铝酸盐水泥研究毕业论文.doc

铝酸盐水泥研究毕业论文目 录1绪论41.1铝酸盐水泥的研究背景41.1.1铝酸盐水泥的发展历史41.1.2铝酸盐水泥的属性及特点41.1.3铝酸盐水泥的应用现状61.1.4铝酸盐水泥的研究现状61.2外加剂在铝酸盐水泥中的研究背景71.2.1促凝剂71.2.2早强剂81.2.3减水剂81.2.4其他外加剂91.3课题的提出及研究内容91.3.1课题的提出91.3.2课题研究内容102试验112.1试验原料112.2试验方法112.2.1水泥净浆流动度测定112.2.2凝结时间测定122.2.3胶砂强度测定122.2.4水泥水化颗粒表面对高效减水剂和促凝剂吸附量测定133试验结果143.1水泥净浆流动度测定结果分析143.2凝结时间测定结果分析183.3水泥胶砂强度试验结果分析233.4吸附量测定结果分析264结论29参考文献30致谢32301绪论1.1铝酸盐水泥的研究背景1.1.1铝酸盐水泥的发展历史铝酸盐水泥是一种以铝酸钙盐为主要矿物组成的水硬性水泥，属特种水泥，它与普通硅酸盐水泥相比，具有快硬早强、耐火、耐硫酸盐侵蚀等特点，已被广泛用作耐火浇注料结合剂和化学建材。 铝酸盐水泥首先由法国Laafrge公司开发成商品，至今已有近100年的历史，在第一、第二次世界大战期间，用来修筑军事设施，取得了明显效果，这是利用其早强特性的实例。二次大战以后，世界各国工业蓬勃发展，特别是钢铁业的发展，带动了耐火材料工业的技术进步，不定型耐火材料由此诞生并发展，以铝酸盐水泥为结合剂的水硬型耐火浇注料，在市场竞争中一直占有重要位置1。 中国铝酸盐水泥从五十年代开始研究和发展，并在1968年左右开始大范围推广应用。充分利用我国矾土的特点，用回转窑烧结法生产。随着耐火浇注料的发展，我国铝酸盐水泥的品种、质量也发生了质的飞跃2。总的来说，铝酸钙水泥品种的发展是随着使用温度的提高、使用条件的苛刻而进行的，总的趋势是降低CaO含量，提高A12O3含量，提高纯度方面，由此，它经历了由富水泥用量的传统浇注料发展为低水泥和超低水泥浇注料的过程，浇注料的技术进步，刺激着铝酸盐水泥的技术进步。随着市场经济发展，各铝酸盐水泥生产厂家也都迈开技术进步的步伐，在竞争中前进。1.1.2铝酸盐水泥的属性及特点(1)铝酸盐水泥的化学成分铝酸盐水泥主要由Al2O3与CaO组成，同时还会含有一定量的SiO2和Fe2O3以及少量的MgO、TiO2、SO2、K2O和Na2O等成分。由于原料和生产方法的不同，Al2O3的含量在3580%之间。Al2O3是保证生成铝酸盐矿物的基本成分。当Al2O3含量过低时，熟料中将出现C12A7，使水泥快凝，并且强度下降；反之当Al2O3含量过高时，熟料中形成过多的CA2，使早期强度下降；CaO也是保证生成铝酸盐矿物的基本成分。当CaO含量过高时，易形成C12A7，反之当CaO含量过低，会形成大量的CA2；熟料中SiO2含量一般不宜超过10%，因当其含量增加时，C2AS相应增加。SiO2含量在4%5%时，能促使生料更均匀烧结并加速矿物形成。Fe2O3形成胶凝性能极弱的C2F、CF，会降低水泥的强度，因此含量不宜过高3。(2)铝酸盐水泥的矿物组成 铝酸盐水泥的矿物组成主要包括：铝酸一钙(CaOAl2O3，简写CA)、二铝酸一钙(CaO2Al2O3，简写CA2)、七铝酸十二钙(12CaO7Al2O3，简写C12A7)、铝方柱石(2CaOAl2O3SiO2，简写C2AS)和-硅酸二钙(-2CaOSiO2，简写-C2S)4。CA是铝酸盐水泥中的主要矿物，具有很高的水硬活性，其特点是凝结正常，硬化迅速，是铝酸盐水泥强度的主要来源。但含量过高，强度发展主要集中在早期。CA的结晶形状与煅烧方法、冷却条件等因素有关。烧结法所得CA多为矩形或不规则板状，粒径510m，密度2.98g/cm3；CA2水化硬化较慢，早期强度低，但后期强度不断提高。CA2若过多，将影响铝酸盐水泥的快硬性能，但水泥的耐热性能可以得到提高。烧结法时CA2通常呈粒状晶体，粒径1020m，密度为2.90g/cm3。优质的铝酸盐水泥，其矿物组成一般以CA和CA2为主；C12A7晶体结构中铝和钙的配位极不规则，结构具有大量空洞，使其水化极快，凝结迅速，但强度不高5。因此水泥中含有较多的C12A7时，会出现快凝，强度降低，耐热性下降；C2AS在铝酸盐水泥中，由于其晶格内离子配位很对称，因此胶凝性能很差，通常呈长方、正方、板状和不规则形状，一般情况下分布比较均匀；CA6为惰性矿物，没有水硬性，但含有矿物CA6后，水泥的耐热性提高。(3)铝酸盐水泥的水化铝酸盐水泥的水化过程分为三个阶段：溶解、成核和析出沉淀过程。第一阶段，溶解：水泥在水溶液中溶解，接着由于水泥颗粒表面的羟基化的反应而释放出钙离子和铝离子，这时会产生少量的凝胶状的水化产物，随着溶解反应的继续进行，钙离子和铝离子的浓度增加直到达到其在水溶液中的饱和浓度； 第二阶段，成核：在溶解结束后，整个反应就进入了以获得晶体尺寸和数量为主的成核过程； 第三阶段，析出沉淀：成核过程结束，会发生较为迅速和剧烈的水化产物的析出沉淀过程。从物理学角度来看，这个过程也可以概括为水化形成的大量水化产物互锁或结合在一起从而提供机械强度的过程。而此水化反应的动力就是来自于形成的水化产物的溶解能力低于尚未水化的水泥颗粒的溶解能力6。 