表面活性剂在碱矿渣系统中的作用研究

论文摘要

碱矿渣水泥是用碱金属的碱性化合物激发矿渣形成的胶凝材料。碱矿渣混凝土具有优良物理力学性能和耐久性能,是节能、利废、环保的绿色建筑材料。随着研究的不断深入,碱矿渣水泥与混凝土水化理论日趋成熟,其凝结时间控制的难题和发生碱集料反应疑虑在19世纪80～90年代得到系统研究并取得突破。通常水胶比条件下,碱矿渣混凝土拌合物粘度大,施工较困难,难以适应现代施工技术的发展,并且成为制约碱矿渣水泥及混凝土应用发展的关键技术。掺用表面活性剂是解决上述问题的重要技术途径之一,但是迄今为止,对表面活性剂在碱矿渣水泥及混凝土中作用机理的系统研究较少。表面活性剂在碱矿渣水泥及混凝土的作用机理研究是确立适合碱矿渣水泥这一特殊胶凝材料专用塑化剂的重要理论基础,对促进其应用具有深远意义。本文通过吸附量试验、动电电位（ζ电位）试验、水泥净浆流动度试验、水泥凝结时间试验、分子结构稳定性试验,分析了表面活性剂品种、掺量、激发剂品种、掺量等对表面活性剂在矿渣表面的吸附量、矿渣颗粒动电电位及表面活性剂分子结构变化的影响以及对碱矿渣净浆流动性、强度和凝结时间的影响。以此对表面活性剂在碱矿渣水泥系统中的作用机理进行研究。结果表明:①在碱矿渣水泥系统中,矿渣颗粒对萘系和木钙两种表面活性剂的吸附量随系统碱浓度（氧化钠当量）升高而降低;水玻璃模数对矿渣颗粒对表面活性剂的吸附量的影响为,当水玻璃模数在1.0到2.0范围内时,水玻璃模数越高,表面活性剂在矿渣颗粒表面的吸附量越小。②水玻璃中硅酸根对碱矿渣系统动电电位能够产生影响,氧化钠当量相同时,矿渣-水玻璃-水系统的ζ电位绝对值高于矿渣-NaOH-水系统ζ电位绝对值;碱浓度对碱矿渣系统动电电位的影响为,氧化钠当量越高,系统ζ电位绝对值越大,ζ电位绝对值随时间推移下降越快;在碱组分为NaOH的碱矿渣水泥系统中,掺入试验选用的五种表面活性剂,能够明显增加系统动电电位绝对值;在碱组分为水玻璃的碱矿渣系统中掺入表面活性剂,系统ζ电位变化不大。③木质素磺酸钙、萘系和十二烷基苯磺酸钠三种表面活性剂在氧化钠当量为4%的NaOH溶液中能够稳定存在。氨基磺酸盐系和聚羧酸表面活性剂在氧化钠当量为4%的NaOH溶液中分子结构遭到了破坏。表面活性剂分子结构中除苯环外其余官能团在氧化钠当量为4%、模数为1.5的水玻璃系统中都遭到了破坏。④木质素磺酸钙、萘系和氨基磺酸盐系表面活性剂对碱组分为NaOH碱矿渣水泥净浆流动度有明显的改善作用,对碱组分为水玻璃的碱矿渣水泥系统水泥浆体流动度毫无改善作用。⑤在碱组分为NaOH的碱矿渣水泥系统中,掺入木钙表面活性剂、氨基磺酸盐系表面活性剂、聚羧酸表面活性剂和十二烷基苯磺酸钠表面活性剂均能使碱矿渣水泥强度增加;萘系表面活性剂的掺入虽然降低了水胶比,但也降低了浆体强度。⑥在碱组分为NaOH的碱矿渣系统中,掺入木钙和聚羧酸两种表面活性剂,碱矿渣水泥的初凝和终凝时间均有较大幅度延长;研究选择的表面活性剂对水玻璃为碱组分的碱矿渣水泥凝结时间影响较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 引言
• 1.1 碱矿渣水泥的发展历程及应用状况
• 1.2 碱矿渣水泥水化的物理化学基础
• 1.2.1 矿渣的形成、组成和结构
• 1.2.2 碱矿渣水化机理
• 1.2.3 碱矿渣水化产物
• 1.3 表面活性剂剂在胶凝材料系统中作用原理及应用
• 1.3.1 表面活性剂在水泥系统中作用原理
• 1.3.2 表面活性剂在水泥混凝土中的应用现状
• 1.3.3 表面活性剂在碱矿渣混凝土中的研究进展
• 1.4 本课题的提出
• 2 原材料及试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 矿渣
• 2.1.2 激发剂
• 2.1.3 表面活性剂
• 2.1.4 水
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 表面活性剂吸附量试验
• 2.2.2 ζ电位测试方法
• 2.2.3 表面活性剂分子结构稳定性试验
• 2.2.4 碱矿渣水泥净浆流动度试验
• 2.2.5 碱矿渣水泥标准稠度用水量的测试方法
• 2.2.6 碱矿渣水泥凝结时间的测试方法
• 3 表面活性剂在碱矿渣水泥系统中的表面化学作用
• 3.1 表面活性剂在碱矿渣水泥系统中的吸附
• 3.1.1 试验配比和结果
• 3.1.2 表面活性剂在矿渣和水泥颗粒表面的等温吸附曲线
• 3.1.3 不同碱组分对表面活性剂在矿渣颗粒表面吸附量的影响
• 3.2 表面活性剂对碱矿渣水泥系统 ζ 电位的影响
• 3.2.1 试验配比和结果
• 3.2.2 矿渣在不同溶液中的ζ电位
• 3.2.3 表面活性剂-NaOH-矿渣-水系统中矿渣颗粒ζ电位
• 3.2.4 表面活性剂-水玻璃-矿渣-水系统中矿渣颗粒ζ电位
• 3.2.5 矿渣ζ电位的经时变化
• 3.3 表面活性剂在碱矿渣水泥系统中的分子结构稳定性
• 3.3.1 试验配比
• 3.3.2 木钙在碱矿渣系统中的分子结构稳定性
• 3.3.3 萘系在碱矿渣系统中的分子结构稳定性
• 3.3.4 氨基磺酸盐在碱矿渣系统中的分子结构稳定性
• 3.3.5 聚羧酸在碱矿渣系统中的分子结构稳定性
• 3.3.6 十二烷基苯磺酸钠在碱矿渣系统中的分子结构稳定性
• 3.4 本章小结
• 4 表面活性剂对碱矿渣水泥浆体性能的影响
• 4.1 表面活性剂对碱矿渣水泥净浆流动度的影响
• 4.1.1 表面活性剂种类及掺量对NaOH-矿渣-水系统流动性的影响
• 4.1.2 表面活性剂种类及掺量对水玻璃-矿渣-水系统流动性的影响
• 4.2 表面活性剂对碱矿渣水泥净浆强度的影响
• 4.2.1 试验配比和结果
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 表面活性剂对碱矿渣水泥凝结时间的影响
• 4.3.1 试验配比和结果
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录