硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥浆体流动性及水化进程的影响

通过自由基聚合法,利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)部分或完全取代聚羧酸减水剂合成过程中的丙烯酸(AA)单体,合成了硅烷改性聚羧酸减水剂。研究了硅烷改性聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为以及对水泥浆体分散性能的影响,并研究了硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥水化进程的影响。结果表明:硅烷部分取代丙烯酸可提高聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量,提高了水泥浆体流动度;相对于传统聚羧酸减水剂,可更大程度延缓水泥水化进程,但可提高水泥3 d水化程度;而硅烷全部取代丙烯酸,聚羧酸减水剂对水泥吸附、分散性能下降,对水泥水化延缓程度增强,对水泥水化程度无提高效果。     

外加剂添加时间对水泥浆体吸附和分散性能的影响

通过分析外加剂添加时间对水泥浆体吸附、Zeta电位、流动度的影响及其相互关系,研究了萘系高效减水剂和聚羧酸系高效减水剂对普通硅酸盐水泥浆体吸附及分散性能的影响.结果表明:随减水剂添加时间的延迟,水泥颗粒对萘系减水剂和聚羧酸减水剂的吸附量均急剧降低至趋于平缓;减水剂添加时间对水泥浆体吸附、电位与流动度之间关系的影响不同,随着添加时间的延长,减水剂吸附量降低、电位绝对值减小;萘系高效减水剂最佳掺加时间为加水后10 min左右,此时水泥颗粒对减水剂分子的吸附量偏低,对应的水泥浆体达到最佳的流动度;聚羧酸系高效减水剂与水同掺时吸附量最大,对应水泥浆体的流动度也最大.     

硫酸盐对聚羧酸减水剂分散性能的影响

研究了硫酸盐类型及含量对掺有聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度、砂浆扩展度的影响,以及对浆体粘度和浆体液相溶液表面张力的影响.研究表明:易溶性硫酸盐K2SO4、Na2SO4对水泥浆体分散性能的负面影响比二水石膏大,但有适量易溶性硫酸盐存在时,SO2-4快速溶解于浆体液相溶液中,减少水泥颗粒和水化产物对聚羧酸减水剂分子的包裹和消耗,降低液相溶液表面张力,增加表面活性,提高微引气作用,有利于提高聚羧酸减水剂的分散性.     

醚型聚羧酸减水剂的作用机理研究

通过红外光谱、吸附量、ζ电位和表面张力等测定研究了醚型聚羧酸减水剂的作用机理。结果表明,该减水剂的作用机理主要是由于其化学吸附使水泥粒子表面形成了厚的水化膜,因而产生强的立体斥力而产生分散作用。同时,该减水剂具有较高的表面活性,这有利于减水剂水溶液对水泥表面的润湿和渗透,因而有利于减水剂在水泥表面的吸附。     

碱金属硫酸盐与减水剂对水泥浆体抗泌水能力的影响

通过测量水泥浆体的zeta电位,研究了碱金属硫酸盐对掺有萘系或聚羧酸减水剂的水泥浆体内自由溶液量的影响规律,以及碱金属硫酸盐和减水剂掺量对水泥浆体的保水能力和水泥颗粒之间作用力的影响,并讨论了浆体抗泌水能力变化的机理。结果表明:萘系减水剂和聚羧酸减水剂的加入都会降低浆体的自由溶液量,增加浆体保水能力;但在超过饱和掺量后,萘系减水剂会引起浆体内部吸附水量降低,对浆体产生不利影响,聚羧酸减水剂则没有类似作用。当水泥浆体中掺入碱金属硫酸盐时,聚羧酸减水剂受到的影响要显著小于萘系减水剂。在掺有减水剂的水泥浆体中,掺入适量的碱金属硫酸盐可以提高浆体的保水能力,降低泌水风险。萘系减水剂对应的碱金属硫酸盐最佳掺量约为2.7%SO3当量,聚羧酸减水剂则为2.5%SO3当量。碱金属硫酸盐通过快速溶出硫酸根离子,影响水泥颗粒表面电荷特性,进而影响浆体的抗泌水能力;溶解速率较慢的二水石膏没有类似作用。     

分子量及其分布对聚羧酸减水剂吸附行为的影响

从分子量及其分布角度研究聚羧酸系减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为,分析了聚羧酸减水剂的吸附行为对其分散性、保坍性的影响.结果表明:平均分子量较高的减水剂在水泥表面的吸附量较高,减水剂分子中的高分子量部分优先吸附在水泥颗粒表面;对于同一减水剂,随其在水泥表面的吸附量增加,浆体的流动度增加,两者之间呈正相关性;而对于不同减水...     