硅酸盐水泥水化是从水泥颗粒的外部开始，逐渐向内部发展，因此已经水化的矿物会在未水化的颗粒表面形成一层坚硬的壳，阻止水与颗粒内部的水泥接触，使水化不能正常进行，必须冲破这层坚硬的壳的阻碍之后，新的水化反应才能开始，这也是为什么硅酸盐水泥的水化速度相对较慢的原因。而铝酸盐水泥的水化过程与硅酸盐水泥水化过程的最大不同在于，铝酸盐水泥的水化过程是伴随着CA的溶解同时进行的，不存在像硅酸盐水泥那样的阻碍壳，因此铝酸盐水泥的水化速度非常得快。 CA是铝酸盐水泥的主要矿物，铝酸盐水泥的水化在很大程度上取决于CA的水化以及水化产物的结晶状况，晶体结构中铝和钙的配位极不规则，水化速度极快。CA2水化速度较慢，C12A7晶体结构中铝和钙的配位极不规则，结构具有大量空洞，使其水化极快，凝结迅速，但强度不高7。1.1.3铝酸盐水泥的应用现状由于铝酸盐水泥凝结硬化速度快，1d强度可达最高强度的80%以上，故广泛应用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等；铝酸盐水泥水化热大，且放热量集中，1d内放出的水化热为总量的70%80%，使混凝土内部温度上升较高，即使在-10下施工，铝酸盐水泥也能很快凝结硬化，可用于冬季施工的工程；铝酸盐水泥在普通硬化条件下，由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙，且密实度较大，因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用；铝酸盐水泥具有较高的耐热性，如采用耐火粗细骨料(如铬铁矿等)可制成使用温度达13001400的耐热混凝土8。 但铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势，长期强度约降低40%50%左右，因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的工程中，它只适用于紧急军事工程(筑路、桥)、抢修工程(堵漏等)、临时性工程，以及配制耐热混凝土等。另外，铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂，甚至破坏。因此施工时除不得与石灰或硅酸盐水泥混合外，也不得与未硬化的硅酸盐水泥接触使用。利用铝酸盐水泥硬化快、早期强度高、在CaSO4的作用下水化形成钙矾石的特点，可以派生出许多不同品种、不同用途的水泥。如加入适量的石膏，可以生产用作防渗漏的石膏膨胀水泥、铝酸钙膨胀剂、混凝土自应力压力管所用的铝酸盐自应力水泥、用来矿山充填和煤矿巷旁执护的高水速凝固结充填材料、在建筑工程上应用的硫铝酸盐水泥，以及利用该产品Al2O3高的特点可用做化工触媒；近年来国家加大对环保的管理力度，利用铝酸盐水泥加入适量的硫酸(H2SO4)可用做造纸行业污水治理的铝酸钙净水剂；同时利用该产品熔点温度低、粘度小、流动度好的特点，在大型钢铁企业钢液精炼中，可用于吸附钢液中的夹杂，是一种极好的炼钢脱硫造渣剂。此外，铝酸盐水泥在国外较大量用作房屋内装修的瓷砖粘结剂、瓷砖灰泥、快速施工地板材料、地板平整材料、密封材料、基础砂浆、修补砂浆等9。目前，铝酸盐水泥广泛用于钢铁、石油、化工、水泥、电力等行业。以钢铁行业为例，我国年产1.5亿吨钢以上，按目前的先进水平每吨钢消耗30kg耐火材料计算，年需耐火材料约450万吨以上，按5%的铝酸盐水泥做粘结剂，仅钢铁行业大约需20万吨铝酸盐水泥。用于冶金、石油、化工、电力、建材等行业工业窑炉作高温耐火材料结合剂的铝酸盐水泥，今后的年需求量将在3550万吨。铝酸盐水泥在我国将会有20年的稳定发展期。在国际市场上，由于许多发达国家受资源和环境的限制，该产品也将有广泛的市场。1.1.4铝酸盐水泥的研究现状 随着我国对外经济的开放，在与国外同行进行的生产技术交流中，获悉烧结法铝酸盐水泥料球窑外加热技术。通过消化吸收和改进国外技术，于2001年6月成功完成了“微晶种、预成球、窑外加热新工艺”技术改造项目，并将窑型改造为3.3m/2.5m/3.3m57m。至此已完全形成了具有中国特色的烧结法铝酸盐水泥生产技术10。 回转窑烧结法铝酸盐水泥新工艺技术的开发应用，对于产品质量的提高和性能的改善有了较大的突破。主要体现在以下几个方面： (1)采用微晶种和预热技术使生料成球率高、机械冲击破碎和高温爆球率较低，为料球充分预热和回转窑内的烧结提供了良好的条件。 (2)微晶种的诱导结晶作用，促进了熟料矿物晶体的成核和晶形发育。(3)改造前由于生料成球后直接入窑烧结，料球受热不均，生料预热不良，窑内煅烧反应不充分，不但熟料中C12A7等过渡矿物含量偏高，而且造成熟料矿物发育不好，大小悬殊且晶体形态极不规则，使水泥强度偏低且凝结时间偏短；通过采用窑外加热新技术并辅以微晶种、预成球技术，使生料球预烧充分、受热均匀，在窑内煅烧反应较为完全，促使铝酸盐熟料的主要矿物CA晶体发育良好，晶体形态规则、大小均齐，且分布较为均匀，从而提高了水泥的强度，改善了水泥凝结时间偏短的问题。目前，世界上以法国为代表的铝酸盐水泥大多采用熔融法生产。在我国含铝量50%以上的水泥采用半干法回转窑煅烧工艺尚属首创。与熔融法比较，烧结法铝酸盐水泥的强度、凝结时间、标准稠度用水量、流动度等一些物理指标，到目前为止仍然存在着不同程度的差距，原因就在于生产工艺的差别。