种外加剂对硫铝酸盐水泥性能的影响

1、几种外加剂对硫铝酸盐水泥性能的影响陈娟,等:几种外加剂对硫铝酸盐水泥性能的影响中图分类号:TQ172.727文献标识码:B文章编号:1007-0389(2005)03-001303几种外加剂对硫铝酸盐水:尼性能的影响陈娟,胡晓曼,李北星(第一作者女,1980年生,硕士研究生)(武汉大学水利水电学院,湖北武汉430072)摘要:研究了高浓高效减水剂FDN,缓凝剂H3BO3和四种早强促凝组分(Li2CO3,NaNO2,A12SO和NaSO)对硫铝酸盐水泥标准稠度,凝结时间以及抗压强度的影响.结果表明,高效减水剂FDN与硫铝酸盐水泥相容性很好,减水效果明显;硼酸对硫铝酸盐水泥的缓凝效果不稳定,但通过

2、复掺早强促凝组分能改善其缓凝效果和早期强度,且适量的硼酸能提高水泥浆的后期强度碳酸锂对硫铝酸盐水泥有显着的促凝作用.但对后期强度不利关键词:硫铝酸盐水泥;外加剂;凝结时间;强度InfluenceofseveralkindsofadmixturesonthepropertiesofsulphoaluminatecementCHENJuan,HUXiaoman,LIBeixing(CollegeofWaterResourcesandHydroelectricEngineering,WuhanUniveristy430072)Abstract:Theinfluenceofhighconcentrat

3、ionsuperplasticizer,retardantH3BO3andfourkindsofhardeningaccelerators(Li2CO3,NaNO2,A12SO4和NaSO4onthepropertiesofsulphoaluminatecement,suchasnormalconsistency,settingtimeandcompressivestrengthofcementpastewasstudiedonbyexperiments.rheresultsshowthatthesuperplasticizerFDNwaswellcompatiblewithsulphoalu

4、minatecementandprocessedahighwater-reducingeffect.Theretardingeffectofboracicacidonthesulphoaluminatewasunstable,butthecompositeofboracicacidandacceleratingadmixturecouldimprovedtheretardingeffectandearlystrength,andtheappropriateboracicacidcouldincreasethelatercompressivestrengthofthecement.Moreove

5、r,lithiumcarbonatemarkedlyaccelerat-edthesettingofsulphoaluminatecement,butithaddisadvantageouseffectonthelaterstrengthofthecement.Keywords:sulphoaluminatecement;admixtures;settingtime;strength0前言硫铝酸盐水泥具有早强,高强,高抗渗,高抗冻,耐腐蚀和低碱性等基本特性,并可在很大范围内调整其膨胀性能,在海洋建筑工程,修补工程,防渗工程,喷射混凝土和锚杆,矿井高水基材料充填工程和GRC制品等方面有较好的应用

6、.现代水泥混凝土生产中,为了提高质量,改善性能和节约原材料.外加剂已成为一个不可缺少的组份.对于硅酸盐水泥混凝土,外加剂的应用已很成熟.已开发出具有各种用途的外加剂系列商品.由于硫铝酸盐水泥的矿物成分与硅酸盐水泥不同,适用于硅酸盐水泥的外加剂不一定对硫铝酸盐水泥有同样的效果.以硫铝酸盐水泥为基础,开发新的应用途径.采用外加剂适当调整其凝结时间,早期强度等性能.是一个简单而有效的手段,本文在这些方面进行了一些基础性的试验工作.1实验材料与方法1.1实验材料实验所用水泥为孝感水泥厂525快硬硫铝酸盐水泥,减水剂为武钢浩源外加剂厂的FDN高浓高效减水剂,以及化学试剂硫酸钠(NaSO),碳酸锂(LiC

