活性TH粉對水泥與氨基磺酸鹽減水劑相容性的影響

劉通，趙日煦，楊文，龐二波，劉離

（中建商品混凝土有限公司，湖北　武漢　430074）

活性TH粉對水泥與氨基磺酸鹽減水劑相容性的影響

劉通，趙日煦，楊文，龐二波，劉離

（中建商品混凝土有限公司，湖北武漢430074）

采用紫外-可見吸收光譜法，測定了氨基磺酸鹽減水劑（AS）對水泥顆粒表面的吸附量，探討了活性 TH 粉摻量對水泥吸附特性的影響，并對不同活性 TH 粉摻量的水泥凈漿流動度進行了測試，研究了 AS 減水劑極限吸附量與流動度的關系。結果表明：水泥對 AS 的吸附量隨初始濃度的增大而增大；對 AS 的吸附量與極限吸附量隨水化時間的延長而增大；隨活性 TH粉摻量的增加，水泥對減水劑的極限吸附量逐漸減少，且水泥的初始流動度增大，流動度經時損失減小，即活性TH粉可以改善水泥與 AS 高效減水劑相容性。

活性 TH 粉；水泥；AS；吸附；相容性

吸附是減水劑與水泥顆粒及其水化產物發生作用的第一步，減水劑吸附到水泥顆粒表面后，產生靜電斥力和空間位阻作用，因此吸附是減水劑產生分散作用的最為重要的環節[1]。減水劑在水泥顆粒表面的吸附行為錯綜復雜，影響因素也很多，迄今還有很多問題難以解決，例如，減水劑在礦物摻合料上的吸附特性以及對水泥-減水劑二者相容性的影響研究仍是盲區，特別是對于新型礦物摻合料—活性 TH 粉，與 I 級粉煤灰相比，活性 TH 粉具有更高的活性、形態效應和微集料效應，能降低拌合物的粘度，改善混凝土的工作性能，提高后期強度和減小體積收縮[2]。吸附量作為衡量減水劑吸附能力的重要參數，有許多學者對減水劑的分散機理展開了深入的研究，揭示了其對水泥顆粒的分散規律[3-6]。但目前為止，還沒有關于活性 TH 粉對水泥吸附特性和保塑性能影響的報道。本論文采用紫外-可見吸收光譜法[7]測定 AS 高效減水劑在水泥顆粒表面的吸附量，并測試了不同 TH 灰摻量對水泥凈漿流動度的影響。通過對比研究減水劑極限吸附量與流動度之間的關系，分析了活性 TH 粉對水泥與 AS 高效減水劑相容性的影響機理。

1　試驗過程

1.1原材料

水泥熟料為華新水泥有限公司回轉窯生產的熟料，水泥熟料、磷石膏及活性 TH 粉的化學成見表 1。試驗用減水劑為山東萊蕪汶河化工有限公司生產的 AS 減水劑（液體，固含量30%）。

表1　原材料的化學組成　　　　　　　 %

1.2試樣制備

將水泥熟料加 5% 磷石膏磨細至 80μm 方孔篩篩余約5%，制得水泥。將不同摻量的活性 TH 粉（0%、10%、20%、30%，分別記為 S00、S10、S20、S30）摻入水泥中，混合均勻，備用。

1.3AS 減水劑吸附量的測定方法

用25℃ 去離子水配制計算濃度分別為 600mg/L、900mg/L、1200mg/L、1500mg/L 和 1800mg/L 的 AS 減水劑溶液，利用 TU-1901 型雙光束紫外分光光度計測定其初始濃度，記為 C0；準確稱取2.5g 試樣置于燒杯中，分別加入25mL不同初始濃度的減水劑溶液，在磁力攪拌器上攪拌 5min，再分別靜置25min、55min、85min，取上層清液，用離心機分離 30min，得到吸附后的 AS 減水劑溶液；稀釋分離出的溶液，濃度控制在20～60mg/L 范圍，使之符合比爾定律。用紫外分光光度計測定溶液的濃度 C。根據吸附前后溶液的濃度差（C0-C）計算出減水劑在礦物顆粒表面的吸附量。