六七十年代，我国烧结法仅能生产400号水泥。随着生产技术的不断熟练和新工艺新技术的应用，产品的质量水平不断提高。特别是近年来“微晶种、预成球、窑外加热新技术”在回转窑上的应用，水泥的质量水平有了大幅度的提高11。目前可以实现抗压强度达到20Mpa以上、24h抗压强度80Mpa 、3d抗压强度95Mpa的国际先进水平。水泥的凝结时间以及其他一些能够反映施工性能的指标，都有了不同程度的改善，已接近同类产品的国际一般水平。1.2外加剂在铝酸盐水泥中的研究背景 1.2.1促凝剂 促凝剂是浇注料施工中一种重要的外加剂，掺用促凝剂的主要目的是使浇注料迅速凝结，缩短施工周期，以便及时提供支护抗力。各种促凝剂的性质和凝结硬化过程不尽相同，故所用促凝剂及调凝的机理也差别较大，应依靠结合剂及其凝结硬化特性，与施工和使用要求相应地选用适当的促凝剂。浇注料对促凝剂性能的基本要求是其凝结速度快、早期强度高、收缩变形小，对后期强度不一定有积极作用，同时其他性能也基本上满足工程要求。促凝剂的种类很多，按其主要成分分类，大致可分为以下几种：铝氧熟料加碳酸盐系、硫铝酸盐系、水玻璃系12。(1)铝氧熟料加碳酸盐系 其主要速凝成分为铝氧熟料、碳酸钠以及生石灰。铝氧熟料是由铝矾土矿锻烧而成。这种速凝剂生产时，将铝矾土矿、碱、石灰石按一定的比例配成生料，将生料在1300左右的高温下锻烧。缎烧熟料的有效成分主要是偏铝酸钠。熟料再加一定量的石膏、生石灰等辅料经球磨机研磨后则制成速凝剂。为保证足够快的速凝时间，一般要求促凝剂达到足够的细度要求。这种速凝剂含碱量较高，混凝土的后期强度降低较大，但加入无水石膏后可以在一定程度上降低碱度并提高后期强度。(2)硫铝酸盐系它的主要原材料为铝矾土、芒硝伽(Na2SO410H2O)。经锻烧成为硫铝酸盐熟料后，再与一定比例的生石灰、氧化锌共同研磨而成。产品的主要成分为：偏铝酸钠、硫酸铝、氧化锌和氧化钙。这种产品含碱量低且由于加入了氧化锌而提高了的后期强度，但却延缓了早期强度的发展。(3)水玻璃系以水玻璃为主要成分，将其调整到波美度约为30，并加入适量重铬酸钾降低粘度，加入适量亚硝酸钠降低冰点，加入适量三乙醇胺提高早强作用。这种促凝剂凝结硬化很快，早期强度高，抗渗性好，而且可在低温下施工。缺点是收缩较大，掺量大。以上促凝剂含碱量均较高，目前广泛研究开发低碱促凝剂。如：以Al2(SO4)3等为原材料生产的低碱或无碱促凝剂；主要成分为可溶性树脂的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、轻基胺等制成的促凝剂。这些促凝剂凝结快、强度高，但价格高，因此应用较少。1.2.2早强剂能加速混凝土或浇注料早期强度发展，并且对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展。早强型外加剂在实际工程中经常使用，在改善浇注料性能，提高施工效率和节约投资成本方面发挥了重要作用。早强剂按照化学成分可分为无机盐类、有机物类和复合早强剂三类。1.2.3减水剂在不影响不定形耐火材料可塑性的条件下，减水剂能使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善不定形耐火材料的可塑性；或同时具有以上两种效果。因此，此种减水剂也常称为增塑剂13。在不定形耐火材料中，减水剂主要用作水泥结合的浇注料和水硬性耐火泥的外加剂。当一些结合剂在凝结硬化时形成凝聚结构而影响其可塑性时，加入减水剂也有减水或增塑效果。常用的不定形耐火材料减水剂有木质素系减水剂和萘系减水剂。本质素系以木质素磺酸钙为主成分的减水剂(简称M减水剂)，用量占水泥用量的0.25%左右。萘系减水剂有以甲基萘为主成分的减水剂(简称MF减水剂，占水泥用量的0.50.7%)；以精萘为主成分的减水剂(简称FDN减水剂，占水泥用量的0.50.75%)；以工业萘为主要成分的减水剂(简称UNF减水剂，占水泥用量的0.30.7%)。另外，还有水溶性树脂(密胺树脂)减水剂和糖密类减水剂、腐植酸盐减水剂，其用量一般为水泥用量的0.20.3%14。1.2.4其他外加剂 除上述促凝剂、早强剂和减水剂以外，为提浇注料结合体的体积稳定性，例如为减缓在高温下体积收缩的危害，常在浇注料中加入少量能产生一定体积膨胀抑制收缩效应的膨胀剂；为促进钢包浇注料在高温下的烧结，常会加入少量助熔剂；在配制轻质不定形耐火材料中，特别是在浇注料中，常加入能发生化学反应，放出气体，使结合体中形成大量气孔的加气剂；能引入大量空气，从而使结合体产生泡沫状结构的泡沫剂15。综上所述，目前外加剂在铝酸盐水泥耐火材料的应用中，主要包括促凝剂、早强剂和减水剂。其中，针对减水剂的应用研究，常用的就木质素系减水剂和萘系减水剂两大类。为了进一步探究外加剂对铝酸盐水泥适应性的影响，基于目前外加剂对硅酸盐水泥的研究理论和思路，笔者大胆地质疑其他高效减水剂和促凝剂对铝酸盐水泥的流动性将有怎样的影响，是否能有与硅酸盐水泥类似的作用，是否也能用现有的硅酸盐水泥与外加剂适应性理论来解释试验现象。因此，本文将从宏观和微观两方面研究高效减水剂(萘系减水剂、聚羧酸高效减水剂和氨基磺酸盐高效减水剂)和促凝剂(碳酸锂)对铝酸盐水泥流动性和强度的影响。1.3课题的提出及研究内容1.3.1课题的提出在目前已投入应用的百余种水泥中，应用最广泛的是硅酸盐系水泥和铝酸盐系水泥。