非離子纖維素醚改性水泥漿的微觀結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、非離子纖維素醚(簡(jiǎn)稱“纖維素醚”)具有優(yōu)良的保水和增稠效果,近年來在干混砂漿等水泥基材料中得到廣泛應(yīng)用。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(5090210)和國(guó)家973重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃課題(2009CB623201),通過等溫量熱、FT-IR、熱分析、XRD、MIP、光學(xué)顯微鏡、SEM和旋轉(zhuǎn)粘度儀等方法或儀器研究了纖維素醚分子結(jié)構(gòu)和摻量對(duì)水泥漿水化動(dòng)力學(xué)、流變性能、孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響規(guī)律和作用機(jī)理,尤其深入分析了纖維素醚與水泥水化產(chǎn)物

2、的吸附機(jī)理和纖維素醚改性水泥漿的氣泡動(dòng)力學(xué)。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)非離子纖維素醚改性水泥漿的水化動(dòng)力學(xué)
　　 纖維素醚通常延遲水泥早期水化。纖維素醚的分子結(jié)構(gòu)不同,延遲水泥水化的能力(簡(jiǎn)稱“延遲能力”)不同,HEC的延遲能力最強(qiáng),延遲率為74.63％～219.78％,MC的延遲能力最弱,延遲率為3.21％～20.42％,HPMC和HEMC的延遲能力介于兩者之間,延遲率分別為2.38％～77.01％和18.77％

3、～84.34％；取代基相同的纖維素醚,粘度／分子量越高,延遲能力越弱,粘度倍數(shù)相差不大時(shí),影響很小,粘度倍數(shù)相差很大時(shí),影響顯著；HEMC分子中,羥乙氧基的含量越高,延遲能力越弱,但影響很??；HPMC和HEMC中,甲氧基的含量越高,延遲能力越弱,且影響非常顯著。水泥組成不同,纖維素醚的延遲能力不同,纖維素醚對(duì)C3S的延遲能力最強(qiáng),對(duì)普通硅酸鹽水泥的延遲能力稍弱,對(duì)C3A的延遲能力很弱,對(duì)硫鋁酸鹽水泥幾乎不延遲。纖維素醚對(duì)不同水化產(chǎn)物的延

4、遲能力不同,在普通硅酸鹽水泥中,延遲氫氧化鈣形成的時(shí)間最長(zhǎng)(6h),延遲鈣礬石形成的時(shí)間最短(2h),延遲C-S-H凝膠形成的時(shí)間介于其間(4h)。纖維素醚延遲水泥水化的作用機(jī)理是纖維素醚與水泥水化產(chǎn)物之間的吸附,而不是纖維素醚增加了孔溶液的粘度,阻礙了離子運(yùn)動(dòng)的速率。纖維素醚與水泥水化產(chǎn)物之間的吸附發(fā)生在纖維素醚的羥基和水化產(chǎn)物的金屬氫氧化物之間,纖維素醚分子長(zhǎng)鏈及取代基側(cè)鏈的空間位阻作用是纖維素醚分子結(jié)構(gòu)影響其吸附能力的關(guān)鍵因素,側(cè)

5、鏈端部羥基的吸附能力遠(yuǎn)高于葡萄糖環(huán)羥基。水泥水化產(chǎn)物表面Ca(OH)2的含量決定著水化產(chǎn)物與纖維素醚的吸附能力。纖維素醚的溶液的表面張力越大,其延遲水泥水化的能力越強(qiáng)。
　　 (2)非離子纖維素醚改性水泥漿的流變性能
　　 由于纖維素醚分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與水泥水化產(chǎn)物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相互交織以及水泥初始水化而間接增加了纖維素醚濃度,纖維素醚溶液和水泥漿的粘度具有“復(fù)合疊加效應(yīng)”,即纖維素醚改性水泥漿的粘度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩者各自的粘度之和

6、。纖維素醚改性水泥漿與純水泥漿都具有剪切變稀的性質(zhì),屬于假塑性流體；纖維素醚分子的柔韌性較好,對(duì)剪切力具有一定的緩沖能力,因此纖維素醚改性水泥漿的假塑性低于純水泥漿；隨著溫度升高,纖維素醚溶液的粘度會(huì)降低,水泥漿的粘度則因水泥水化加劇而升高,纖維素醚又會(huì)不同程度地抑制水泥水化,纖維素醚改性水泥漿的粘度隨溫度的升高可能增加或降低；水泥漿中,硫酸鈉仍然可以使纖維素醚發(fā)生“鹽析”,從而使纖維素醚失去對(duì)水泥漿的增稠作用。纖維素醚在水泥漿中發(fā)生“

7、鹽析”現(xiàn)象取決于硫酸鈉的在水溶液中的濃度,與纖維素醚和水泥的質(zhì)量比無關(guān)。
　　 (3)非離子纖維素醚改性水泥漿的孔結(jié)構(gòu)
　　 纖維素醚通常增加水泥漿的總孔體積、孔隙率和平均孔徑,但對(duì)總孔面積無明顯影響。纖維素醚通常都能夠增加水泥漿在3.0nm以上的孔數(shù)量,其中對(duì)100-500nm范圍內(nèi)的孔數(shù)量增加的幅度最大；纖維素醚的表面張力越大或粘度越小,其改性水泥漿大于100nm的孔徑數(shù)量越少,30-60nm的孔徑數(shù)量越多,但漿體具

8、有一定的粘度以抑制氣泡上浮和液膜具有一定的強(qiáng)度以抵抗氣泡破裂卻是首要的。纖維素醚對(duì)水泥漿孔徑分布的影響方式是:在大于100nm的孔徑范圍,通過降低漿體的表面張力引入氣泡,并通過增加漿體粘度抑制氣泡上浮,增加液膜強(qiáng)度減少氣泡破裂；在30-60nm區(qū)域則是通過影響更小氣泡的合并而影響該區(qū)孔的數(shù)量。
　　 (4)非離子纖維素醚改性水泥漿的力學(xué)性能
　　 相對(duì)純水泥漿,聚灰比為0.6％的各種纖維素醚改性水泥漿在各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度

9、、抗折強(qiáng)度和壓折比都會(huì)明顯降低,纖維素醚改性水泥漿28d抗壓強(qiáng)度只有純水泥漿的44.3％～71.5％,28d抗折強(qiáng)度只有純水泥漿60.9％～92.2％,28d壓折比為純水泥漿的64.O％～79.1％。不同分子結(jié)構(gòu)的纖維素醚,其改性水泥漿的強(qiáng)度不一樣,強(qiáng)度隨齡期的增加幅度也不一樣。纖維素醚對(duì)水泥漿強(qiáng)度的影響機(jī)理包括:纖維素醚增加水泥漿的孔隙率,降低水泥漿的強(qiáng)度；纖維素醚影響水泥水化動(dòng)力學(xué),影響水泥漿強(qiáng)度的發(fā)展；纖維素醚膜對(duì)水泥漿具有微弱的