1.4水泥凈漿流動度的測定方法

按 GB/T 8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中水泥凈漿流動度試驗方法評定水泥與高效減水劑的相容性。試驗選用 AS 減水劑，其摻量均為膠凝材料質量的0.8%，水灰比為 0.29，測定水泥凈漿流動度及隨時間的變化，觀察活性 TH 粉對水泥凈漿初始流動度和流動度經時損失的影響。

2　結果與討論

2.1水泥熟料的礦物分析

采用甘油-乙醇法測定了工業水泥熟料中的 f-CaO，其含量為 0.52%，由 f-CaO 分析數據可見，該水泥熟料煅燒良好。熟料的 XRD 圖譜和巖相照片分別示于圖 1 和圖2。分析圖 1 可見，水泥熟料的主要礦物有：C3S（d=3.02，2.96，2.77，2.60，1.62）、C2S（d=2.77，2.74，2.60，2.44，1.93）、C3A（d=2.69）和 C4AF（d=7.35，2.77，2.64），各礦物所對應的衍射峰尖銳，且強度較高。分析圖2可見，主要礦物結晶完整，形貌清晰，分布較均勻。由此可判斷，工業生產的水泥熟料主要礦物形成良好，可滿足試驗的要求。

徐紅罡（1967— ），女，云南昆明人，博士，中山大學旅游學院教授，研究方向：系統動力學、流動性、可持續旅游、出境旅游。E-mail：xuhongg@mail.sysu.edu.cn

圖1　水泥熟料的XRD圖譜

圖2　水泥熟料的巖相照片

2.2活性 TH 粉水泥對 AS 減水劑的吸附

以 C0和 C 分別代表吸附前后的濃度(mg/L)，溶質的吸附量是 ns(mg/g)

式中：

V——溶液的體積，ml；

m——吸附劑的質量，g。

以 C（稱為平衡濃度）對 ns作圖可以得到等溫吸附線，示于圖 3。根據等溫吸附線的形狀可以確定吸附公式，進而求出極限吸附量[8]。圖 3 為 S00、S10、S20、S30水泥對 AS 吸附 30min、60min 及 90min 時的吸附量。由圖3可以看出，在相同的吸附時間內，水泥對AS的吸附量隨初始濃度的增大而增大。當初始濃度 C0小于 1200mg/L 時，溶液中減水劑分子的分散程度較大，在吸附過程中，其分子的擴散遷移距離較大。在一定水化時間內，總的吸附量較小，遠未達到減水劑的極限吸附量。當 C0大于 1200mg/L 時，溶液中減水劑分子的分散度程較小，短時間內即可有較多的 AS 減水劑分子吸附于水泥顆粒表面而接近極限吸附量。

圖3　S00、S10、S20、S30 水泥對 AS 的等溫吸附線

分析圖 3 可知，水泥對 AS 減水劑的吸附量隨水化時間的延長而增大。即隨著水泥水化的進行，減水劑分子在水泥顆粒上的吸附速度大于其解離速度，這是由于水泥的水化所致。隨著水泥水化過程的進行，在水泥顆粒表面形成了一定量的鈣礬石（AFt）或單硫型水化硫鋁酸鈣（AFm）、C-S-H 凝膠和 Ca(OH)2，使水泥顆粒表面積減小，C-S-H 凝膠和 Ca(OH)2基本上不吸附減水劑分子[8，9]，而水化產物 AFt 或AFm 對減水劑分子的吸附量較大，從水泥顆粒表面上解離出來的減水劑分子隨即又被 AFt 或 AFm 所吸附，以致水泥顆粒對 AS 的吸附量隨著時間的延長而增大。活性 TH 粉對計算濃度為 600mg/L、1200mg/L、1800mg/L 的 AS 減水劑溶液在30min 時的吸附量分別為2.56mg/g、2.97mg/g 和 3.08mg/g，與水泥相比，活性 TH 粉對 AS 的吸附量要小得多，說明對于非水化體系和水化體系，水泥水化產生的新吸附空位的數量遠大于非水化體系產生的數量，致使水泥對減水劑的吸附特性與活性 TH 粉有著明顯的差異。