其中，硅酸盐水泥已有百余年的应用和发展历史，是应用最广和研究最多的水泥，时至今日其理论研究和技术开发应用已日趋成熟；而铝酸盐水泥是直至最近三十年才迅速发展成为广泛应用的耐火材料，其研究领域还有待不断地拓宽和完善。由于铝酸盐水泥早期强度高，耐火性能优良，生产成本低，具有抗硫酸盐和弱酸侵蚀的能力，其研究价值备受关注，是公认的耐火材料行业中不可缺少的一种水硬性粘结剂，并逐渐广泛应用于耐火材料行业16。近几年，国内外某些学者对应用于耐火材料行业的铝酸盐水泥做了一些研究。但主要是研究了这种水泥的强度增长规律，耐火性能和抗侵蚀性能17。而且前期研究工作表明，该铝酸盐水泥凝结时间较长，且受温度影响较大，冬季低温下其凝结时间更长；其结合的浇注料与纯铝酸钙水泥结合的浇注料相比，早期强度较低，这影响了其进一步的推广运用。以往的研究对于其凝结时间和结合浇注料的早期强度的调节没有涉及。而降低其凝结时间，提高早期结合强度可以使浇注料尽早脱模，提高生产效率，这也直接影响到铝酸盐水泥使用条件和使用效果。因而，在如今耐火材料的应用中，往往需要添加调凝剂按需要进行调节浇注料的凝结时间，提高生产效率。另外，在此类浇注料中，若水泥含量过多，会导致浇注料中低熔物含量增加而影响其使用性能；还会导致用水量增加，使浇注料气孔率增大，结构疏松，抗渣蚀性能变差。因此，浇注料中应尽量减少水泥用量，适当添加有效地减水剂就显得尤为重要。然而，该胶结材料的含铝矿物并不以C3A 形式存在，而且材料中一般不含CaSO4，因此它与减水剂和促凝剂之间相互适应的问题，和普通硅酸盐水泥应当有着本质的差别。但关于铝酸盐水泥与减水剂和促凝剂的匹配适应性方面的相关研究报道不多，有必要对其做系统、深入的研究。1.3.2课题研究内容本文是通过向铝酸盐水泥之中添加适量的高效减水剂和促凝剂，对铝酸盐水泥水化过程、工作性能以及强度的影响进行研究，主要包括以下内容： 1)不同种类、不同掺量高效减水剂、促凝剂及其复合使用对铝酸盐水泥净浆流动度、流动度经时损失的影响规律。 2)不同种类、不同掺量高效减水剂、促凝剂及其复合使用对铝酸盐水泥凝结时间的影响规律。3)不同种类适宜掺量的高效减水剂与不同掺量的促凝剂复合使用对铝酸盐水泥强度的影响规律。4)通过铝酸盐水泥水化颗粒表面对外加剂吸附量的测定试验，尝试对不同种类适宜掺量的高效减水剂与不同掺量的促凝剂复合使用对铝酸盐水泥作用的机理探讨。2试验2.1试验原料水泥：铝酸盐水泥采用河南郑州宇翔特种水泥厂生产的CA-50系列，其物理性能如表2-1。表2-1铝酸盐水泥的物理性能比表面积凝结时间min抗折强度/MPa抗压强度/MPag/cm2初凝终凝1d3d1d3d44421502096.27.246.753.9高效减水剂：萘磺酸盐甲醛缩合物(NS)：粉剂，由陕西锐新特种材料有限公司提供、氨基磺酸盐甲醛缩合物(AS)：固含量35%的液体，由陕西锐新特种材料有限公司提供、聚羧酸系高效减水剂(PC)：固含量20%的液体，由江苏苏博特新材料股份有限公司提供。促凝剂：碳酸锂采用国家集团化学试剂有限公司生产的白色单斜结晶或粉末，技术条件符合Q/CYDZ 464-2006。 砂：水洗河砂 拌合水：自来水2.2试验方法2.2.1水泥净浆流动度测定 参照GB/T8077-2000混凝土外加剂匀质性试验方法18规定，水泥净浆流动度和经时流动度的测定，用水泥净浆在玻璃平面上自由流淌的最大直径表示。测试时的温度为201，水灰比0.29。 (1)试验仪器 a. 水泥净浆搅拌机，天津建科实验仪器厂生产的NJ-160型； b. 截锥圆模：上口直径36mm，下口直径60mm，高度为60mm，内壁光滑无接缝的金属制品； c. 玻璃板(400400mm，厚5mm)； d. 秒表； e. 钢直尺(300mm)； f. 刮刀； g. KD-300型电子天平，(称量300g，分度值0.01g)； h. ACS-30型电子计价秤(称量30kg，分度值1g)。(2)试验步骤 1)将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板，截锥圆模，搅拌器及搅拌锅均匀擦过，使其表面湿而不带水渍。 2)将截锥圆模放在玻璃板的中央，并用湿布覆盖待用。 3)称取铝酸盐水泥300g，倒入搅拌锅内。 4)加入推荐掺量的外加剂及87g水，搅拌3min。 5)将拌好的净浆迅速注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直方面提起，同时开启秒表计时，任水泥净浆在玻璃板上流动，至30s，用直尺量取流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水泥净浆流动度，记录数据。 6)将测试完的水泥浆体重新回收至搅拌锅内，盖上湿布，密封静置30min后，重新迅速搅拌均匀，按5)步骤进行操作。2.2.2凝结时间测定水泥标准稠度用水量和凝结时间测定按GB201-2000铝酸盐水泥19和GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法20进行。在标准稠度下，按水灰比为0.29取铝酸盐水泥500g，加水搅拌装模，测出其相应的初凝和终凝时间。而后在水泥中添加不同种类及含量的外加剂，用相同的方法测其凝结时间。