聚羧酸系减水剂对自粉磨P·O42.5水泥性能的影响【山东建筑材料网络社区】

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本文研究了不同掺量的聚羧酸系减水剂对自粉磨P·O42.5水泥的细度、凝结时间、抗压强度和水化热等性能的影响。结果表明：聚羧酸减水剂具有一定的助磨作用，当PC掺量为0.1%时，水泥细度降低36%；聚羧酸减水剂具有一定的缓凝作用，随聚羧酸减水剂掺量的增加初凝时间缩短、终凝时间延长；当PC掺量不大于0.2%时促进水泥早期水化反应，PC掺量大于0.2%时减弱水泥的早期水化反应，且对后期水化反应没有影响。与空白组进行对比，在保持相同流动度的条件下，PC掺量为0.2%时，3d、7d和28d抗压强度分别提高27%、24%和32%；PC掺量为0.3%时，3d、7d和28d抗压强度分别提高11%、23%和34%。

利用外加剂与矿物掺合料改善混凝土的工作性能，提高其耐久性和体积稳定性，是现代混凝土技术发展的方向。聚羧酸系减水剂具有无氯、低碱、高减水率、混凝土工作性能好、保坍性好等优点，已经成为配制混凝土不可缺少的重要材料之一。目前，科学工作者对聚羧酸系减水剂的研究大多数偏向于分子结构设计、化学合成，而聚羧酸系减水剂对自粉磨P·O42.5水泥的性能影响很少研究。

因此，本文研究了不同掺量的聚羧酸系减水剂与自粉磨P·O42.5水泥经过短时间混磨后，对自磨水泥的细度、凝结时间、抗压强度以及水化热等性能的影响，该研究结果为今后技术应用提供可行性数据支持。

熟料：选用内蒙古乌海千峰熟料；石膏：天然石膏；矿渣粉：选用包头市包钢矿渣粉，上述原材料化学成分详见表1。

注：石膏中SO3的含量为29.73%，则CaSO4的含量为50.54%；聚羧酸减水剂选用上海三瑞公司生产的减水剂（粉剂）。

P·O42.5水泥按照熟料∶矿渣粉∶天然石膏为80∶15∶5的比例制作，采用全国水泥厂统一试验标准小磨机粉磨，粉磨40min，出磨5min，每次粉磨5kg，其物理力学性能指标见表2。

将不同掺量的聚羧酸系减水剂与自粉磨P·O42.5水泥在行星式齿轮球磨机内混磨3min，对掺加不同掺量的聚羧酸系减水剂的水泥的物理性能进行研究。

水泥细度测定依据《水泥细度检验方法筛析法》（GB/T1345-2005）；水泥胶砂强度依据《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671-1999）；水泥凝结时间测定依据《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T1346-2011）；水化热测定依据《水泥水化热测定方法》（GB/T12959-2008）。

采用45μm的方孔筛对水泥细度进行测定。图1所示为PC减水剂对水泥细度的影响，随聚羧酸系减水剂掺量的增加，水泥细度明显降低。当PC掺量为0.1%时，水泥细度降低36%；当PC掺量超过0.1%时，水泥细度没有降低。在粉磨过程中掺入聚羧酸系减水剂，减水剂分子链中的活性基团吸附在水泥颗粒表面，中和了水泥颗粒表面的不饱和电荷，有效地防止团聚现象的出现，起到助磨的作用。当PC掺量超过0.1%时，聚羧酸系减水剂助磨效果没有增强，这是由于当聚羧酸系减水剂掺量过多时会发生水泥颗粒表面吸附聚羧酸系分子达到饱和状态，此时无法再吸附过多的聚羧酸系分子。因此聚羧酸系减水剂的掺量不大于0.1%时助磨效果显著。

图2所示为PC减水剂对凝结时间的影响。随聚羧酸系减水剂掺量的增加，水泥净浆的初凝时间缩短、终凝时间延长。聚羧酸系减水剂在初凝阶段没有完全吸附在水泥颗粒表面，且没有与净浆中游离的Ca2+生成络合物，有很少量水泥水化，导致初凝时间缩短。由于聚羧酸系减水剂吸附在水泥颗粒表面，阻碍水分子的靠近，减缓水化速度，而且在水泥水化的碱性介质中，聚羧酸系减水剂分子链中的阴离子活性基团（如-COO-、-SO3-）与水反应生成含Ca2+的络合物，从而使净浆中游离Ca2+的浓度降低，不能快速达到饱和状态，减弱水泥水化产物的生成，导致水泥终凝时间延长。