式中：

nsm——極限吸附量；

b——吸附常數；

c——平衡濃度。

為求極限吸附量，可將式（2）進行變形

式（4）即為 y=a+bx 型的線性方程。若將等溫吸附曲線進行坐標變換，以 C 對 C/ns作圖即可得到直線，由直線的斜率計算可得極限吸附量 nsm。圖 4 為S00、S10、S20、S30水泥對 AS 減水劑吸附 30min、60min 及 90min 的 C/ns～C 圖。由圖4 的直線斜率可求出相應的極限吸附量，結果見表2。

圖4　S00、S10、S20、S30 水泥對 AS 減水劑吸附不同時間的 C/ns～C 圖

表2　S00、S10、S20、S30 水泥對 AS 減水劑的極限吸附量 (mg/g)

分析表2 可知，在相同吸附時間內，隨活性 TH 粉摻入量的增加，水泥對減水劑的極限吸附量逐漸減少，即 AS 減水劑在水泥顆粒表面的吸附能力遠大于活性 TH 粉顆粒表面的吸附能力。這是由于隨活性 TH 粉摻量的增加，漿體中水泥熟料的相對含量減少，早期水化產物（AFt 或 AFm、C-S-H 凝膠等）相應減少的緣故。

2.3極限吸附量與凈漿流動度的關系

在相同用水量的情況下，水泥凈漿流動度愈大，說明減水劑的分散性能愈好。為研究活性 TH 粉對水泥流動性的影響，試驗中分別測定了相同水灰比、相同減水劑摻量下水泥凈漿流動度及流動度經時損失，其試驗結果如圖 5 所示。

由圖 5 可知，水泥漿體的初始流動度隨活性 TH 粉摻量的增加而增大，且流動度經時損失隨活性 TH 粉摻量的增加而減小。當活性 TH 粉的摻量為 0% 時，至 90min，流動度經時損失約 180mm；當活性 TH 粉摻量增加到 30% 時，至90min，流動度經時損失降到 100mm。說明活性 TH 粉的摻入能改善水泥漿體的流變性能，并隨活性 TH 粉摻入量的增加其改善效果更加明顯。

圖5　活性 TH 粉對水泥凈漿流動度的影響

對比表2 和圖 5 可以看出，AS 減水劑的極限吸附量與凈漿流動度之間具有反向對應關系，即相同條件下，水泥對減水劑的極限吸附量越大，水泥漿體的流動度越小。反之，水泥對減水劑的極限吸附量越小，水泥漿體的流動度越大。這是由于水泥對 AS 減水劑高吸附量，引起液相中 AS 減水劑分子的濃度降低，對水泥的分散效果減弱，造成水泥漿體流動性減弱。當活性 TH 粉等量替代部分水泥時，降低了水泥熟料的相對含量，由于活性 TH 粉的吸附能力較弱，致使游離于溶液中的減水劑分子數目增多，提高減水劑的分散效果，從而改善水泥與 AS 減水劑的相容性。

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［通訊地址］湖北省武漢市東湖高新區華光大道 18 號高科大廈 16 樓技術部 （430074）

The effect of active TH powder on the the compatibility of cement and aminosulfonic acid-based superplasticizer

Liu Tong, Zhao Rixu, Yang Wen, Pang Erbo, Liu Li
( China Construction Ready Mixed Concrete Co., Ltd., Wuhan430074 )

The adsorption amount of aminosulfonic acid-based superplasticizer (AS) on cement were detected by ultraviolet-visible absorption spectrometry. The effect of different contents of active TH powder on The adsorptive behavior of AS and the fluidity on the surface of cement particles were studied. The results showed that: the adsorption amount of AS on cement increased with higher initial concentration; the adsorption amount and the maximum adsorption amount increased with prolonged hydration time; With the amount of active TH powder increased, the adsorption amount and the maximum adsorption amount of AS on cement decreased observably, and the initial fluidity increased, but the less fluidity-loss decreased. So active TH powder can improve the compatibility of cement and AS.

active TH powder; cement; AS; adsorption; compatibility

劉通（1986 -），男，碩士研究生。