测试所需设备为：水泥净浆搅拌机，天津建科实验仪器厂生产的NJ-160型；KD-300型电子天平，(称量300g，分度值0.01g)；ACS-30型电子计价秤(称量30kg，分度值1g)。2.2.3胶砂强度测定参照GB /T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)21规定，制备并测定40mm40mm 160mm标准棱柱试体的水泥胶砂抗压强度和抗折强度。其中，每成型三条试件需称量的材料及用水量为：水泥：800g；砂：1200g；按统一水灰比0.35确定用水量：280g。测试所需设备为：JJ-5型水泥胶砂搅拌机；YH-40B型标准恒温恒湿养护箱；DKZ-5000型电动抗折试验机；JYE-2000型液压式压力机；KD-300型电子天平，(称量300g，分度值0.01g)；ACS-30型电子计价秤(称量30kg，分度值1g)。(1)试件成型 1)将试模擦净，刷上一薄层机油。 2)将水加入锅中，再加入水泥，把锅放在固定架上并上升到固定位置。开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀将砂子加入。当砂是分级装时，应从最粗粒级开始，依次加入。 3)在停拌90s的时候，用刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中。在高速下继续搅拌60s。 4)用振实台成型时，用勺子直接从搅拌锅中将胶砂分为两层装入试模。装好第一层后，用大播料器来回一次将料层播平，接着振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，接着振实60次。振完后从台上取下试模，用刮尺将超出试模的胶砂刮去，并将试件表面抹平。 5)为了试验平均，编号时应将同一试模中的三条试件分在两个以上的龄期。(2)试件养护 1)编号后，将试模放入养护箱。对于24h龄期的，应在破型试验前20min内脱模。对于24h以上龄期的，应在成型后20h24h内脱模。脱模时要防止试件损伤。硬化较慢的允许延期脱模，但必须记录脱模时间。 2)脱模后即放入水槽中养护，试件之间间隙和试件上表面的水深不得小于5mm。并随时加水，保持恒定水位，不允许养护期间全部换水。 3)除24龄期或者延迟48h脱模的试件外，任何到龄期的试件都应在试验前15min前从水中取出。擦净试件，并用湿布覆盖。2.2.4水泥水化颗粒表面对高效减水剂和促凝剂吸附量测定 测试所需设备为：WFZ UV-4802S型紫外可见分光光度计；新圆梦F208型微型计算机；FA2004N型电子分析天平(最大量程：200g，分度值：0.1mg)；RJ-TGL-16C型台式高速离心机。测试时的温度为201。 吸附量采用美国热电公司生产的UV-300紫外-可见分光光度计测试高效减水剂在水泥颗粒上的吸附量，其原理是根据吸光度与样品的浓度成正比，可以通过测定吸光度得到减水剂溶液浓度的原理22。根据公式2-1和2-2： (2-1) (2-2)式中：I0入射光强度；I透射光强度；A吸光度；a吸光系数； b样品池宽度；c样品浓度。将水泥或单矿物与含高效减水剂、促凝剂的水溶液按1：1水灰比搅拌，在5min时刻，将浆体用离心机以5000转/min离心处理后，取上层清液稀释至紫外-可见光分光光度计可测的浓度，并根据吸光度和标准曲线计算得到测定溶液的减水剂浓度。最后根据吸附前后的减水剂和促凝剂溶液的浓度差计算出减水剂和促凝剂在水泥颗粒表面的吸附量23。3试验结果3.1 水泥净浆流动度测定结果分析(1)萘系减水剂不同掺量对铝酸盐水泥净浆流动度的影响 添加水泥量的0.00%、0.10%、0.20%、0.30%、0.50%、0.70%的萘系减水剂，做水泥净浆流动度测试，得到的数据与萘系减水剂的掺量的关系得到曲线，如图3-1所示。 图3-1不同萘系减水剂掺量的铝酸盐水泥净浆流动度由图3-1可知，初始净浆流动度的发展随着萘系减水剂掺量的增大而增大，并且在掺量为0.30%以后增长逐渐平缓；整体上看，随着萘系减水剂掺量的增大净浆流动度经时损失也逐渐减小；相比空白样的流动度，萘系减水剂对铝酸盐水泥净浆流动度的发展效果显著，适应性良好。在一定范围的净浆流动度要求下，单掺萘系减水剂理想掺量范围在水泥用量的0.40%0.70%。(2)聚羧酸高效减水剂不同掺量对铝酸盐水泥净浆流动度的影响添加水泥量的0.05%、0.10%、0.20%、0.40%、0.70%的萘系减水剂，做水泥净浆流动度测试，得到的数据与聚羧酸高效减水剂的掺量的关系得到曲线，如图3-2所示。 图3-2不同聚羧酸高效减水剂掺量的铝酸盐水泥净浆流动度 由图3-2可知，聚羧酸高效减水剂掺量小于0.40%，水泥净浆流动度随着掺量的增大而逐渐增大，而在0.40%掺量处达到饱和，之后略微减小；此外，铝酸盐水泥净浆流动度的经时损失总体上随着聚羧酸高效减水剂掺量的增大而减小，其中，在0.40%掺量处效果最好。(3)氨基磺酸盐高效减水剂不同掺量对铝酸盐水泥净浆流动度的影响 添加水泥量的0.40%、0.60%、0.80%、1.00%、1.20%的氨基磺酸盐高效减水剂，做水泥净浆流动度测试，得到的数据与氨基磺酸盐高效减水剂的掺量的关系得到曲线，如图3-3所示。 