7、O),硼酸(HBO),硫酸铝(AISO),亚硝酸钠(NaNO2).1.2实验方法水泥标准稠度用水量和凝结时间测定按GB134689进行.水泥净浆强度测试使用4cmX4cmx4om的小立方体试件.水灰比按标准稠度用水量.试件成型后.带模置于温度20±2oC,湿度大于90%的养护箱中养护.3h后脱模并测其抗压强度(若不能脱模,则延长至6h脱模.并测其抗压强度).其余试件继续养护至规定龄期测定抗压强度.2实验结果与分析2.1高效减水剂FDN对硫铝酸盐水泥性能的影响试验结果见表1.随着FDN掺量的增加,硫铝酸盐水泥的标准稠度用水量逐渐降低,当FDN掺量求工程一13表1高效减水剂FDN对硫铝酸

8、盐水泥性能的影响FDN掺量标准稠度凝结时间/rain抗压强度/MPa%初凝终凝3h6h1d3d达到1.2%时,其减水率达22%,说明FDN与该硫铝酸盐水泥相容性较好.进一步增大FDN掺量.水泥的标准稠度不再降低,这说明FDN的掺量已饱和,减水效果不再增加.硫铝酸盐水泥中掺人FDN后.对水泥的初凝时间影响较小,而终凝时间均比未掺FDN的缩短了.在FDN掺量达到饱和点以前,FDN掺量愈大,水泥终凝时间俞短:FDN掺量达到饱和点以后,水泥的凝结时间又有所延长(表1).由于FDN的分散,润湿等作用,促进了水泥的初期水化;同时,用水量的降低也有利于水泥凝胶体凝聚网络的形成,这是FDN加快水泥凝结的主要原

9、因.当FDN掺量达到饱和点以后.FDN解离出带电的离子吸附在水泥胶粒表面使其垂电位增加,体系的稳定时间就较长,同时这层阴离子吸附膜及由于氢键缔合作用所产生的水膜,往往会阻碍水泥颗粒与水之间的接触,因而能起延缓凝结作用21.随FDN掺量的增加,由于成型水灰比的降低,硫铝酸盐水泥净浆3h,6h的抗压强度逐渐增大,而1d.3d抗压强度则随FDN掺量的增加先增大后减小,在FDN掺量为0.8%(即标准稠度0.22)时,抗压强度达到最大值.2.2碳酸锂对硫铝酸盐水泥性能的影响Li2CO对硫铝酸盐水泥性能影响的试验结果见表2.Li,CO对硫铝酸盐水泥的凝结影响显着,当Li2CO掺量仅为0.025%时,水泥的

10、初凝和终凝时间表2LiCo3对硫铝酸盐水泥性能的影响.14.陈娟,等:几种外加剂对硫铝酸盐水泥性能的影响分别缩短为18min和24min,且初凝和终凝时间间隔大大缩短;随着Li2CO掺量的增加,水泥的凝结进一步加快.LiCO加快水泥凝结,与其缩短水泥水化反应诱导期并加速水泥水化有关31.由于LiCO加速了硫铝酸盐水泥的早期水化.水泥净浆3h抗压强度随其掺量的增加而逐步提高,而6h,1d,3d的抗压强度则随LiCO掺量的增加呈现先增后又减的趋势.这可能是由于随LiCO掺量增加,水泥水化越快,形成的主要水化产物钙矾石不仅晶体粗大,且来不及在浆体中均匀分布,造成部分区域产物数量多,部分区域化产物数量

11、少.从而形成薄弱点,而导致强度降低.2.3硼酸对硫铝酸盐水泥的影响与硅酸盐水泥性能相比,硫铝酸盐水泥的主要特点之一就是凝结时间短,小时强度高.有时为了有充分的施工时间,掺人缓凝剂以延缓硫铝酸盐水泥的凝结就显得格外重要.表3是采用HBO作缓凝剂对硫铝酸盐水泥的凝结和强度的影响试验结果.表3H,Bo3对硫铝酸盐水泥性能的影响表3结果显示,HBO对硫铝酸盐水泥中的标准稠度没有影响.对水泥凝结时间来说,当HBO掺量不超过0.1%时,缓凝效果不明显;初凝时间仅延长20几分钟.终凝时间延长仅10min左右;一旦HBO掺量增加到0.3%时,则水泥凝结时间急剧延长.初凝和终凝时间分别比空白样延长510min和

