新型超低掺量混凝土防冻剂水化机理分析.pdf

储正相等 ： 新型超低掺量混凝土 防冻剂水化机理分析 7 新型超低掺 量混凝土 防冻剂水化机理分 析 储正相 ， 朱卫中 ， ( 1 ．江苏燎原化工有 限公司 ， 江苏宜兴2 1 4 2 6 1 ； 朱广祥 ， 冯启明 2 ．黑龙江 省寒地 建筑科学研究院 ， 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘 要】 通过对 F H新型超低掺量混凝土防冻剂水泥石与基准水泥石显微结构分析、 水泥石成分能谱分 析、 X R D衍射物相分析的对比研究， 探讨新型防冻剂在水泥中的水化机理， 为进一步推广应用具有超低掺量、 微碱 含量、 无氯新型防冻剂奠定基础。 【 关键词】 超低掺量； 防冻剂； 水化机理 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 0 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 - 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 J 0 8 - 0 0 0 7 - 0 2 新型超低掺量混凝土 防冻 剂由黑龙 江省寒地 建筑科学 研究院与江苏燎原化工有限公司联合研究的成果， 其具有 掺量极低( 仅为传统防冻剂掺量的 1 ／ 8～1 ／ 1 0 ) 、 微碱含量、 无氯、 早强 、 增强等特性 ， 可提高混凝土结构的耐久性， 环 保、 无污染。通过研究表明， 其在低温、 低负温条件下早强 特性较为显著， 可提高混凝土 3 d 、 7 d早期强度 1 0 ％ 一3 0 ％， 而掺量仅为 0 ． 0 5 ％ 一0 ． 2 ％ ， 与普通早强剂相比， 掺量大为 降低 ， 对混凝土后期强度不会产生不良影响， 混凝土的力学 性能也得到提高。为了进一步探索 F H新型防冻剂掺入水 泥中的水化特性 ， 本研究特采用扫描电子显微镜、 能谱分析 仪、 离子溅射仪以及 X R D衍射仪， 分析新型防冻剂水泥石 S E M显微结构与水化成份， 研究新型防冻剂在水泥混凝土 中的水化 机理 。 1 新型 防冻剂水泥石 S E M 显微结构及 E D X A微区分析 采用扫描电子显微镜和能谱分析仪分析 F H - N新型超低掺 量防冻剂对硬化水泥浆体显微结构与水化产物的影响。 1 ． 1 试验仪器 电子显微镜 ： 英国剑桥 a k仪器公司 S一 2 4 0 能谱分析仪： 美国E D X A分析仪器公司 离子溅射仪： E 5 2 0 0 A U T O S P U T Y E R C O A T E R 1 ． 2 试验方案 采用外加剂检测用基准水泥作为空白对 比样， 与掺加 F H新型超低掺量混凝土防冻剂水泥浆体进行比对。成型 后的水泥净浆试件 ， 养护至规定龄期后， 用无水乙醇终止水 化。制样前， 置于真空干燥箱 2 4 h ， 然后选取典型样品颗粒 进行镀膜 ( 喷金 ) 处理 。 1 ． 3 水泥石 S E M显微结构分析及 E D X A微区分析 表 1 基 准水 泥石成分分析 水泥石 S E M显微结构及 E D X A微区分析所得结果示于 图 1 ～图 2 、 表 1 ～表 3 。 1 ． 3 ． 1 水泥石 S E M显微结构分析 1 ． 3 ． 2 E D X A微区分析 4 8 6 3 8 9 2 9l 1 9 4 9 7 0 4 4 7 3 5 7 2 6 8 1 7 8 8 9 O 5 2 3 4 1 8 3l 3 2 0 9 l o 4 0 图 1基准水泥石 C a A l 祖 K J Y ． 4 3 4 3 4 7 2 6 0 1 7 3 8 6 O ( 2 8 d 1 L Au K l F e 譬 u． 1 ． 0 o 4 ． o 0 8 ．0 0 1 2 ． 0 o 1 ．o 0 4．0 0 8_o 0 l 2 ． 0 0 ( 3 d )( 2 8 d ) 图 2 掺 防冻剂水泥石 表 2 掺防冻剂水泥石 3 d成分分析 1 ． 4 结果分析 1 ． 4 ． 1 水化龄期为 3 d时 ( 1 ) 基准水泥石显微 结构较致 密 ， 主要 固体产物相为 致密无定形 C — S — H凝胶相。孔中能够见到少量的 C H晶体。 ( 2 ) 掺 F H防冻剂硬化水泥石中可明显看到大量的纤 维状水化产物( 小于 1 0 p ．m) 生成。能谱分析的结果表明， 纤 8 低温建筑技术 2 0 1 0年第 8 期( 总第 1 4 6期) 维状水化产物主要是钙硅比较高的 C - S — H凝胶， 部分能谱 分析数据可见少量的钠元素， 由此可见， F H防冻剂有助于 早期大量纤维状水化产物的生成。这说明 F H新型防冻剂 能加速水泥的水化进程， 首先促进 C — S ． H凝胶网络的形成， 使得水泥 c - s — H凝胶产物的 C ／ S比提高， 以纤维状水化产 物的形貌表现出来。 表 3 掺防冻剂水泥石 2 8 d成分分析 1 ． 4 ． 2 水化龄期为 2 8 d时 ( 1 ) 基准水泥石显微结构更加致密， 主要固体产物相 为致密元定形 C ． S — H凝胶相， 孔中能够见到少量的 C H晶体 和纤维状 C - S — H。 ( 2 ) 掺防冻剂水泥随着水化的进一步发展， 早期水泥 石中的大量纤维状产物逐渐减少， 其原因是 由于早期生成 的凝胶尺寸较小， 被后期持续反应的无定形的 C ． S - H凝胶 所包裹， 水泥石呈现致密的显微结构。但孔结构中还存有 大量纤维状水化产物， 其钙硅比与 3 d 相比也有所下降。 2 水 泥石矿物组成分析 采用 X R D分析方法， 可有效地分析水泥石水化产物中 具有结晶性质的水化产物， 它们分别是 C H、 A F 。 、 A F 及部 分没有完全水化的水泥成分， 如 C S 、 C S 、 C A F 、 C 3 A及其 C A F C S A等结晶相 ， 当采用定量计算和辅助设备时， 根据 谱线的强弱及所形成的谱曲线面积还可分析以上产物生成 量的大小。 图3一图6分别为基准水泥及掺 F H新型防冻剂后 3 d 、 2 8 d的 X R D衍射谱线图( 图中的横坐标为 衍射时的 2 角， 可用布拉格公式计算) 。 l 0 3 0 5 0 7 0 图 3基 准水泥 X R D图( 3 d) l O 3 0 5 0 7 0 图 4 基准水泥 X R D图( 2 8 d ) C { C H J I C H 啪 Il I I 血 1 0 3 0 5 0 7 0 图 5掺防冻剂水泥 XR D图( 3 d ) l O 3 0 5 0 7 O 图 6掺防冻剂水泥 X R D图( 2 8 d ) 从图 3一图6的各种谱线衍射峰来看， 2个水泥石样品 的X R D物相分析的结果未见特殊晶体矿物出现， 主要水化 产物晶体相为氢氧化钙， 依据氢氧化钙的衍射峰的强度可 粗略判断水泥石的水化反应程度： ( 1 ) 基准水泥样品3 d中的氢氧化钙的含量明显低于 2 8 d ， 可见2 8 d 水化程度明显高于 3 d 。 ( 2 ) 掺防冻剂水泥 3 d中的氢氧化钙的含量高于2 8 d ， 证明 F H防冻剂掺入水泥中后， 能加速早期水泥的水化和硬 化 ， 具有早强的特性。 3 结语 ( 1 ) 掺 F H防冻剂可以促进水泥石中生成大量的纤维 状水化产物( 小于 l O微米) ， 通过能谱分析， 纤维状水化产 物主要是钙硅比较高的 C — S — H凝胶。 ( 2 ) 掺 F H防冻剂水泥石水化后期， 大量纤维状产物 逐渐减少 ， 水泥石呈现致密的显微结构， 但孔结构中仍存有 大量纤维状水化产物， 其钙硅比与3 d相比有所下降。 ( 3 ) X R D衍射物相分析表明， 掺 F H防冻剂水泥石内 部未见特 殊晶体矿 物出现， 主要水化产 物晶体相 为 c a ( O H) ， 依据 C a ( O H) 衍射峰的强度从另一个角度证明 F H 防冻剂掺入水泥中后， 能加速早期水泥的水化与硬化。 参考文献 [ 1 ] 朱广祥， 等 ． 新型超低掺量混凝土防冻剂的研究与开发[ z ] ． 2 0 0 7． [ 2] J C 4 7 5— 2 0 0 4 ，混凝土防冻剂 [ S ] ． [ 3 ] J G J 1 0 4 — 9 7 ．建筑工程冬期施工规程[ s ] ． [ 4 ] 朱广祥 ．新型超低掺量混凝土防冻剂 [ J ] ． 低温建筑技术， 2 0 0 8 ， ( 1 )： 2 0—2 2 ． [ 收稿 日期 ] 2 0 1 0— 0 6一l 7 [ 作者简介 ] 储正相( 1 9 6 6一) ， 男 ， 江苏宜兴 人 ， 工程师 ， 从 事 化学 工程和建筑材料研 究与应用工作。