图3-3不同氨基磺酸盐高效减水剂掺量的铝酸盐水泥净浆流动度由图3-3可知，水泥净浆初始流动度随着氨基磺酸盐高效减水剂掺量的增大而细微的增长，且在1.00%水泥掺量处达到饱和点；考虑净浆流动度经时损失，在氨基磺酸盐高效减水剂掺量大于水泥掺量的0.80%以后，净浆流动度的损失逐渐减少；综合表明氨基磺酸盐高效减水剂的理想范围在水泥掺量的0.80%1.20%之间。(4)萘系减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥净浆流动度的影响 添加萘系减水剂适宜掺量(如图3-1所示铝酸盐水泥用量的0.50%)的基础上，复掺水泥量的0.000%、0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥净浆流动度测试，得到的数据与碳酸锂促凝剂的掺量的关系得到曲线，如图3-4所示。 图3-4 0.5%萘系减水剂掺量下不同碳酸锂掺量的铝酸盐水泥净浆流动度对照图3-1与图3-4可以看出，添加碳酸锂促凝剂后水泥净浆初始流动度均增大了，并且随着碳酸锂促凝剂掺量的增大而细微的增长；此外，随着碳酸锂促凝剂掺量的增大水泥净浆流动度损失加剧，促凝的效果更加明显。从图3-4中可以看出，综合考虑当碳酸锂掺量为水泥用量的0.010%时，净浆流动度工作性能最好。(5)聚羧酸减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥净浆流动度的影响添加聚羧酸高效减水剂适宜掺量(如图3-2所示铝酸盐水泥用量的0.40%)的基础上，复掺水泥量的0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥净浆流动度测试，得到的数据与碳酸锂促凝剂的掺量的关系得到曲线，如图3-5所示。 图3-5 0.4%聚羧酸减水剂掺量下不同碳酸锂掺量的铝酸盐水泥净浆流动度对照图3-2与图3-5可以看出，添加碳酸锂促凝剂后水泥净浆初始流动度略微增大了，并且在碳酸锂促凝剂掺量在0.010%处流动度最大；此外，随着碳酸锂促凝剂掺量的增大水泥净浆流动度损失加剧，促凝的效果更加明显。从图3-5中可以看出，综合考虑当碳酸锂掺量为水泥用量的0.010%时，净浆流动度工作性能最好。(6)氨基磺酸盐减水剂与不同促凝剂复掺对铝酸盐水泥净浆流动度的影响添加氨基磺酸盐高效减水剂适宜掺量(如图3-3所示铝酸盐水泥用量的1.0%)的基础上，复掺水泥量的0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥净浆流动度测试，得到的数据与碳酸锂促凝剂的掺量的关系得到曲线，如图3-6所示。 图3-6 1.0%氨基减水剂掺量下不同碳酸锂掺量的铝酸盐水泥净浆流动度对照图3-3与图3-6可以看出，添加碳酸锂促凝剂后水泥净浆初始流动度均减小了，并且随着碳酸锂促凝剂掺量的增大而细微的增长且在碳酸锂促凝剂掺量在0.020%处流动度最大；此外，随着碳酸锂促凝剂掺量的增大水泥净浆流动度损失先减小，在0.010%掺量以后损失极具增大，但总体还是经时损失减小。从图3-6中可以看出，综合考虑当碳酸锂掺量为水泥用量的0.010%时，净浆流动度工作性能最好。本节小结 (1)针对单掺减水剂对铝酸盐水泥流动性影响的试验结果表明，萘系减水剂、聚羧酸高效减水剂及氨基磺酸盐高效减水剂均能明显改善铝酸盐水泥净浆的流动度。并且，呈现统一的规律：随着减水剂掺量的增大，铝酸盐水泥净浆的初始流动度均逐渐增大，并存在一个饱和点；同时，铝酸盐水泥净浆的经时损失也逐渐减小。从经济的角度考虑，萘系减水剂适宜掺量范围在水泥用量的0.40%0.70%之间；聚羧酸高效减水剂适宜掺量范围在水泥用量的0.30%0.50%之间；氨基磺酸盐高效减水剂适宜掺量范围在水泥用量的0.80%1.20%之间。 (2)针对复掺减水剂和促凝剂对铝酸盐水泥流动性影响的试验结果表明，在单掺适宜掺量的减水剂的基础上，再复掺一定梯度的碳酸锂促凝剂掺量，呈现一般规律：萘系减水剂和聚羧酸高效减水剂在掺加碳酸锂促凝剂后水泥净浆初始流动度均得到细微的增长，并随碳酸锂的掺量增大而增大；相反，氨基磺酸盐减水剂在添加碳酸锂后初始流动度均减小，且随着碳酸锂促凝剂掺量的增大而细微的增长。针对净浆流动度损失，碳酸锂掺量在水泥用量的0.010%时，损失最小，且随着碳酸锂掺量的增大，流动度损失逐渐增大。 (3)综合考核碳酸锂促凝剂对铝酸盐水泥净浆流动度的影响，当碳酸锂掺量为水泥用量的0.010%时，铝酸盐水泥净浆流动度的改善效果最好，流动度经时损失最小。3.2凝结时间测定结果分析(1)萘系减水剂不同掺量对铝酸盐水泥凝结时间的影响添加水泥量的0.00%、0.10%、0.50%、0.70%的萘系减水剂，做水泥净浆凝结时间测试，得到的数据与萘系减水剂的掺量的关系得到曲线，如图3-7所示。 图3-7不同萘系减水剂掺量的铝酸盐水泥凝结时间 由图3-7可知，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随着萘系减水剂掺量的增大而增长，且增长的速率也逐渐加快。(2)聚羧酸高效减水剂不同掺量对铝酸盐水泥凝结时间的影响 添加水泥量的0.00%、0.10%、0.40%、0.70%的聚羧酸高效减水剂，做水泥净浆凝结时间测试，得到的数据与聚羧酸高效减水剂的掺量的关系得到曲线，如图3-8所示。 图3-8不同聚羧酸高效减水剂掺量的铝酸盐水泥凝结时间由图3-8可知，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随着聚羧酸高效减水剂掺量的增大而增长，且增长趋于平缓。