磷酸盐与聚羧酸减水剂竞争吸附机理

本文通过ICP测定三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸钠在水泥颗粒表面的吸附量,采用TOC分析了水泥颗粒表面对聚羧酸减水剂吸附量的影响规律,同时结合水化热、XRD及水泥浆体流动性的经时变化,研究了磷酸盐与聚羧酸减水剂共同作用下普通硅酸盐水泥的水化历程。结果表明:磷酸盐和聚羧酸减水剂复合体系中,一方面,磷酸盐、聚羧酸减水剂被吸附在未水化水泥颗粒表面,磷酸盐与聚羧酸减水剂之间存在竞争吸附,造成总吸附量减少,但吸附层厚度增加,显著影响减水剂分散性。另一方面,由于吸附层的存在而阻止自由水分子靠近,抑制水泥水化,延缓了放热峰,阻碍了水化反应。在水化的最初阶段,由于磷酸盐的缓凝作用,使得水化过程中自由水和聚羧酸减水剂的消耗减慢,缓凝效果为六偏磷酸钠三聚磷酸钠磷酸二氢钠磷酸钠。随着吸附时间的延长,在磷酸盐与聚羧酸减水剂二元体系中,由于竞争吸附造成对PC的吸附量低于单独聚羧酸减水剂体系的现象得到改善,研究结果可为磷酸盐与聚羧酸减水剂的相容性研究提供参考。     

水泥和黏土矿物对不同减水剂的吸附特性

采用有机碳测定仪和紫外分光光度计,分别研究了聚羧酸减水剂、萘系减水剂和木质素磺酸钠在水泥、高岭土和蒙脱石颗粒表面的吸附特性,并对掺高岭土和蒙脱石的水泥净浆的流动度和黏度进行了测试,用三维视频显微镜观察了三种颗粒的形貌特征。结果表明:水泥、高岭土和蒙脱石对不同减水剂的吸附量不同;水泥比高岭土和蒙脱石对萘系减水剂的吸附量大,高岭土和蒙脱石比水泥对聚羧酸和木质素磺酸钠减水剂的吸附量大;水泥和高岭土颗粒表面较平滑,蒙脱石表面较粗糙;在掺入不同减水剂的水泥浆体中,蒙脱石和高岭土的掺入都会降低浆体流动度,提高浆体黏度,并且蒙脱石的影响更大。     

硫酸盐对聚羧酸减水剂吸附量及吸附动力学的影响

在研究聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量、吸附速率的基础上,运用不同吸附动力学模型对试验结果进行拟合。吸附量测试结果表明:掺0.5%、1.0%Na2SO4会显著降低聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量,但掺0.1%、0.2%的Na2SO4有利于聚羧酸减水剂的吸附;CaSO4·2H2O对聚羧酸减水剂的吸附量影响不显著。吸附速率测试及拟合结果表明:硫酸盐对聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面吸附动力学的影响规律符合Langmuir准二级吸附动力学模型,Na2SO4通过改变聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的准二级吸附速率常数影响聚羧酸减水剂吸附达到平衡的时间,0.2%、1.0%掺量的Na2SO4均延迟了聚羧酸减水剂达到吸附平衡的时间。掺0.2%Na2SO4使准二级吸附速率常数较不掺硫酸盐时有所提高;掺1.0%Na2SO4的准二级吸附速率常数较不掺硫酸盐时大大降低;CaSO4·2H2O对准二级吸附速率常数的影响较Na2SO4要小。     

蒙脱石对聚羧酸减水剂的层间吸附特性

为了研究集料中泥土的矿物组成对聚羧酸减水剂的吸附性能,采用总有机碳测定仪测定了水泥以及蒙脱石、伊利石、高岭石对浓度为4g/L的聚羧酸减水剂溶液中聚羧酸减水剂的吸附量。结果表明：蒙脱石对聚羧酸减水剂的吸附量最大,约为水泥颗粒的3倍,伊利石和高岭石的吸附量也比水泥颗粒略大。并对吸附了聚羧酸减水剂的蒙脱石进行热重、Fourier 红外光谱、X 射线衍射分析,测定了其所含的有机官能团以及层间距变化,结果表明聚羧酸减水剂吸附进入了蒙脱石的层间,这是造成其吸附量大于其他矿物的主要原因。     

关于水泥与超塑化剂相适应性的几个问题

从水泥化学角度讨论了预拌混凝土的经与超塑化剂相适应性的几个问题。超塑化剂主要是大量吸附在水泥颗粒表面的水化产物上而不是吸附在未水化水泥颗粒表面。水泥与超塑化剂相适应性不好主要是水泥化产物吸附大量的超塑化剂所致。凡是加速水泥初期水化的因素，特别是使水泥凝结加速的因素如Ｃ，Ａ含量过高、ＳＯ３掺量过少、碱含量高以及掺入内比表面积大的火山灰质混合材等均使水泥与超塑化剂的相适应性变差。据此，提出了生产与超塑     

