国标-》一种无碱型水泥复合添加剂的试验研究

一种无碱型水泥复合添加剂的试验研究张巨松1安会勇1石岩2回志峰1高飞1孙恩禹11沈阳建筑大学材料学院2抚顺市第一住宅建筑公司摘要对新型复合水泥助磨剂的主要成分V荆进行化学分析，发现V剂中部分组分可转化为具有激发作用的甲酸钙，并确定这种转化的化学方法7LX艺参数。利用由这种转化制得的几种无碱型添加剂磨制大掺量混合材水泥，并测定水泥的物理性能，评价这些添加剂的改性效果，并确定一种新型无碱型水泥添加剂。关键词无碱型水泥添加剂大掺量混合材调凝早强筛余凝结时间甲酸钙水泥助磨剂的应用极大地促进了大掺量混合材水泥的生产，但单纯的水泥助磨剂只能解决大掺量混合材水泥生产的能耗问题，其物理性能如凝结时间长、早期强度低等问题却仍待解决。虽然有些功能型添加剂能够有效改善凝结时间、早期强度等物理性能，但这些添加剂的激发组分都是以强碱苛性钠为主要成分。为避免混凝土的碱一集料反应，水泥中的碱用量必须严格控制。于是，寻找一种无碱型水泥添加剂来改善大掺量混合材水泥的缓凝、早强不足问题是解决大掺量混合材水泥复合添加剂应用的关键技术。通过大量试验，已经找到了一种助磨性能优异的新型复合水泥助磨剂UJ，它能在能耗不大幅增加的情况下，生产混合材掺量达到46的水泥，但这种水泥的凝结时间和早期强度并不理想。在此基础上，进一步尝试寻找几种无碱型添加剂，将其与新型水泥助磨剂进行复合，测定并分析在这些添加剂作用下大掺量混合材水泥细度、凝结时间、早期强度等性能，最终达到按需选择其复合配比的目的。1试验原材料与方法11原材料试验所用，材料化学成分见表1。表1原材料化学成分铁岭原料FE203烧失量成分SI02A1203CAOMGOFCAOS03FEOH20熟料19105045046405172123O，78矿渣3386O2614244178640089炉渣49458641796425I96_1454二水石膏17225160492332528_29961483添加剂有以下几种T剂糖钙NAOH，一种激发效果很好的助磨剂；V剂一种新型复合水泥助磨剂的主要组分，价格低廉；Y剂简称甲酰胺，液体有机物；G剂简称间苯二胺，固体有机物；J剂简称甲酸钙，黄色粉末；JR剂V剂加热后制备的产物；H剂三乙醇胺，价格较高，具有助磨、早强、缓凝的特点。16812基本原理根据草酸的还原性，利用高锰酸钾试剂可定性判断V剂中是否含有草酸，再通过计量高锰酸钾试剂定量地确定V剂中草酸的含量。根据二元羧酸钙盐包括草酸钙难溶于水的性质，首先利用已确定的草酸量，假设二元羧酸全部为草酸，计算得到全部转化为草酸钙的质量，然后向V剂滴入过量澄清石灰水计量沉淀物的质量，比较这两种方法得到的质量，确定草酸在V剂所含二元羧酸中的比率由于在一定加热制度下，除草酸外其他二元羧酸也可脱去CO转化为一元羧酸，为了准确确定JR剂中甲酸钙的含量，确定草酸在V剂所含二元羧酸中的比率是必要的。根据在一定加热制度下草酸可转化为甲酸的化学原理及甲酸钙易溶于水的性质，首先选择一种加热制度，利用澄清石灰水定量地确定在此加热制度下草酸试剂转化为甲酸的比率；再用相同方法确定V剂中的草酸在此加热制度下转化为甲酸的比率。此时V剂中的甲酸经过“钙化”可形成甲酸钙。甲酸钙是一种中性的、具有促凝功能的早强剂。通过利用JR剂中的甲酸钙和外加甲酸钙试剂等其他无碱试剂，可以确定下列添、加剂的复合方案T。H是一种含“碱NAOH”的多功能水泥添加剂，其助磨、激发效果显著，选用它作为对比样。V剂是我们研制的一种新型复合水泥助磨剂的主要组分，助磨效果优异。V。，H就是这种新型复合助磨剂的最佳比例。额外添加J剂、Y剂、G剂与V，H复合，看其能否改善V。，H的凝结时间和早期强度。选择JR剂的两种不同掺量JR。，和JR如分别取代V。，比较取代前后各项性能的变化。确定水泥配方熟料矿渣炉渣石膏5023234。将这一水泥配比混合材掺量达46的原料放在QB500MM500RAM试验小磨中，分别加入上述几种添加剂粉磨一定时间，按标准规定测其细度指标筛余、凝结时间和早期强度等物理性能指标，综合衡量这几种添加剂的效果。2试验结果及分析21V剂中能形成甲酸钙量的确定211V剂中草酸含量的确定草酸是饱和二元酸中酸性最强的，它除了具有一般羧酸的性质外，还具有还原性，能还原高锰酸钾，反应式见式1。