在控制相同流动度的条件下，其水泥胶砂用水量如图3所示。图4所示为PC减水剂对抗压强度的影响，3d、7d抗压强度随聚羧酸系减水剂掺量的增加呈现先升高后降低的趋势；28d抗压强度随掺量的增加呈现一直增长的趋势。与空白组进行对比，PC掺量为0.2%时3d、7d和28d抗压强度分别提高27%、24%和32%；PC掺量为0.3%时3d、7d和28d抗压强度分别提高11%、23%和34%。当聚羧酸系减水剂掺量小于0.2%时，在水化早期阶段减水剂的掺入降低了水泥颗粒的表面张力，水泥颗粒与水的接触点增多，并且由于减水剂的分散作用，促进水泥的水化作用，且随掺量的增加，水泥胶砂用水量逐渐减少，水胶比降低，使抗压强度提高。当聚羧酸系减水剂掺量大于0.2%时，由于减水剂的吸附作用和络合物生成，在一定程度上减弱了水泥的水化反应及水化产物的生成，导致早期抗压强度呈现降低的趋势。因此当聚羧酸系减水剂掺量大于0.2%时，具有减弱早期抗压强度的发展，而对后期抗压强度的发展没有影响。

水泥水化会在与水接触后的搅拌过程中、加速期和后加速期出现放热峰，第一个放热峰为C3A初期水化生成钙矾石，C3S和CaO溶解产生的迅速放热，发生在搅拌阶段最初的几分钟；第二个放热峰为C3S快速水化，生成水化产物而出现的较高放热速率的峰值，主要发生在由弹性状态变成刚性状态的过程以及早期强度发展阶段，一般为加水搅拌之后5h左右；第三个放热峰为C3S和C2S继续水化形成C-S-H和铝酸盐相水化产生单硫型水化硫铝酸钙而形成的低放热速率的峰值，一般发生在水泥胶砂成型5d之后。图5所示为第一个放热峰出现时间较早不易测得；第二个放热峰随聚羧酸系减水剂掺量的增加呈现先升高后降低的趋势，PC掺量为0.2%时放热峰达到最大值；第三个放热峰发生在后期水化阶段，放热曲线呈波浪线形式分布。

图5和图6所示为随减水剂掺量的增加，水化放热峰值呈现先升高后降低的趋势，且水化放热峰值和水化放热速率峰值出现的时间随减水剂掺量的增加越来越早。在水化早期阶段，掺入减水剂能降低水泥颗粒的表面张力，水泥颗粒与水的接触点增多，并且由于减水剂的分散作用，促进水泥水化反应。当PC掺量大于0.2%时，虽然水化热放热峰值和水化放热速率峰值较其他掺量放热峰值出现较早，但由于减水剂的吸附作用及形成络合物，在一定程度上减弱了水泥的水化反应及水化产物的生成，导致放热峰值和水化放热速率峰值降低。

图7所示为PC掺量为0.3%时，后期水化热温度高于其他掺量的水化热温度；图8所示为PC掺量为0.3%时，后期水化速率高于其他掺量的水化速率。当PC掺量大于0.2%时，在一定程度上减弱了水泥的早期水化反应，但对后期水化反应没有影响，且后期水化反应呈现加快趋势。因此当聚羧酸系减水剂掺量大于0.2%时，聚羧酸系减水剂具有减弱水泥早期水化反应的特点，对后期水化反应没有影响。

（1）聚羧酸系减水剂具有一定的助磨作用，PC掺量为0.1%时水泥细度降低36%；PC掺量大于0.1%时助磨效果无明显变化。

（2）聚羧酸系减水剂具有一定的缓凝作用，随着掺量的增加初凝时间缩短、终凝时间延长。

（3）与空白组进行对比，在保持相同流动度的条件下，聚羧酸系减水剂具有提高水泥抗压强度的作用，PC掺量为0.2%时3d、7d和28d抗压强度分别提高27%、24%和32%；PC掺量为0.3%时3d、7d和28d抗压强度分别提高11%、23%和34%。

（4）聚羧酸系减水剂掺量小于0.2%时促进水泥的早期水化反应；当掺量大于0.2%时减弱水泥早期水化反应，对后期水化反应影响不大。

作者：杭美艳，孙少飞，郝小龙，魏泽雨，如涉及作品内容、版权和其它问题，请及时联系，我们将尽快处理。