无碱液体速凝剂的性能研究及其机理探讨

论文摘要

本论文通过试验分析了无碱液体速凝剂的性能,重点研究了其对水泥凝结时间和强度的影响,对水泥的适应性,以及温度对其作用的影响,并分析了速凝剂中硫酸盐含量的变化对水泥凝结时间和强度的影响。利用化学分析的方法,测定了不同龄期速凝剂对水泥水化过程中的液相钙离子浓度、结合水含量和氢氧化钙含量变化影响。采用XRD、SEM等手段分析了不同条件下水泥硬化体的微观结构,初步探讨了速凝剂的作用机理。性能试验研究表明:本无碱液体速凝剂对多种水泥均具有较好的适应性,随着速凝剂掺量的增加,凝结时间显著降低,早期强度增加,后期强度损失较小。掺量为4%时,恒威水泥1天抗压强度增加了15%,28天抗压强度比为96.9%;掺量为5%时,基准水泥1天抗压强度达到了17.2MPa,28天的抗压强度比为109%。且改变了传统速凝剂掺加量大,早期强度低的缺点,并克服了碱性粉状速凝剂所导致的混凝土28天抗压强度严重损失的缺陷。本速凝剂对水泥的凝结性能受温度变化的影响,温度的提高,可以使速凝剂更好的促进水泥的水化。速凝剂中硫酸盐含量的减少,降低了水泥的凝结时间,挺高了水泥的早期强度,改善了速凝剂对水泥凝结性能的影响。化学分析研究表明:本速凝剂的掺加改变了水泥的水化进程,也改变了水化产物的含量,使水泥中的钙离子浓度降低、结合水含量和氢氧化钙的含量增大,与钙离子、结合水相结合的水化产物大量形成,使水泥浆体迅速失去流动性,降低了凝结时间,提高了早期强度,使水泥的水化程度提高。结构分析表明:本速凝剂的掺加,改变了早期水泥浆体中晶体的数量和形貌,由原来的氢氧化钙晶体转变为钙矾石晶体,为短柱状与细针相互交织在一起,这些钙矾石晶体不象常规水化的钙矾石晶体一样从水泥颗粒的表面长出,而是分布在整个水泥硬化浆体内与其它水化产物互相交错地填充在水泥浆体的孔隙中。由于生成大量的钙矾石消耗了大量的Ca2+,所以水泥硬化浆体中的CH量较少。可见掺速凝剂并未改变水化产物的种类,只是使水化产物的数量、位置和形态发生了变化。速凝机理为:速凝剂掺加后,水泥中的石膏以及氢氧化钙迅速反应,钙离子的大量消耗,使得C3S的诱导期缩短或消失,促进了C3S的水化,促进了液相钙离子的消耗,反应中游离水被结合,钙离子和结合水逐渐转化成了水化硅酸钙凝胶和钙矾石,导致液相钙离子浓度降低、结合水含量和氢氧化钙的含量增大,且钙矾石的形貌为短柱状与细针状相结合,独立生长,无任何趋向性,数量较多,随机分布的钙矾石晶体,并形成了空间网络结构,晶体之间搭接紧密,大量的硅酸钙凝胶填充其缝隙之中,使水泥石更加密实,导致水泥水化浆体凝结时间缩短,早期强度增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 喷射混凝土的发展
• 1.2 国内外速凝剂研究的发展现状
• 1.2.1 国外速凝剂研究的发展及现状
• 1.2.2 国内速凝剂研究的发展和现状
• 1.3 速凝剂的速凝机理
• 1.4 各类速凝剂存在的问题及展望
• 1.5 课题研究的内容及意义
• 第二章 实验材料及方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 无碱液体速凝剂
• 2.1.3 化学分析实验试剂及仪器
• 2.2 实验仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 速凝剂的制备
• 2.3.2 试样的制备与养护
• 2.3.3 凝结时间和强度的测定
• 2.3.4 化学分析
• 2.3.5 水化产物及微观结构研究
• 第三章 无碱液体速凝剂性能
• 3.1 对水泥的适应性
• 3.1.1 对水泥凝结时间的影响
• 3.1.2 对水泥强度的影响
• 3.2 温度对速凝剂性能的影响
• 3.2.1 温度对凝结时间的影响
• 3.2.2 温度对强度的影响
• 3.3 硫酸盐的含量对凝结时间和强度的影响
• 3.3.1 硫酸盐含量对水泥凝结时间的影响
• 3.3.2 硫酸盐含量对水泥强度的影响
• 3.4 小结
• 第四章 水泥水化过程的化学分析
• 4.1 不同龄期液相钙离子浓度
• 4.2 不同龄期结合水含量
• 4.3 不同龄期氢氧化钙含量
• 4.4 小结
• 第五章 速凝剂对水泥水化进程的影响
• 5.1 各龄期水化产物分析
• 5.1.1 速凝剂对水泥水化产物的影响
• 5.2 各龄期水化浆体结构特征
• 5.2.1 速凝剂对水泥水化浆体结构的影响
• 5.2.2 对比掺加相同含量速凝剂水泥水化试样的SEM
• 5.2.3 速凝剂中硫酸盐的含量对水泥水化试样微观结构的影响
• 5.3 小结
• 第六章 无碱液体速凝剂作用机理探讨
• 6.1 水泥的水化机理
• 6.1.1 水泥的水化步骤
• 6.1.2 水泥熟料矿物的水化机理
• 6.2 有碱速凝剂和无碱速凝剂速凝机理的差异
• 6.2.1 有碱速凝剂的速凝机理
• 6.2.2 无碱速凝剂的速凝机理
• 6.3 速凝剂的促凝机理
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士期间完成论文
• 致谢