(3)氨基磺酸盐高效减水剂不同掺量对铝酸盐水泥凝结时间的影响 添加水泥量的0.00%、0.40%、1.00%、1.20%的氨基磺酸盐高效减水剂，做水泥净浆凝结时间测试，得到的数据与氨基磺酸盐高效减水剂的掺量的关系得到曲线，如图3-9所示。 图3-9不同氨基磺酸盐高效减水剂掺量的铝酸盐水泥凝结时间由图3-9可知，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随着氨基磺酸盐高效减水剂掺量的增大而缩短，且凝结时间缩短趋于平缓。(4)萘系减水剂与不同促凝剂复掺对铝酸盐水泥凝结时间的影响添加萘系减水剂适宜掺量(如图3-1所示铝酸盐水泥用量的0.5%)的基础上，复掺水泥量的0.000%、0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥净浆凝结时间测试，得到的数据与碳酸锂促凝剂的掺量的关系得到曲线，如图3-10所示。图3-10 0.5%萘系减水剂掺量下不同碳酸锂掺量的铝酸盐水泥凝结时间由图3-10可知，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随着碳酸锂促凝剂掺量的增大而缩短，并且促凝剂掺量细微的变化对铝酸盐水泥凝结时间影响非常明显。当掺量为0.040%的水泥用量时，初凝时间缩短了87.2%，终凝时间缩短了82.0%。(5)聚羧酸高效减水剂与不同促凝剂复掺对铝酸盐水泥凝结时间的影响添加聚羧酸高效减水剂适宜掺量(如图3-2所示铝酸盐水泥用量的0.4%)的基础上，复掺水泥量的0.000%、0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥净浆流动度测试，得到的数据与碳酸锂促凝剂的掺量的关系得到曲线，如图3-11所示。图3-11 0.4%聚羧酸减水剂掺量下不同碳酸锂掺量的铝酸盐水泥凝结时间由图3-11可知，随着碳酸锂促凝剂掺量的增大，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随之缩短，并且对碳酸锂掺量尤为敏感。当复掺碳酸锂掺量为0.040%时，初凝时间缩短了83.5%，终凝时间缩短了70.0%。(6)氨基磺酸盐高效减水剂与不同促凝剂复掺对铝酸盐水泥凝结时间的影响添加氨基磺酸盐高效减水剂适宜掺量(如图3-3所示铝酸盐水泥用量的1.0%)的基础上，复掺水泥量的0.000%、0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥净浆凝结时间测试，得到的数据与碳酸锂促凝剂的掺量的关系得到曲线，如图3-12所示。图3-12 1.0%氨基减水剂掺量下不同碳酸锂掺量的铝酸盐水泥凝结时间由图3-12可知，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随着碳酸锂促凝剂掺量的增大，先逐渐增大再快速地减小，并在水泥用量0.010%的碳酸锂掺量下，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均达到最大值；同时，可以看出碳酸锂促凝剂对氨基磺酸盐减水剂环境下促凝效果不明显，当复掺碳酸锂掺量为0.040%时，初凝时间缩短了11.3%，终凝时间仅缩短了12.1%。本节小结 (1)针对单掺减水剂对铝酸盐水泥凝结时间影响的试验结果表明，萘系减水剂和聚羧酸高效减水剂对铝酸盐水泥凝结时间的影响均是随着减水剂掺量的增大，水泥初凝及终凝时间均随着延长了；不同的是随着减水剂掺量的增大，萘系减水剂使凝结时间增长逐步陡增，而聚羧酸高效减水剂使凝结时间增长趋于平缓。然而相反，对于氨基磺酸盐高效减水剂，随着氨基磺酸盐减水剂掺量的增大，铝酸盐水泥初凝及终凝时间均随之缩短，并且增长趋于平缓。 (2)针对复掺减水剂和促凝剂对铝酸盐水泥凝结时间影响的试验结果表明，在单掺适宜掺量的减水剂的基础上，再复掺一定梯度的碳酸锂促凝剂掺量，呈现统一规律：1) 萘系减水剂和聚羧酸高效减水剂环境下，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随着碳酸锂掺量的增大而随之缩短，并且凝结时间缩短地尤为明显；2)氨基磺酸盐高效减水剂环境下，铝酸盐水泥的初凝及终凝时间均随着碳酸锂掺量的增大而先增大后减小，且促凝效果不强。 (3)比较碳酸锂在三种减水剂环境中的促凝效果显示：复掺萘系减水剂复掺聚羧酸高效减水剂复掺氨基磺酸盐高效减水剂。3.3 水泥胶砂强度试验结果分析(1)不同减水剂对铝酸盐水泥胶砂强度的影响单掺上述适宜掺量的不同减水剂，在相同水灰比的情况下与空白样对照比较不同龄期下铝酸盐水泥胶砂的抗折及抗压强度，从而探讨不同减水剂对铝酸盐水泥胶砂强度的影响规律。得到的数据与强度龄期的关系绘成曲线，如图3-13所示。图3-13不同减水剂对铝酸盐水泥胶砂抗折及抗压强度的影响由图3-13可知，1)针对抗折强度，空白样前期强度增长明显，后期强度增长趋于平缓，1d强度高于单掺不同减水剂的试样，但28d强度在各组中最小；比较不同减水剂，不同龄期下均可得到：Rf(NS)Rf(AS)Rf(PC)。