表面活性剂对碱矿渣水泥凝结时间的影响

宋洋 黄太忠

碱矿渣水泥是用碱金属的碱性化合物激发矿渣形成的胶凝材料。碱矿渣混凝土具有优良物理力学性能和耐久性能，是節能、利废、环保的绿色建筑材料。表面活性剂在碱矿渣水泥及混凝土的作用机理研究是确立适合碱矿渣水泥这一特殊胶凝材料专用塑化剂的重要理论基础，对促进其应用具有深远意义。

1 试验配比和结果

本试验测试了木质素磺酸钙、萘系、氨基磺酸盐、聚羧酸和十二烷基苯磺酸钠五种表面活性剂分别对碱组分为NaOH，氧化钠当量为4%碱矿渣水泥系统和碱组分为水玻璃，氧化钠当量为4%，模数为1.5的碱矿渣水泥系统的凝结时间的影响，具体试验配比和结果见表1。

2 结果分析

从表1可以看出，在碱组分为NaOH的碱矿渣系统中，掺入木钙和聚羧酸两种表面活性剂后，碱矿渣水泥的初凝和终凝时间都有了较大幅度的增加，初凝时间从空白组分的63min分别增加到167min和206min，终凝时间从空白样的84min分别增加到198min和238min，其余三种表面活性剂对NaOH激发的矿渣凝结时间影响不大。木钙和聚羧酸两种表面活性剂在NaOH激发的碱矿渣系统中起到缓凝作用的主要原因是由于木钙除了本身的分子中含有强亲水基团羟基（—OH）、醚基（—O—）以外，还含有一定的糖，因而具有一定的缓凝作用。糖类具有较强的缓凝作用是因为糖类是弱酸性物质，能与矿渣水化产物中的氢氧化钙生成复杂络合物，在矿渣粒子表面形成络合物膜层，且降低体系的pH值，抑制了碱矿渣的水化速度。而聚羧酸表面活性剂具有缓凝作用其主要原因可能是聚羧酸系表面活性剂含有许多羟基（—OH）基团，而羟基不仅可以与矿渣颗粒表面的O2- 形成氢键 （—O…H—O—）抑制碱矿渣继续水化，还可以与矿渣粒子表面的Ca2+ 吸附形成吸附膜层阻碍继续水化。另外一个主要原因是在NaOH 激发的碱矿渣水泥浆体中掺入聚羧酸表面活性剂后，聚羧酸表面活性剂长主链就包裹在矿渣颗粒表面，阻碍OH-离子对矿渣玻璃体的破坏，起到了一定的缓凝作用。

当碱组分为水玻璃的碱矿渣水泥系统的凝结时间远小于碱组分为NaOH的碱矿渣水泥系统。造成这种现象的主要原因是当矿渣颗粒加入到水玻璃溶液中后，水玻璃水解出来的OH-离子对矿渣玻璃体有强烈的破坏最用，使矿渣结构解体与水化，同时水玻璃水解出来的硅酸根离子便迅速结合到矿渣颗粒表面，短时间内形成大量的C-S-H凝胶，从而导致浆体的迅速凝结与快速硬化。掺入木钙等五种表面活性剂后，碱矿渣水泥系统的凝结时间并没有明显的变化，这可能是由于加入的表面活性剂被水玻璃水解出的硅酸根胶体迅速吸附或者是表面活性剂在强碱作用下分子结构发生了变化，失去了其表面物理化学作用。

3 结论

在碱组分为NaOH的碱矿渣系统中，掺入木钙和聚羧酸两种表面活性剂后，碱矿渣水泥的初凝和终凝时间都有了较大幅度的增加，初凝时间从空白组分的63min分别增加到167min和206min，终凝时间从空白样的84min分别增加到198min和238min；其余三种表面活性剂对NaOH激发的矿渣凝结时间影响不大。五种表面活性剂的掺入对碱组分为水玻璃的碱矿渣水泥系统凝结时间影响不大。

参考文献

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