活性TH粉对水泥与氨基磺酸盐减水剂相容性的影响

刘通，赵日煦，杨文，庞二波，刘离

（中建商品混凝土有限公司，湖北　武汉　430074）

活性TH粉对水泥与氨基磺酸盐减水剂相容性的影响

刘通，赵日煦，杨文，庞二波，刘离

（中建商品混凝土有限公司，湖北武汉430074）

采用紫外-可见吸收光谱法，测定了氨基磺酸盐减水剂（AS）对水泥颗粒表面的吸附量，探讨了活性 TH 粉掺量对水泥吸附特性的影响，并对不同活性 TH 粉掺量的水泥净浆流动度进行了测试，研究了 AS 减水剂极限吸附量与流动度的关系。结果表明：水泥对 AS 的吸附量随初始浓度的增大而增大；对 AS 的吸附量与极限吸附量随水化时间的延长而增大；随活性 TH粉掺量的增加，水泥对减水剂的极限吸附量逐渐减少，且水泥的初始流动度增大，流动度经时损失减小，即活性TH粉可以改善水泥与 AS 高效减水剂相容性。

活性 TH 粉；水泥；AS；吸附；相容性

吸附是减水剂与水泥颗粒及其水化产物发生作用的第一步，减水剂吸附到水泥颗粒表面后，产生静电斥力和空间位阻作用，因此吸附是减水剂产生分散作用的最为重要的环节[1]。减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为错综复杂，影响因素也很多，迄今还有很多问题难以解决，例如，减水剂在矿物掺合料上的吸附特性以及对水泥-减水剂二者相容性的影响研究仍是盲区，特别是对于新型矿物掺合料—活性 TH 粉，与 I 级粉煤灰相比，活性 TH 粉具有更高的活性、形态效应和微集料效应，能降低拌合物的粘度，改善混凝土的工作性能，提高后期强度和减小体积收缩[2]。吸附量作为衡量减水剂吸附能力的重要参数，有许多学者对减水剂的分散机理展开了深入的研究，揭示了其对水泥颗粒的分散规律[3-6]。但目前为止，还没有关于活性 TH 粉对水泥吸附特性和保塑性能影响的报道。本论文采用紫外-可见吸收光谱法[7]测定 AS 高效减水剂在水泥颗粒表面的吸附量，并测试了不同 TH 灰掺量对水泥净浆流动度的影响。通过对比研究减水剂极限吸附量与流动度之间的关系，分析了活性 TH 粉对水泥与 AS 高效减水剂相容性的影响机理。

1　试验过程

1.1原材料

水泥熟料为华新水泥有限公司回转窑生产的熟料，水泥熟料、磷石膏及活性 TH 粉的化学成见表 1。试验用减水剂为山东莱芜汶河化工有限公司生产的 AS 减水剂（液体，固含量30%）。

表1　原材料的化学组成　　　　　　　 %

1.2试样制备

将水泥熟料加 5% 磷石膏磨细至 80μm 方孔筛筛余约5%，制得水泥。将不同掺量的活性 TH 粉（0%、10%、20%、30%，分别记为 S00、S10、S20、S30）掺入水泥中，混合均匀，备用。

1.3AS 减水剂吸附量的测定方法

用25℃ 去离子水配制计算浓度分别为 600mg/L、900mg/L、1200mg/L、1500mg/L 和 1800mg/L 的 AS 减水剂溶液，利用 TU-1901 型双光束紫外分光光度计测定其初始浓度，记为 C0；准确称取2.5g 试样置于烧杯中，分别加入25mL不同初始浓度的减水剂溶液，在磁力搅拌器上搅拌 5min，再分别静置25min、55min、85min，取上层清液，用离心机分离 30min，得到吸附后的 AS 减水剂溶液；稀释分离出的溶液，浓度控制在20～60mg/L 范围，使之符合比尔定律。用紫外分光光度计测定溶液的浓度 C。根据吸附前后溶液的浓度差（C0-C）计算出减水剂在矿物颗粒表面的吸附量。

1.4水泥净浆流动度的测定方法

按 GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中水泥净浆流动度试验方法评定水泥与高效减水剂的相容性。试验选用 AS 减水剂，其掺量均为胶凝材料质量的0.8%，水灰比为 0.29，测定水泥净浆流动度及随时间的变化，观察活性 TH 粉对水泥净浆初始流动度和流动度经时损失的影响。

2　结果与讨论

2.1水泥熟料的矿物分析

采用甘油-乙醇法测定了工业水泥熟料中的 f-CaO，其含量为 0.52%，由 f-CaO 分析数据可见，该水泥熟料煅烧良好。熟料的 XRD 图谱和岩相照片分别示于图 1 和图2。分析图 1 可见，水泥熟料的主要矿物有：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），各矿物所对应的衍射峰尖锐，且强度较高。分析图2可见，主要矿物结晶完整，形貌清晰，分布较均匀。由此可判断，工业生产的水泥熟料主要矿物形成良好，可满足试验的要求。

徐红罡（1967— ），女，云南昆明人，博士，中山大学旅游学院教授，研究方向：系统动力学、流动性、可持续旅游、出境旅游。E-mail：xuhongg@mail.sysu.edu.cn

图1　水泥熟料的XRD图谱

图2　水泥熟料的岩相照片

2.2活性 TH 粉水泥对 AS 减水剂的吸附

以 C0和 C 分别代表吸附前后的浓度(mg/L)，溶质的吸附量是 ns(mg/g)