12、597min.HBO加人到硫铝酸盐水中后,由于形成硼酸钙包裹在水泥颗粒水化层表面,使水泥悬浮体趋于稳定,并阻止水泥粒子凝聚,因此可以延缓水泥的凝结.当HBO掺量较小时.硼酸钙不能完全包裹水泥熟料颗粒,水泥熟料会在未被包裹的地方快速水化;并且水和so?一离子等也能从未包裹处渗人到包裹膜内.被包裹膜包裹的地方也开始水化,钙矾石生成时的体积膨胀导致包裹膜逐渐脱落.因而略微延缓陈娟,等:几种外加剂对硫铝酸盐水泥性能的影响了硫铝酸盐水泥的凝结.当H,BO,掺量较大时,生成的硼酸钙形成的包裹膜太厚而致密,在所有的部位水分子透过包裹膜进入到膜内都很困难,造成水泥长时间不凝结.在硫铝酸盐水泥中掺人HBO,水泥

13、净浆4h.6h抗压强度随其掺量的增大而降低;1d抗压强度则是当掺量小于O.10%时随掺量增大而增大,当掺量大于0.10%时又随H,BO,掺量增加而降低;到3d龄期时,掺量为0.20%和0.30%的水泥净浆抗压强度比空白样和掺0.1%H,BO,的水泥净浆提高了10MPa以上.由此可见,加入H,BO,会使硫铝酸盐水泥的早期强度降低,但适量的H,BO,却能提高水泥的后期强度.2.4复合外加剂对硫铝酸盐水泥性能的影响H,BO,对硫铝酸盐水泥的缓凝效果不稳定,但可以以H,BO,为缓凝剂的主要成分,在有较明显缓凝效果的掺量下,引入其它组分使缓凝效果稳定,且不影响硫铝酸盐水泥的早期强度.将H,BO,分别与L

14、i2CO3,AI2(SO4)3,Na2SO4,NaNO2四种早强或促凝组分复合,试验了四种复合外加剂对硫铝酸盐水泥凝结时间及抗压强度的影响,结果见表4.表4复合外加剂对硫铝酸盐性能的影响复合外加剂及掺量苎竺苎堡初凝终凝3h6h1d3d水灰比均为0.25表4结果显示.在硫铝酸盐水泥中复掺H,BO,和早强促凝组分后.能使H,BO,的缓凝效果更稳定,且改善了单掺HBO,引起的3h,6h抗压强度降低的问题.四种早强促凝组分中,复掺Li2CO,对硫铝酸盐水泥凝结时间的影响最大,掺量为水泥质量的0.O5%时,水泥的初凝时间缩短至110min,且初凝和终凝间隔极短,仅有14min,这样既保证了较充足的施工时

15、间,又获得了较高的3h强度.值得注意的是,水泥在复合掺入H,BO,和早强促凝组分后,其3d抗压强度均比单掺H,BO,的强度低.相对而言,复合外加剂中,H,BO,和NaNO:的组合获得了最高的6h强度和3d强度.因此,H,BO,和哪一种早强促凝组分复合,应根据工程特点及其需要进行选择.如果以3h强度为主,选择LicO,的效果最好:如果以6h强度为主,选择NaESO佳;如果以6h及后期强度为重,则应选择NaNO:.3结论(1)高效减水剂FDN与实验所用硫铝酸盐水泥相容性较好,减水率能达到22%;FND在标准稠度用水量下能加速水泥水化,缩短水泥终凝时间.提高水泥6h强度;过量的FDN(>O.8%)会延缓水泥凝结,对后期强度也有不利影响.(2)Li:CO,能显着缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间,微量的Li2CO,便能使水泥发生急凝,提高小时强度.但掺量/>0.1%就会较大幅度地降低水泥的中期和后期强度.(3)H,BO,对硫铝酸盐水泥的缓凝效果不稳定,掺量较小时只能略微延缓水泥的凝结,掺量较大时又会造成水泥长时间不凝,并降低小时强度;但适量的H,BO,能提高硫铝酸盐水泥的后期强度.(4)通过在硫铝酸盐水泥中复掺早强或促凝组分,能使HBO的缓凝效果更稳定,并改善小时强度的降低问题.但具体选择哪种促凝剂或早强剂复合,要根据工程需要而确定.参考文献1陈建