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三异丙醇胺TIPA对硅酸盐水泥的性能影响

来源: 石家庄市海森化工有限公司  日期:2019-12-19 15:51:32  属于:产品技术
文章摘要:

水泥在国民基础设施建设,和经济发展中不可或缺的基础原材料。但随着环境污染日益加剧,水泥的生产还处于高能耗产业。据统计每生产一顿水泥熟料约消耗120kg标煤、耗电80kWh。另外,在生产过程中还会排放出大量的粉尘、CO2、SO2等污染物。现在市场广泛常用的是硅酸盐矿物水泥,它主要成分是硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)。当与水掺和后,矿物遇水发生水解或水化反应而变成水合物,水化速度的快慢影响水泥的强度,铝酸三钙、硅酸三钙对水泥的凝结时间和早期强度起决定作用。这种硅酸盐水泥适用范围:

1、用于一般工业与民用建筑物中,并可配置高品混凝土和各种混凝土预制构建。

2、用于地下、水工及海水工程。

3、用于高温受热工程和大体积混凝土浇筑工程。

硅酸盐矿渣水泥和普通硅酸盐水泥最大的区别有:

01、掺料,矿渣水泥石灰石或粒化高炉矿渣产量为6%~15%,而普硅水泥掺量为5%以内。

02、性能普硅水泥早期强度和后期强度增长都比较快,在低温情况下增长速度也比矿渣水泥块,抗腐蚀性能比较差,水化热高,抗冻、耐磨性好。

03、矿渣水泥早期和低温环境下强度增长较慢,后期增长速度较快,水化热较低,抗腐蚀性、耐热性较好,但干缩变形大,析水性大,耐磨性差。

04、厚大体积混凝土和在高湿环境或永远处在水下的混凝土优先选用矿渣水泥。但一般情况下普硅水泥都可以使用。

水泥的后期强度决定着施工质量,而三异丙醇胺TIPA对于后期强度的增强作用存在一个最佳掺量值。石灰石粉则对早、后期强度均有不利影响,掺量越少越好。为进一步研究TIPA与NaCl复合应用于石灰石硅酸盐水泥的情况,以及石灰石粉细度所带来的影响,在以上研究的基础上选取三种不同细度的石灰石粉(重质碳酸钙粉)在0.07%TIPA和0.1%NaCl的复合作用下进行了相关实验研究。

 
复合作用下得到以下几项结论:

01、石灰石粉对水泥各龄期强度的降低/增强效果随粒径和掺量的增大而消弱,但都表现出一致的增强趋势。其中,800~600目和600~400目的石灰石粉的效果类似,在该试验范围内对28d强度都有较好的增强作用。而400~300目的石灰石粉掺量在5%时对28d强度有增强效果,而掺量增加到10%时在28d龄期内没有表现出增强效果。

02、石灰石粉在水化早期可促进C3S的水化,对其后期影响不大。石灰石粉的细度对水泥中熟料矿物间的水化没有显著影响,但是,石灰石粉越细越有利于石膏耗尽后碳铝酸钙的生成,同时使水化放热量增大。水化历程与强度结果相对应,掺800~600目和600~400目的石灰石粉的仍然表现出相似的水化性能。另外,本章水化量热实验再次表明TIPA能够促进水泥中AFt的生成。

03、不同细度的石灰石粉掺入后都使总孔隙率增大,水化凝胶孔隙和连通孔隙减少、大孔增加。尤其是粒径较大的石灰石粉使大孔增加显著,孔隙分布粗化。

 
结论:

TIPA作为助磨剂组分应用较多,而对其助磨、增强之外的性能影响的研究较少。本文围绕TIPA对硅酸盐水泥和石灰石硅酸盐水泥的强度、水化过程和硬化浆体微观孔结构的影响进行了研究。其中,重点研究了TIPA及其与NaCl的复合对石灰石硅酸盐水泥相关性能的影响

通过以上研究,得出一些TIPA以及CaCl和石灰石粉掺量、细度等对硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥的相关新的研究结论,主要有如下几项:

01、TIPA能够促进C4AF水化生成AFt,对C3S的水化没有显著影响。在石灰石硅酸盐水泥中,当TIPA促进AFt的生成使石膏耗尽,CaCO3与水化铝酸钙生成碳铝酸钙得反应抑制了AFt向AFm的转化。

02、TIPA具有引气分散作用。引气导致水化早期浆体内大孔的增加,使早期强度降低。TIPA对AFt生成的促进和分散作用使水化凝胶结构致密化,连通孔隙减少。随水化龄期的延长,水化产物的生长和填充消弱了引气带来的不利影响,使初始水化中引气产生的孔隙减少,有利于后期强度的发展。

03、TIPA对强度的影响则是以上水化产物相和微观孔结构随龄期发展的综合效应表现,与硬化浆体和石英砂骨料间的界面粘结无关。不同掺量的TIPA,应用于不同的水泥所表现出的综合效果是不同的。因此,对于不同的水泥,TIPA可能会存在不同的最佳掺量值。

  TIPA单独应用于硅酸盐水泥主要对后期强度有显著增强。而TIPA使石灰石硅酸盐水泥砂浆和净浆的各龄期强度增加,且后期增强显著。由于石灰石粉本身的分散作用,TIPA对石灰石硅酸盐水泥的增强作用更好。无论是对硅酸盐水泥还是石灰石硅酸盐水泥,TIPA的强度增强作用都是随龄期的延长而逐渐增强的。 

04、NaCl能够增加水泥矿物的溶解度,通过与水化产物CH反应生成复合物而促进C3S的水化,具有显著早期增强作用。石灰石粉本身的分散和促进C3S水化的作用,使NaCl促进C3S水化的作用消弱。当与TIPA同时应用时,NaCl能够增强TIPA对C4AF水化的促进作用。
  TIPA能够促进C4AF水化生成AFt,且NaCl对这一效应有促进作用。而TIPA可增强NaCl增溶和促进水化效应的发挥。

05、石灰石粉中的CaCO3与水化铝酸钙可反应生成碳铝酸钙。在TIPA作用下,水化早期可生成三碳型碳铝酸钙和半碳型碳铝酸钙两种,其中半碳型比三碳型的更易于存在。当TIPA促进C4AF水化生成AFt将石膏耗尽,CaCO3与水化铝酸钙反应生成碳铝酸钙抑制了AFt向AFm的转化。石灰石粉在水化初期的晶核效应可促进C3S的水化,但对后期C3S的水化没有显著影响。TIPA和NaCl的复合使用可增强石灰石粉对C3S水化的促进作用。

06、石灰石粉在掺量很小时对1d强度有利。一般情况下,石灰石粉的掺入会使各龄期水泥强度降低,且大掺量的石灰石粉使强度显著降低。在TIPA和NaCl复合作用下,石灰石粉对水泥各龄期强度的降低/增强效果随粒径和掺量的增大而消弱,但都表现出一致的增强趋势。其中,800~600目和600~400目的石灰石粉的效果类似,掺量在10%以内都有较好的后期增强作用。而400~300目的石灰石粉增强效果相对较差。石灰石粉的细度对水泥中熟料矿物的水化没有显著影响,但是石灰石粉越细越有利于石膏耗尽后碳铝酸钙的生成。

07、同一水泥,W/C=0.5、20℃条件下48h内的放热量大小主要由水化速率减速期出现的第三放热速率峰、即AFm或碳铝酸钙的生成放热量所决定。而第三放热速率峰的出现是由TIPA所导致的,所以,同一水泥TIPA掺量越大,石灰石粉越细,48h内的放热量越大。

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