聚羧酸系减水剂对水泥水化产物的影响

陈怀成，钱春香，赵飞，等

目的：水化硅酸钙（C-S-H）作为水泥基材料强度的重要来源，容易受到减水剂的影响。本文研究聚羧酸系减水剂对C-S-H的影响，揭示聚羧酸系减水剂与水泥水化产物间的作用机理。方法：（1）制备标准砂浆试件并养护 28 d，利用差示扫描量热仪研究减水剂对浆体中水化产物组成的影响；（2）采用化学合成法制备C-S-H。将Na2SiO3·9H2O溶液加入Ca(NO3)2·4H2O溶液中，控制钙硅摩尔比为 1.5，采用 NaOH溶液调整混合液pH值，保持大于13.0。在Na2SiO3·9H2O中分别掺入带有不同基团的高效减水剂，采用同样方法制得对比样品。在60℃下将上述混合物养护7 d，过滤后取固体样品烘干。对合成的C-S-H分别进行扫描电镜分析、核磁共振测试和傅里叶红外光谱分析。结果：（1）采用DSC/TG对浆体中水化产物的组成进行分析，结果表明：掺入聚羧酸系减水剂的水泥浆体在 145～420℃温度区间的失重较掺入萘系减水剂的浆体大，在420～500℃温度区间的失重较萘系减水剂小，但二者在145～500℃温度区间的失重都比空白组大。原因是聚羧酸系减水剂促进了水化进程，使浆体中C-S-H及Ca（OH）2的总量增大。（2）4种 C-S-H凝胶的微观形貌分析表明，掺加去离子水的 C-S-H呈大片块状，单个块状物直径大于1 μm；掺入萘系减水剂的C-S-H呈棒状，颗粒度变小，呈无定形状态；掺 J1或 J2聚羧酸系减水剂的 C-S-H出现结晶较好的蘑菇状堆积，颗粒尺寸远小于掺N系减水剂和掺去离子水的 C-S-H。这表明减水剂的掺入能够减小C-S-H的颗粒度，与萘系减水剂相比，聚羧酸类减水剂可大幅降低 C-S-H的颗粒度，其聚集程度也更高。（3）3种合成的C-S-H的核磁共振29Si分析表明，29Si的共振信号主要出现在 7.2×10－5，7.5×10－6，7.9×10－5，8.2×10－5，8.5×10－5处。其中 8.5×10－5处的信号为 Q2（C-S-H直链中间的硅氧四面体）。所有的C-S-H的29Si NMR曲线基本相同，均出现共振信号Q2，3种C-S-H凝胶结构为直链状。Q2强度由大到小依次为J1，N，空白组。这说明减水剂增大了 C-S-H的聚合度。（4）3种水泥浆体的FT-IR结果表明，硅氧四面体中 Si-O键的弯曲振动（包括面内弯曲振动和面外弯曲振动）和伸缩振动吸收峰分别位于 400～600 cm－1和900～1000 cm－1处，水分子的O—H伸缩振动吸收峰位于3425 cm－1处，Ca(OH)2的O—H伸缩振动吸收峰位于3420 cm－1处。随着水化进行，水化产物（硅酸三钙和硅酸二钙）在920 cm－1处的Si—O伸缩振动向更高波数迁移，掺入减水剂的水化产物迁移波数大于未掺减水剂的水化产物，且掺入聚羧酸系减水剂的水化产物迁移波数大于掺入萘系减水剂的水化产物。向高波数迁移说明Si—O键聚合为 Si—O—Si键，C-S-H中硅氧四面体聚合度增加。结论：（1）利用 DSC/TG研究了减水剂对水泥浆体中水化产物化学组成的影响。与萘系减水剂相比，聚羧酸系减水剂更能促进水化进程，使浆体中C-S-H和Ca(OH)2的生成量增加。（2）采用化学法合成了C-S-H。减水剂的加入可以促使C-S-H的聚合度增加，其中聚羧酸系减水剂更能大幅减小C-S-H的颗粒度，提高其聚合度。（3）聚羧酸系减水剂和萘系减水剂均能促使 C-S-H中的硅氧四面体聚合度增大，但聚羧酸系减水剂比萘系减水剂的效果更明显。

来源出版物：东南大学学报（自然科学版）, 2015, 45(4):745-749

入选年份：2015