聚羧酸系減水劑對水泥水化產物的影響

陳懷成，錢春香，趙飛，等

目的：水化硅酸鈣（C-S-H）作為水泥基材料強度的重要來源，容易受到減水劑的影響。本文研究聚羧酸系減水劑對C-S-H的影響，揭示聚羧酸系減水劑與水泥水化產物間的作用機理。方法：（1）制備標準砂漿試件并養護 28 d，利用差示掃描量熱儀研究減水劑對漿體中水化產物組成的影響；（2）采用化學合成法制備C-S-H。將Na2SiO3·9H2O溶液加入Ca(NO3)2·4H2O溶液中，控制鈣硅摩爾比為 1.5，采用 NaOH溶液調整混合液pH值，保持大于13.0。在Na2SiO3·9H2O中分別摻入帶有不同基團的高效減水劑，采用同樣方法制得對比樣品。在60℃下將上述混合物養護7 d，過濾后取固體樣品烘干。對合成的C-S-H分別進行掃描電鏡分析、核磁共振測試和傅里葉紅外光譜分析。結果：（1）采用DSC/TG對漿體中水化產物的組成進行分析，結果表明：摻入聚羧酸系減水劑的水泥漿體在 145～420℃溫度區間的失重較摻入萘系減水劑的漿體大，在420～500℃溫度區間的失重較萘系減水劑小，但二者在145～500℃溫度區間的失重都比空白組大。原因是聚羧酸系減水劑促進了水化進程，使漿體中C-S-H及Ca（OH）2的總量增大。（2）4種 C-S-H凝膠的微觀形貌分析表明，摻加去離子水的 C-S-H呈大片塊狀，單個塊狀物直徑大于1 μm；摻入萘系減水劑的C-S-H呈棒狀，顆粒度變小，呈無定形狀態；摻 J1或 J2聚羧酸系減水劑的 C-S-H出現結晶較好的蘑菇狀堆積，顆粒尺寸遠小于摻N系減水劑和摻去離子水的 C-S-H。這表明減水劑的摻入能夠減小C-S-H的顆粒度，與萘系減水劑相比，聚羧酸類減水劑可大幅降低 C-S-H的顆粒度，其聚集程度也更高。（3）3種合成的C-S-H的核磁共振29Si分析表明，29Si的共振信號主要出現在 7.2×10－5，7.5×10－6，7.9×10－5，8.2×10－5，8.5×10－5處。其中 8.5×10－5處的信號為 Q2（C-S-H直鏈中間的硅氧四面體）。所有的C-S-H的29Si NMR曲線基本相同，均出現共振信號Q2，3種C-S-H凝膠結構為直鏈狀。Q2強度由大到小依次為J1，N，空白組。這說明減水劑增大了 C-S-H的聚合度。（4）3種水泥漿體的FT-IR結果表明，硅氧四面體中 Si-O鍵的彎曲振動（包括面內彎曲振動和面外彎曲振動）和伸縮振動吸收峰分別位于 400～600 cm－1和900～1000 cm－1處，水分子的O—H伸縮振動吸收峰位于3425 cm－1處，Ca(OH)2的O—H伸縮振動吸收峰位于3420 cm－1處。隨著水化進行，水化產物（硅酸三鈣和硅酸二鈣）在920 cm－1處的Si—O伸縮振動向更高波數遷移，摻入減水劑的水化產物遷移波數大于未摻減水劑的水化產物，且摻入聚羧酸系減水劑的水化產物遷移波數大于摻入萘系減水劑的水化產物。向高波數遷移說明Si—O鍵聚合為 Si—O—Si鍵，C-S-H中硅氧四面體聚合度增加。結論：（1）利用 DSC/TG研究了減水劑對水泥漿體中水化產物化學組成的影響。與萘系減水劑相比，聚羧酸系減水劑更能促進水化進程，使漿體中C-S-H和Ca(OH)2的生成量增加。（2）采用化學法合成了C-S-H。減水劑的加入可以促使C-S-H的聚合度增加，其中聚羧酸系減水劑更能大幅減小C-S-H的顆粒度，提高其聚合度。（3）聚羧酸系減水劑和萘系減水劑均能促使 C-S-H中的硅氧四面體聚合度增大，但聚羧酸系減水劑比萘系減水劑的效果更明顯。

來源出版物：東南大學學報（自然科學版）, 2015, 45(4):745-749

入選年份：2015