表面活性劑對堿礦渣水泥凝結時間的影響

宋洋 黃太忠

堿礦渣水泥是用堿金屬的堿性化合物激發礦渣形成的膠凝材料。堿礦渣混凝土具有優良物理力學性能和耐久性能，是節能、利廢、環保的綠色建筑材料。表面活性劑在堿礦渣水泥及混凝土的作用機理研究是確立適合堿礦渣水泥這一特殊膠凝材料專用塑化劑的重要理論基礎，對促進其應用具有深遠意義。

1 試驗配比和結果

本試驗測試了木質素磺酸鈣、萘系、氨基磺酸鹽、聚羧酸和十二烷基苯磺酸鈉五種表面活性劑分別對堿組分為NaOH，氧化鈉當量為4%堿礦渣水泥系統和堿組分為水玻璃，氧化鈉當量為4%，模數為1.5的堿礦渣水泥系統的凝結時間的影響，具體試驗配比和結果見表1。

2 結果分析

從表1可以看出，在堿組分為NaOH的堿礦渣系統中，摻入木鈣和聚羧酸兩種表面活性劑后，堿礦渣水泥的初凝和終凝時間都有了較大幅度的增加，初凝時間從空白組分的63min分別增加到167min和206min，終凝時間從空白樣的84min分別增加到198min和238min，其余三種表面活性劑對NaOH激發的礦渣凝結時間影響不大。木鈣和聚羧酸兩種表面活性劑在NaOH激發的堿礦渣系統中起到緩凝作用的主要原因是由于木鈣除了本身的分子中含有強親水基團羥基（—OH）、醚基（—O—）以外，還含有一定的糖，因而具有一定的緩凝作用。糖類具有較強的緩凝作用是因為糖類是弱酸性物質，能與礦渣水化產物中的氫氧化鈣生成復雜絡合物，在礦渣粒子表面形成絡合物膜層，且降低體系的pH值，抑制了堿礦渣的水化速度。而聚羧酸表面活性劑具有緩凝作用其主要原因可能是聚羧酸系表面活性劑含有許多羥基（—OH）基團，而羥基不僅可以與礦渣顆粒表面的O2- 形成氫鍵 （—O…H—O—）抑制堿礦渣繼續水化，還可以與礦渣粒子表面的Ca2+ 吸附形成吸附膜層阻礙繼續水化。另外一個主要原因是在NaOH 激發的堿礦渣水泥漿體中摻入聚羧酸表面活性劑后，聚羧酸表面活性劑長主鏈就包裹在礦渣顆粒表面，阻礙OH-離子對礦渣玻璃體的破壞，起到了一定的緩凝作用。

當堿組分為水玻璃的堿礦渣水泥系統的凝結時間遠小于堿組分為NaOH的堿礦渣水泥系統。造成這種現象的主要原因是當礦渣顆粒加入到水玻璃溶液中后，水玻璃水解出來的OH-離子對礦渣玻璃體有強烈的破壞最用，使礦渣結構解體與水化，同時水玻璃水解出來的硅酸根離子便迅速結合到礦渣顆粒表面，短時間內形成大量的C-S-H凝膠，從而導致漿體的迅速凝結與快速硬化。摻入木鈣等五種表面活性劑后，堿礦渣水泥系統的凝結時間并沒有明顯的變化，這可能是由于加入的表面活性劑被水玻璃水解出的硅酸根膠體迅速吸附或者是表面活性劑在強堿作用下分子結構發生了變化，失去了其表面物理化學作用。

3 結論

在堿組分為NaOH的堿礦渣系統中，摻入木鈣和聚羧酸兩種表面活性劑后，堿礦渣水泥的初凝和終凝時間都有了較大幅度的增加，初凝時間從空白組分的63min分別增加到167min和206min，終凝時間從空白樣的84min分別增加到198min和238min；其余三種表面活性劑對NaOH激發的礦渣凝結時間影響不大。五種表面活性劑的摻入對堿組分為水玻璃的堿礦渣水泥系統凝結時間影響不大。

參考文獻

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