式中：

V——溶液的体积，ml；

m——吸附剂的质量，g。

以 C（称为平衡浓度）对 ns作图可以得到等温吸附线，示于图 3。根据等温吸附线的形状可以确定吸附公式，进而求出极限吸附量[8]。图 3 为 S00、S10、S20、S30水泥对 AS 吸附 30min、60min 及 90min 时的吸附量。由图3可以看出，在相同的吸附时间内，水泥对AS的吸附量随初始浓度的增大而增大。当初始浓度 C0小于 1200mg/L 时，溶液中减水剂分子的分散程度较大，在吸附过程中，其分子的扩散迁移距离较大。在一定水化时间内，总的吸附量较小，远未达到减水剂的极限吸附量。当 C0大于 1200mg/L 时，溶液中减水剂分子的分散度程较小，短时间内即可有较多的 AS 减水剂分子吸附于水泥颗粒表面而接近极限吸附量。

图3　S00、S10、S20、S30 水泥对 AS 的等温吸附线

分析图 3 可知，水泥对 AS 减水剂的吸附量随水化时间的延长而增大。即随着水泥水化的进行，减水剂分子在水泥颗粒上的吸附速度大于其解离速度，这是由于水泥的水化所致。随着水泥水化过程的进行，在水泥颗粒表面形成了一定量的钙矾石（AFt）或单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、C-S-H 凝胶和 Ca(OH)2，使水泥颗粒表面积减小，C-S-H 凝胶和 Ca(OH)2基本上不吸附减水剂分子[8，9]，而水化产物 AFt 或AFm 对减水剂分子的吸附量较大，从水泥颗粒表面上解离出来的减水剂分子随即又被 AFt 或 AFm 所吸附，以致水泥颗粒对 AS 的吸附量随着时间的延长而增大。活性 TH 粉对计算浓度为 600mg/L、1200mg/L、1800mg/L 的 AS 减水剂溶液在30min 时的吸附量分别为2.56mg/g、2.97mg/g 和 3.08mg/g，与水泥相比，活性 TH 粉对 AS 的吸附量要小得多，说明对于非水化体系和水化体系，水泥水化产生的新吸附空位的数量远大于非水化体系产生的数量，致使水泥对减水剂的吸附特性与活性 TH 粉有着明显的差异。

式中：

nsm——极限吸附量；

b——吸附常数；

c——平衡浓度。

为求极限吸附量，可将式（2）进行变形

式（4）即为 y=a+bx 型的线性方程。若将等温吸附曲线进行坐标变换，以 C 对 C/ns作图即可得到直线，由直线的斜率计算可得极限吸附量 nsm。图 4 为S00、S10、S20、S30水泥对 AS 减水剂吸附 30min、60min 及 90min 的 C/ns～C 图。由图4 的直线斜率可求出相应的极限吸附量，结果见表2。

图4　S00、S10、S20、S30 水泥对 AS 减水剂吸附不同时间的 C/ns～C 图

表2　S00、S10、S20、S30 水泥对 AS 减水剂的极限吸附量 (mg/g)

分析表2 可知，在相同吸附时间内，随活性 TH 粉掺入量的增加，水泥对减水剂的极限吸附量逐渐减少，即 AS 减水剂在水泥颗粒表面的吸附能力远大于活性 TH 粉颗粒表面的吸附能力。这是由于随活性 TH 粉掺量的增加，浆体中水泥熟料的相对含量减少，早期水化产物（AFt 或 AFm、C-S-H 凝胶等）相应减少的缘故。

2.3极限吸附量与净浆流动度的关系

在相同用水量的情况下，水泥净浆流动度愈大，说明减水剂的分散性能愈好。为研究活性 TH 粉对水泥流动性的影响，试验中分别测定了相同水灰比、相同减水剂掺量下水泥净浆流动度及流动度经时损失，其试验结果如图 5 所示。

由图 5 可知，水泥浆体的初始流动度随活性 TH 粉掺量的增加而增大，且流动度经时损失随活性 TH 粉掺量的增加而减小。当活性 TH 粉的掺量为 0% 时，至 90min，流动度经时损失约 180mm；当活性 TH 粉掺量增加到 30% 时，至90min，流动度经时损失降到 100mm。说明活性 TH 粉的掺入能改善水泥浆体的流变性能，并随活性 TH 粉掺入量的增加其改善效果更加明显。

图5　活性 TH 粉对水泥净浆流动度的影响

对比表2 和图 5 可以看出，AS 减水剂的极限吸附量与净浆流动度之间具有反向对应关系，即相同条件下，水泥对减水剂的极限吸附量越大，水泥浆体的流动度越小。反之，水泥对减水剂的极限吸附量越小，水泥浆体的流动度越大。这是由于水泥对 AS 减水剂高吸附量，引起液相中 AS 减水剂分子的浓度降低，对水泥的分散效果减弱，造成水泥浆体流动性减弱。当活性 TH 粉等量替代部分水泥时，降低了水泥熟料的相对含量，由于活性 TH 粉的吸附能力较弱，致使游离于溶液中的减水剂分子数目增多，提高减水剂的分散效果，从而改善水泥与 AS 减水剂的相容性。

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［通讯地址］湖北省武汉市东湖高新区华光大道 18 号高科大厦 16 楼技术部 （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

刘通（1986 -），男，硕士研究生。