水泥和泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附性能研究_杭美艷

1、第34卷第10期硅酸鹽通報(bào)Vol34No102015年10月BULLETIN OF THE CHINESE CEAMICSOCIETYOctober ，2015水泥和泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附性能研究杭美艷，張培育，徐雅麗，李響（內(nèi)蒙古科技大學(xué)，包頭014010）摘要：本文選用水泥、砂中泥和種植泥作為試驗(yàn)研究對(duì)象，利用紫外可見分光光度計(jì)法（UV ），測(cè)定反應(yīng)設(shè)定時(shí)間后的聚羧酸減水劑濃度，研究水泥和泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：聚羧酸減水劑在水泥和泥表面的吸附量隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，最后達(dá)到平衡；聚羧酸減水劑在泥顆粒表面的吸附存在優(yōu)先選擇性和親和性，使得其在泥顆粒表面的吸附速率和吸附量大于水

2、泥；泥種類不同，吸附量大小不同，對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響程度不同；泥的摻入會(huì)大大降低水泥凈漿的流動(dòng)度，增大流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失量，且摻量越大影響越大，因此在工程應(yīng)用中，對(duì)原材料泥含量進(jìn)行控制，降低泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量，對(duì)提高減水劑的減水率，保證混凝土坍落度保留值具有重要意義。關(guān)鍵詞：水泥；泥；聚羧酸減水劑；吸附量；流動(dòng)度中圖分類號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-1625（2015）10-2792-05Adsorption esearchof PolycarboxylateSuperplasticizer on Cement and ClayHANG Mei-yan ，ZHANG Pei-

3、yu ，XU Ya-li ，LI Xiang（Inner Mongolia University of Science and Technology ，Baotou 014010，China ）Abstract ：To research the adsorption of polycarboxylate superplasticizer on cement and clay ，the cement 、sand clay and planting clay are chosen as test subjects ，and the spectrophotometry （UV ）is used to

4、 determine the concentration of polycarboxylate superplasticizer react with cement and clay after a set timeThe results show that ：the adsorption of polycarboxylate superplasticizer on cement and clay increases with time elapsing ，and adsorption amount finally reaches equilibrium ；while adsorption s

5、peed and adsorption amount of polycarboxylate superplasticizer on clay is larger than cement ；different kinds of clay has different adsorption amount and different degrees of negative impact on the cement paste fluidity ；clay incorporation will greatly reduce the fluidity of cement paste ，increase t

6、he amount of loss fluidity with time ，and the larger content of clay the larger negative impactTherefore ，in engineering applications ，controll clay content of the raw materials ，reduce clay adsorption amount of Polycarboxylate ，are important to improve water reduction ，ensure concrete slump retenti

7、onKey words ：cement ；clay ；polycarboxylate superplasticizer ；adsorption amount ；fluidity基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目（S20141012704）作者簡(jiǎn)介：杭美艷（1964-），教授級(jí)高工，碩導(dǎo)主要從事高性能混凝土及固體廢棄物綜合利用方面的研究1引言聚羧酸減水劑在水泥表面的吸附作用，使水泥顆粒在液相中分散，破壞水泥顆粒之間的絮凝結(jié)構(gòu)，釋放水泥顆粒包圍的水，改善新拌混凝土的流變性能1。但是，在預(yù)拌混凝土實(shí)際生產(chǎn)中，泥是骨料中不可避免引入的組分。隨含泥量增長(zhǎng)，其對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量增大，使得

8、“有效減水劑”數(shù)量降低，導(dǎo)致聚羧酸減水劑性能下降，進(jìn)而影響混凝土的工作性能2，3。但泥對(duì)聚羧酸減水劑的不同作用與泥的種類及化學(xué)成分有關(guān)，不同泥對(duì)聚羧酸減水劑性能有不同的影響。因此本文選用水泥、砂中泥1、砂中泥2、種植泥1和種植泥2，不同種類的泥作為研究對(duì)象，對(duì)比研究它們對(duì)聚羧酸減水劑的吸附性能4-6，以及含泥量對(duì)摻聚羧酸水泥凈漿流變性質(zhì)的影響。深入探討水泥、泥對(duì)聚羧酸減水劑吸附性能，為今后減水劑在含泥混凝土中的工程應(yīng)用提供指導(dǎo)和參考。圖1聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)Fig1Molecular structure of polycarboxylate superplasticizer 2試驗(yàn)21原材料水