5COOH22KMN043H2S04一K2S042MNS0410C028H201取V剂3ML，加入297ML的水配制成浓度为1的溶液稀释的目的是为了使溶液颜色变浅，便于观察高锰酸钾试剂颜色的变化；此外，还可以使草酸完全溶于水，使反应进行充分；再向该溶液中滴入高锰酸钾试剂，观察到紫色的高锰酸钾试剂褪变为溶液颜色，证明V剂中含有草酸；继续滴人，直到放置一段时间后溶液中的紫色仍不褪色为止，计量高锰酸钾试剂的用量，利用1式计算出此稀释溶液中草酸含量大约为20。二元羧酸与澄清石灰水发生中和反应产生的钙盐CAC0。R难溶于水，反应式见式2R代表RICH，其中草酸儿0的反应式如式2所示。RCOOH2CAOH2_CAC204RJ，2H202ACOOH2CAOH2_CAC2042H202B取V剂1009约88ML，稀释成原浓度一半的稀溶液加水100ML。根据式1可知此溶液中应含有草酸209，假设这些草酸全部生成草酸钙，应得沉淀物草酸钙28449据式2B计算。向稀释后的V剂中滴入澄清的石灰水，直至滴入石灰水不再出现浑浊，169充分反应后过滤得沉淀28589，与假设值相差不大。说明V剂中所含二元羧酸几乎全部是草酸，且草酸含量大约为20。212草酸转化成甲酸比率的确定把草酸迅速加热至150。C，则分解为甲酸，并释放出二氧化碳，反应式如式3所示。甲酸与澄清石灰水发生中和反应产生的钙盐CACOOH易溶于水，反应式见式4。考虑设备、成本等因素，选择此加热制度将烘箱升温至150。C，再放入含草酸的溶液509左右，放置10MIN后取出。COOHHCOOHCOT32HCOOHCAOH2一CACOOH22H204首先取59草酸试剂两份，分别配制成10浓度的草酸溶液草酸在室温下溶解度是15。取其中一份按上述加热制度加热，然后向此两份溶液中分别加入过量的澄清石灰水，过滤，计量沉淀物，计算两份中沉淀物的质量差草酸钙难溶于水，甲酸钙易溶于水，分别见式2和式4，从而计算得到在此加热制度下草酸转化为甲酸的百分率为90以上，再取V剂259约22ML两份，分别加入259水配制成溶液。其他方法与草酸试剂溶液相同，计算得到V剂中的草酸转化为甲酸百分率为90左右。213V剂中甲酸钙的形成及其量的确定经加热后，V剂中的草酸绝大部分90转化为甲酸。向此时的V剂中加人生石灰，制得含有甲酸钙的JR剂，反应式见式5。2HCOOHCAOCACOOH2H20522不同添加剂对大掺量混合材水泥各项性能的影响见表2表2不同添加剂对大掺量混合材水泥各项性能的影响粉磨40MIN添加剂筛余凝结时间RAIN抗折强度MPA抗压强度MPA编号配方初凝时间终凝时间3D28D3D28DA003527039520552011752985ALTLOTHF2712520031564015204015A2V巧24210305250585125035，00A3JRU2618527027561012903600A4JR302520530028562013103615A5V15H2222253253，056，3013703785A6JRL5H22619025531564014853920A7JR304H2232T529532565515103995A8V15H2Y22514523530562514353740A9V15H2G225、13522030063014503745A10V15H2J42。41402253206，5515。454080A11JRL5H2J42812019033066016554165A12JR30H2J427145230、34567016404155添加剂的掺量以万分之一为单位，以下标形式表示，如“T剂1OH剂020”表示为“T10H2”。170分析可以看出，根据实际情况可按需要选择添加剂的配比。其中ALL组的各项数据全面超过TMH这种含碱的多功能水泥添加剂，而且是无碱配方，应用更加安全、广泛见表2。如果对细度要求很高，A2，A5，A7，A10都很理想。如果要求凝结时间尽量短，ALL组是最佳配方；A3可小幅度提高凝结时间。如果希望强度尤其是早期强度越高越好，A12组是最佳配方，以下依次是ALL，A10，A7，A6，A5，A4，A3。考虑经济性，A3，A4组最经济；A6，A7组次之。3结语，1通过化学分析计算出V剂中含有大约20的草酸，并用化学方法验证了在一定加热制度下，草酸可以大比例地90左右转化为甲酸，同时确定利用V剂中的草酸转化为甲酸钙的化学方法和工艺参数，推算出JR剂中甲酸钙的含量约为12。2通过试验验证了甲酸钙是一种效果显著的无碱型调凝剂和早强剂，通过甲酸钙的两种利用途径一是利