高效减水剂在水泥颗粒表面的吸附

采用X射线荧光光谱方法(XRF)研究萘磺酸钠聚合物(PNS)高效减水剂在水泥颗粒表面的吸附。分析认为PNS中硫(S)元素含量是确定的，水化初期其它成分溶入水泥浆液相中的含S离子的变化情况也可以测定，且制定XRF标准曲线所需含S标准样品选取方便，因此S元素是合理的标定元素。从水泥浆体中分离出液相是XRF方法关键的步骤，测试数据表明过滤(抽滤)对XRF结果的误差影响不大。在此基础上，用XRF分析从水泥浆分离出的溶液中S元素的含量，进而计算PNS吸附结果。该结果与其他研究人员采用其它方法所得的研究结果相近。同时发现PNS高效减水剂在水泥颗粒表面吸附形态不是单分子层，而是其它形态。     

Effect of molecular weight of sulfanilic acid-phenol-formaldehyde condensate on the properties of cementitious system

The effect of the molecular weight of sulfanilic acid-phenol-formaldehyde condensate (SPF) on the properties of cementitious system was investigated. It is found that SPF with the molecular weight of 35,000 Dalton (Da) gives a good adsorption capacity on the surface of the cement particles, hence a larger zeta potential to cement particles and a good fluidity to the cement paste. In addition, this fraction has a high chelating capacity to calcium in the cement slurry, causing a long retardation of the cementitious system. However, the fractions of a high molecular weight (42,000 Da, and 45,000 Da) exhibit lower bleed water as a percentage of total mix water (BWP). It can be deduced that there is an ideal molecular weight for the best performances of the superplasticizer investigated, which can be used for optimizing the technical parameters in the preparation.     

减缩型聚羧酸减水剂提高混凝土早期抗裂性的作用研究

减缩型聚羧酸减水剂(SRPC)是一类兼具减缩与减水双重作用的新型混凝土外加剂,它对混凝土早期抗裂性的作用将影响其在工程中的应用。本文利用平板抗裂试验对比测试了掺SRPC、聚羧酸减水剂(PCE)及小分子减缩剂(SRA)的混凝土早期抗裂性,并通过对表面张力、收缩率、孔结构、水化热等参数的分析,讨论了SRPC影响混凝土抗裂性的作用机理。试验结果表明,尽管SRPC在掺量0.15%(质量分数)下的减缩效果弱于掺量1.5%(质量分数)的SRA,但SRPC表现出更佳的早期抗裂性能。机理分析表明,SRPC除了与SRA都是通过降低孔溶液表面张力及改变毛细孔结构从而减少混凝土的收缩外,还通过延缓水泥水化速率、降低早期水化放热量、抑制混凝土中水分蒸发等作用,改善混凝土的早期抗裂性。     

聚醚型聚羧酸减水剂的合成和表征及对水泥的微观作用机制

本文以聚醚、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯为原料,通过自由基聚合法合成了聚羧酸减水剂JS-PCE和BT-PCE。通过正交优化所得的JS-PCE合成条件为:聚合温度25 ℃,抗坏血酸-巯基丙酸混液、丙烯酸滴加时间分别为3 h、2.5 h,酸醚物质的量比为4.25∶1,引发剂加量为聚醚质量的1.10%。添加JS-PCE的水泥净浆流动度达230 mm,表现出较好的流动性。采用界面化学及电化学等方法探究了减水剂对水泥的微观作用机制,结果表明聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面存在饱和吸附量,其与水泥颗粒存在强吸附作用,因此产生分散和减水作用。流变行为分析得出JS-PCE和BT-PCE的最佳折固掺量分别为0.3%、0.4%。     

The fluidity of fly ash-cement paste containing naphthalene sulfonate superplasticizer

The zeta potential measurement indicated that the surface potential of fly ash was different from ordinary Portland cement (OPC) in both sign and value. Hence, the Derjaguin-Landau-Verway-Overbeek (DLVO) theory for dispersion-flocculation of heterogeneous particles with different surface potentials was applied to explain the influence of fly ash on the rheology of cement paste containing naphthalene sulfonate superplasticizer. For the fly ash-cement paste without superplasticizer, the sign of zeta potential of fly ash was different from OPC. Thus, the extent of the potential energy barrier between particles was small or even showed negative value, and the change in the rheology of the fly ash-cement paste was mainly dependent on the bulk solid volume of fly ash, which was related to available free water for fluidizing paste. For the fly ash-cement paste with naphthalene sulfonate superplasticizer, fly ash and cement had the same sign and dispersed well due to higher potential barrier. The extent of potential energy barrier depended on the absolute value of surface potential, which was represented by a function of the amount of adsorbed superplasticizer. The bulk solid volume of fly ash also affected the change in flow ability, but the effect of potential energy barrier between particles was superior to that of the bulk solid volume of fly ash.     