9、泥：冀東P ·O425，其主要物理力學(xué)性能見表1，化學(xué)成分見表2；水：普通自來(lái)水；符合JGJ63-2006要求；減水劑：包頭鋼鹿建材公司聚羧酸減水劑（醚類），分子結(jié)構(gòu)如圖1，其他性能指標(biāo)符合GB8076-2008；砂中泥：不同廠家砂子中小于008mm 的粉塵，分為砂中泥1、砂中泥2，其化學(xué)成分見表2；種植泥：不同土地中小于008mm 的粉塵，分為種植泥1、種植泥2，其化學(xué)成分見表2。表1水泥主要物理力學(xué)性能Tab1Physical and mechanical properties of cement品種細(xì)度（45m方孔篩）（%）比表面積（m 2/kg）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（%）Setti

10、ng time （min ）Initial Final Flexural strength （MPa ）3d 28d Compressive strength （MPa ）3d 28d 冀東453502661052006090278521表2水泥、泥化學(xué)成分Tab2Chemical composition of cement and clay/%材料品種CaO SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3MgO SO 32O Loss Other 水泥56642360657311243150059377179砂中泥121942671070589024/3773454砂中泥22224358106058

11、7030/3673376種植泥125233441100789085/7833647種植泥227034121109637081/696379522試驗(yàn)方法先稱取30mL 質(zhì)量濃度為5g /L的聚羧酸減水劑倒入100mL 錐形瓶中，然后分別稱取3g 水泥、泥試樣，加入到錐形瓶中，搖拌均勻后置于25 恒溫水浴中，反應(yīng)設(shè)定時(shí)間后，取出適量液體倒入離心管中分離濾液，稱取上層清液，利用UV 測(cè)定其吸附后殘余濃度。然后根據(jù)下式計(jì)算聚羧酸減水劑吸附量：Q =（C 0C ）V M式中：Q 為吸附量（mg /g），C 0為聚羧酸減水劑吸附前濃度（g /L），C 為聚羧酸減水劑吸附后濃度（g /L），V 為溶液體積

12、（mL ），M 為水泥（泥）質(zhì)量（g ）。凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)參照GBT8077-2012混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法進(jìn)行，水膠比為029，聚羧酸減水劑（粉劑）摻量013%。3結(jié)果與討論31吸光度與濃度關(guān)系曲線的確定圖2聚羧酸減水劑溶液吸光度與濃度關(guān)系曲線Fig2Concentration and absorbance curve of polycarboxylate superplasticizer配制已知濃度為002g /L、004g /L、006g /L、008g /L聚羧酸減水劑溶液，添加顯色劑后，先測(cè)定出聚羧酸減水劑的特征吸收波長(zhǎng)為5355nm 。而后根據(jù)在特征吸收波長(zhǎng)下測(cè)定的吸光度與濃度的

13、線性關(guān)系，利用曲線擬合的最小二乘法求得吸光度A 與聚羧酸濃度C （g /L）的擬合曲線方程為A =13035C 0034（如圖2所示）。32聚羧酸減水劑在水泥表面吸附性能試驗(yàn)依據(jù)凈漿流動(dòng)度測(cè)試方法測(cè)定初始、15min 、30min 、45min 、60min 、90min 、120min 時(shí)，摻聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度結(jié)果見圖3；聚羧酸減水劑在粉體表面的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程4，為此根據(jù)UV 法，分別測(cè)定5min 、15min 、30min 、45min 、60min 、90min 、120min 時(shí)聚羧酸減水劑在水泥表面的吸附量，結(jié)果見圖4 。圖3水泥凈漿流動(dòng)度隨時(shí)間變化規(guī)律Fig3L

14、aw of cement paste fluidity changes with time圖4水泥顆粒對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量Fig4Adsorption amount of polycarboxylate superplasticizer at cement particles由圖3可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥凈漿的流動(dòng)度逐漸減小。由圖4可以看出，聚羧酸減水劑在水泥表面的吸附量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，直至趨于平衡。隨時(shí)間的變化，水泥凈漿流動(dòng)度呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)與以下因素有關(guān)：聚羧酸減水劑在水泥表面的吸附，使得分散在漿體中的減水劑分子數(shù)量減少，且隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附量變大，漿體中有效減水劑數(shù)

