链烷醇胺作用下水泥强度发展与水化机理研究

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链烷醇胺作为水泥助磨剂最主要成分,在提高水泥粉磨效率的同时也能显著影响水泥水化过程和性能。近年来,辅助性胶凝材料得到了广泛运用,它们在降低原料成本、改善水泥基材料性能等方面发挥了重要的作用。但目前关于链烷醇胺的研究主要集中在水泥熟料矿物相水化领域,而链烷醇胺与辅助性胶凝材料之间的相互作用研究不如其与熟料水化研究那样系统。
  本文针对典型链烷醇胺,三乙醇胺(TEA)和三异丙醇胺(TIPA),研究其对水泥、粉煤灰/石灰石粉复合水泥水化过程的影响,揭示TEA和TIPA作用下水泥、粉煤灰/石灰石粉复合水泥的强度发展规律和水化机理。主要研究内容和结果如下:
  ①使用热力学模拟方法,在粉煤灰复合水泥中预测了粉煤灰促进钙矾石(AFt)转变为单硫型水化硫铝酸钙(Ms);在石灰石粉复合水泥中预测了单碳铝酸钙代替Ms的生成,且AFt能稳定不分解;在粉煤灰-石灰石粉复合水泥中预测了粉煤灰能增强石灰石粉的化学反应,增强碳铝酸钙的生成。热力学模拟结果与XRD结果吻合较好,可以较准确地预测复合水泥水化产物的种类和发展。
  ②研究了TEA和TIPA作用下水泥水化机理。结果表明TEA和TIPA可改变水泥早期水化的动力学特征,促进熟料水化和促进AFt向Ms转变。TEA对熟料矿物中间相(C3A/C4AF)水化的促进仅在早期(1d)显著,而TIPA对C4AF的促溶作用可持续至28d;此外,TEA和TIPA作用下,水化3d的浆体中水化硫铝酸盐晶粒尺寸更为粗大,且内部C-S-H凝胶数量减少或完全消失。
  ③通过试验设计(DoE)研究了粉煤灰-石灰石粉复合水泥的强度发展规律。结果表明石灰石粉有利于水泥早期强度的发展,效果优于粉煤灰。粉煤灰对水泥28d强度作用优于石灰石粉。在无外加剂的情况下,粉煤灰与石灰石粉的协同作用效果不明显;在TEA和TIPA作用下,粉煤灰-石灰石粉复合水泥早期强度得到提高,粉煤灰和石灰石粉对复合水泥强度发展表现出协同作用,且TIPA作用下的协同作用明显更强,这意味着TIPA可进一步提高复合水泥中粉煤灰和石灰石粉的掺量而不损失强度。
  ④研究了TEA和TIPA作用下粉煤灰和石灰石粉的协同作用机理。TEA和TIPA在水泥水化早期显著促进C3A/C4AF水化,提高熟料水化程度,不仅形成更多的水化铝酸盐,还产生更多的氢氧化钙与粉煤灰发生火山灰反应。同时,TEA和TIPA的络合作用也可以加速粉煤灰溶解,因此粉煤灰表现出较高的水化活性。此外,粉煤灰溶解出的Al3+进一步增强了石灰石粉的化学作用,生成更多的碳铝酸钙。这些水化产物进一步填充孔隙,优化孔结构,使浆体更密实,使复合水泥强度提高。TIPA效果优于TEA,是因为TIPA可以持续促进C4AF的溶解,推动水泥熟料整体水化,生成更多的氢氧化钙激发粉煤灰的水化活性,以及更多的Al3+与石灰石粉发生反应。因此TIPA可进一步提高粉煤灰和石灰石粉的反应程度。
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