硅烷改性聚羧酸减水剂-Na2SO4-水泥体系分散及流变性能的研究

采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570),丙烯酸(AA)以及甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)单体,通过自由基聚合法合成了硅烷改性聚羧酸减水剂(SPC).试验研究了引入硅烷官能团后,减水剂分子成分、电荷密度以及对Na2SO4-水泥体系分散及流变性能的影响规律.研究结果表明,在SPC红外特征峰中发现了Si-O的伸缩振动峰,说明SPC成功引入硅烷官能团;电荷密度测试表明,PC比SPC具有较高的-COO-含量;通过分散性能、流变性能及吸附量测试,表明与PC相比,SPC能够通过≡Si-OH与水泥颗粒表面的-OH发生化学缩合反应,提高减水剂分子在Na2SO4-水泥体系中对水泥颗粒表面的吸附能力,降低屈服应力和塑性粘度,从而提高减水剂对水泥浆体的分散及流变性能.     

超细矿渣粉与硅灰对水泥基注浆材料性能影响机理分析

为提高工业废渣的综合利用率,研制出一种绿色环保高性能的注浆材料。选用超细矿渣粉(UFS)和硅灰(SF)替代一定量的水泥,通过正交试验和极差分析法系统地研究了在不同水灰比下掺入不同含量的超细矿渣粉、硅灰以及聚羧酸减水剂(PCE)对注浆材料性能的影响,并对优化后的浆液和纯水泥浆液进行了性能对比及微观试验。结果表明:当超细矿渣粉质量分数从18%增大到20%时,可以增强浆液流动性能,硅灰可以提高结石体抗压强度并减小浆液泌水率,聚羧酸减水剂对降低浆液黏度具有显著效果;以28 d抗压强度和黏度为主要指标,得到浆液的较优配比为水灰比0.70、超细矿渣粉掺量20%(质量分数)、硅灰掺量12%(质量分数)、聚羧酸减水剂掺量0.16%(质量分数)。优化后的浆液泌水率、抗压强度及抗折强度均优于纯水泥浆液。掺入超细矿渣粉和硅灰后,浆液内部生成了钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)等凝胶,填充了颗粒间的孔隙,使优化后的浆液结石体强度增大。     

The influence of sulfomethyl phenol formaldehyde resin (SMP) on cementing slurry

The poor compatibility between drilling fluid additives and cementing slurry can lead to downhole accidents and inferior cementing quality. Therefore, this paper intends to study on the influence of sulfomethyl phenol formaldehyde resin (SMP) on cement slurry. This paper studies the influence of SMP on the rheological property, thickening time, aggregate stability of cement slurry, and compressive strength of cement stone, and studies the influence of SMP on the concentration of metal ions of cement slurry. And this paper analyzes the influence of SMP on the microstructure of cement slurry via vacuum freeze-dry technology of liquefied nitrogen combined with environmental scanning electron microscope. Finally draw the conclusions: SMP and metal ions with high valence (Fe³⁺, etc.) set off complexation reaction in cement slurry, which increases the molecular weight of complex compound adsorbed on the surface of the cement particles. Meanwhile, Zeta potential is decreased after SMP is added to cement slurry, and the cement slurry becomes thickened as the particles move from agglomeration and diffusion equilibrium towards aggregation direction. After SMP and metal ions with high valence (Fe³⁺,?…?etc.) set off the complexation reaction in cement slurry, a dense “film” is formed on the surface of the particles to prevent cement particles from contacting free water, which will reduce the hydration rate of cement particles, increase the thickening time of cement slurry, and reduce the compressive strength of the cement stone to only two-fifth of the compressive strength of cement stone with original formula.     

聚羧酸系高效减水剂的制备及其性能研究

以聚乙二醇甲基醚(MPEG)、甲基丙烯酸(MAA)、烯丙基磺酸钠(SAS)和过硫酸铵(APS)等单体为原料合成一种聚羧酸高效减水剂,研究了引发剂、链转移剂、单体等因素对水泥净浆流动度的影响,分析了不同减水剂溶液浓度与表面张力的相互关系;研究表明当引发剂用量为单体质量的5％,链转移剂为0.3％,SAS为15％,MAA/MPEG物质的量比为8时,减水剂对水泥的分散性和保塑性较好,对不同水泥具有良好的适应性.