2)针对抗压强度，空白样强度增长始终比较快，6h强度略低于单掺萘系减水剂的试样，而后1d、28d强度均大于单掺减水剂的试样；比较不同减水剂，不同龄期下仍可得到：Rc(NS)Rc(AS)Rc(PC)。3)综上所述，单掺减水剂后，对铝酸盐水泥胶砂抗折强度后期有所改善，前期影响甚微；但对铝酸盐水泥胶砂抗压强度始终未有加强，均低于空白样的强度值。(2)萘系减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥胶砂强度的影响 添加萘系减水剂适宜掺量(如图3-1所示铝酸盐水泥用量的0.5%)的基础上，复掺水泥量的0.000%、0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥胶砂强度测试，得到的数据与强度龄期的关系绘成曲线，如图3-14所示。图3-14萘系减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥胶砂强度的影响由图3-14可知，1)针对抗折强度，复掺碳酸锂促凝剂后6h抗折强度明显增大，但1d及28d强度均降低；对于复掺碳酸锂促凝剂，随着掺量的增大，各龄期下铝酸盐水泥胶砂抗折强度均逐渐降低。2)针对抗压强度，复掺碳酸锂促凝剂后6h抗压强度均增大了，但1d及28d强度均降低；对于复掺碳酸锂促凝剂，随着掺量的增大，各龄期下铝酸盐水泥胶砂抗压强度均逐渐降低。与抗折强度基本吻合。3)综上所述，对于掺0.5%萘系减水剂再复掺碳酸锂减水剂后，6h抗折及抗压强度均增大了，而1d及28d强度均降低；对于复掺碳酸锂促凝剂，随着掺量的增大，各龄期下铝酸盐水泥胶砂抗折、抗压强度均逐渐降低。(3)聚羧酸减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥胶砂强度的影响 添加聚羧酸高效减水剂适宜掺量(如图3-2所示铝酸盐水泥用量的0.4%)的基础上，复掺水泥量的0.000%、0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥胶砂强度测试，得到的数据与强度龄期的关系绘成曲线，如图3-15所示。图3-15聚羧酸减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥胶砂强度的影响由图3-15可知，1)针对抗折强度，单掺聚羧酸减水剂下6h及1d均无强度，但后期强度增长明显，28d强度高于同期的复掺试样的抗折强度；对于复掺碳酸锂促凝剂，随着掺量的增大，总体上各龄期铝酸盐水泥胶砂抗折强度均逐渐降低。2)针对抗压强度，结果与抗折强度基本吻合。3)综上所述，单掺聚羧酸减水剂下6h及1d均无强度，但后期强度增长明显，28d强度高于同期的复掺试样的抗折、抗压强度；复掺碳酸锂促凝剂后，6h均无强度，而后增长随碳酸锂促凝剂掺量的增大，其各龄期铝酸盐水泥胶砂抗折、抗压强度均逐渐降低。(4)氨基高效减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥胶砂强度的影响 添加氨基高效减水剂适宜掺量(如图3-3所示铝酸盐水泥用量的1.0%)的基础上，复掺水泥量的0.000%、0.005%、0.010%、0.020%、0.040%的碳酸锂促凝剂，做水泥胶砂强度测试，得到的数据与强度龄期的关系绘成曲线，如图3-16所示。图3-16氨基减水剂与不同掺量促凝剂复掺对铝酸盐水泥胶砂强度的影响由图3-16可知，1)针对抗折强度，复掺碳酸锂促凝剂后6h的抗折强度明显增大，1d强度变化不大，但28d强度比单掺氨基试样均降低；对于复掺碳酸锂促凝剂，随着掺量的增大，各龄期下铝酸盐水泥胶砂抗折强度均逐渐降低。2)针对抗压强度，复掺碳酸锂促凝剂后6h抗压强度均增大了；1d的强度与单掺样接近；而28d的强度与单掺样比均降低；对于复掺碳酸锂促凝剂，随着掺量的增大，各龄期下铝酸盐水泥胶砂抗压强度均逐渐降低。与抗折强度基本吻合。3)综上所述，对于掺1.0%氨基磺酸盐高效减水剂再复掺碳酸锂减水剂后，6h抗折及抗压强度均增大了；1d的强度均变化不大；28d的强度与单掺样比均降低了；对于复掺碳酸锂促凝剂，随着掺量的增大，各龄期下铝酸盐水泥胶砂抗折、抗压强度均逐渐降低。本节小结(1)针对单掺不同减水剂对铝酸盐水泥胶砂强度试验结果表明，各龄期下均可得到不同减水剂对铝酸盐水泥胶砂抗折、抗压强度的影响规律：R(NS)R(AS)R(PC)。然而，单掺减水剂早期的抗折强度未能有所增强，略低于空白试样，后期的抗折强度均大于空白试样；单掺减水剂后各龄期的抗压强度均要低于空白试样。 (2)针对复掺减水剂和促凝剂对铝酸盐水泥胶砂强度试验结果表明，复掺碳酸锂促凝剂后，配合各减水剂的6h、1d的抗折、抗压强度均明显增强，均大于单掺各减水剂的试样强度；而后期强度未能改善，28d的抗折、抗压强度均低于单掺减水剂的试样。 (3)综合考虑，萘系减水剂、聚羧酸高效减水剂及氨基磺酸盐高效减水剂对铝酸盐水泥的胶砂强度均未能改善，只能改善铝酸盐水泥的流动性；此外，碳酸锂促凝剂也只能暂时增强铝酸盐水泥的早期强度，对后期强度也不利。3.4吸附量测定结果分析本节数据分析，参照减水剂吸附-分散的作用机理：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，而形成许多絮凝结构，使10%-30%的水包裹其中，从而降低了拌合物的流动性。当