15、量進(jìn)一步減少，使減水劑減水率降低，進(jìn)而導(dǎo)致漿體的流動(dòng)度變?。浑S時(shí)間的變化，漿體中水的蒸發(fā)，也對(duì)漿體的流動(dòng)度的保持起到降低的作用。33聚羧酸減水劑在不同泥表面的吸附性能有研究表明，聚羧酸減水劑在粉體顆粒表面的吸附量大小與很多因素有關(guān)。為了研究泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附性能，試驗(yàn)保持水膠比不變，分別用5%、10%的泥替代水泥用量，對(duì)比同水膠比下?lián)饺肽鄬?duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3；根據(jù)UV 法，分別測(cè)定聚羧酸減水劑在砂中泥1、砂中泥2、種植泥1和種植泥2表面的吸附量，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。由表3可以看出，在泥摻量為5%時(shí)，水泥凈漿的流動(dòng)度降低，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)，流動(dòng)度逐漸損失。泥摻量由5%升至10%時(shí)

16、，水泥凈漿流動(dòng)度降低，流動(dòng)度損失速率加快。不同種類的泥對(duì)凈漿的流動(dòng)度影響不同，種植泥的影響大于砂中泥對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響，其中種植泥1的影響最大，種植泥2次之，砂中泥1、砂中泥2對(duì)水泥凈漿的影響作用相差不大。表3凈漿流動(dòng)度隨時(shí)間的變化Tab3Cement paste fluidity changes with time編號(hào)泥種類及摻量（%）流動(dòng)度（mm ）10%種植泥21811208060圖5聚羧酸減水劑在不同種泥和水泥表面的吸附量隨時(shí)間變化曲線Fig5Adsorption amount curve of polycarboxylate superpla-sticizer at differen

17、t kinds of clay and cement surface由圖5可以看出，四種泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水泥，其中種植泥1的吸附量最大，達(dá)到722mg /g，種植泥2次之，達(dá)到683mg /g，砂中泥1和砂中泥2對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量相差不大，分別為564mg /g和548mg /g，水泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量最小，為205mg /g。在吸附時(shí)間的45min 內(nèi)，泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附速率遠(yuǎn)大于水泥的吸附速率，且種植泥的吸附速率大于砂中泥。在吸附時(shí)間達(dá)到45min 后，吸附速率降低，時(shí)間達(dá)到60min 時(shí)，五者均達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。減水劑在不同的粉體顆粒表面具有不同的吸附性能，它

18、具有選擇性和不均勻性7。泥和水泥之間、不同的泥之間，其組成成分的不同，減水劑在其表面的吸附存在選擇性、不均勻性，導(dǎo)致它們的吸附速率不同，吸附量不同。在吸附前，聚羧酸減水劑均勻的分散在液相中；而后減水劑開始在水泥和泥表面進(jìn)行吸附，且泥優(yōu)先、大量吸附，其作用機(jī)理如圖6所示。 圖6聚羧酸減水劑在水泥和泥顆粒表面的吸附Fig6Adsorption of polycarboxylate superplasticizer at cement and clay particles聚羧酸減水劑在泥表面的吸附存在的優(yōu)先選擇性和親和性，使得其在泥顆粒表面的吸附速率和吸附量大于水泥。這種優(yōu)先性和親和性在種植泥顆粒表

19、面更為顯著，因此種植泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量最大，對(duì)凈漿的流動(dòng)性影響最顯著。泥對(duì)聚羧酸減水劑較大的吸附速率和吸附量，迅速降低了水泥漿體中的“有效減水劑”數(shù)量，大大削弱了減水劑的分散作用，使得減水劑減水效果降低，進(jìn)而導(dǎo)致流動(dòng)度降低及大的流動(dòng)度損失。因此，在工程應(yīng)用中，對(duì)原材料泥含量進(jìn)行控制，能夠有效降低其對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量，使“有效減水劑”含量保持在較高的水平，確保聚羧酸減水劑在含泥混凝土中的正常有效應(yīng)用。4結(jié)論（1）聚羧酸減水劑在水泥和泥表面的吸附量隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，最后達(dá)到平衡；（2）泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附速率和吸附量遠(yuǎn)大于水泥，泥的摻入會(huì)大大降低水泥凈漿的流動(dòng)度，且摻量越大影響越大；（3）泥種類不同，吸附量大小不同，對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響程度不同；（4）聚羧酸減水劑在泥顆粒表面的吸附存在優(yōu)先選擇性和親和性，它在泥顆粒表面的吸附速率和吸附量大于水泥，因此在工程應(yīng)用中，對(duì)原材料泥含量進(jìn)行控制，降低泥對(duì)聚羧酸減水劑的吸附量，對(duì)提高減水劑的減水率，保證混凝土坍落度保留值具有重要意義。參考文獻(xiàn)1Li C Z ，F(xiàn)eng N Q ，Li Y D ，et alEffe