演变等，建立了纤维素醚改性硫铝酸盐水泥水化模型，阐明了纤维素醚改性硫铝酸盐水泥的水化动力学及水化机理。发现不同纤维素醚对水化进程和水化产物的影响不一，纤维素醚改变了体系中各离子的浓度和比例，改变了水化产物的离子浓度积，影响了水化产物析出速率，进而影响了水化进程和水化产物。纤维素醚影响水泥水化各阶段离子浓度调控了水化反应的溶解-沉淀平衡。本项目研究为推动低碳型特种功能材料发展提供了理论依据。