结构与建筑材料外文翻译资料

 2022-07-07 13:06:14

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结构与建筑材料

  1. 介绍

在水泥成型阶段加入水泥外加剂来提升最终的水泥强度。当我们将外加剂进行复合时，对于新拌混凝土来说，会极大改善新拌混凝土的工作性，比如优化混凝土的流动性，使混凝土坍落损失减少；此外还可以优化混凝土的稳定性，比如匀质性，不泌水，不离析等；此外，外加剂还可以改善水泥的水化、硬化过程，如使水化放热减缓，增强早强、高强等。化学外加剂使得混凝土用水量大幅度减少，低水灰比的实现不再是不可能的事，因此推动了高强度混凝土的发展；矿物外加剂增加了混凝土的物理密实度，并具有后期反应活性，可提高混凝土的耐久性和长期性能，提高混凝土的绿色度。TIPA是一种近些年来研制出来的高等链烷醇胺，作为一种研磨化学试剂被广泛应用于熟料联合阶段来降低球磨机中的结块现象以及调整最终的水泥颗粒分布。TIPA也能提升水泥的机械强度。根据不同的研究，在水泥中添加TIPA能显著提升水泥在7天后的强度。Gartner提出TIPA是一种转运物质，这种物质从铁氧体的水化产物中螯合三价铁离子，并且使它进入水化阶段，提升了铁氧体的溶解度并且促进了整体硅酸盐水泥的反应。一种有机缓凝剂，比如糖类，被用作混凝土化学掺加剂以控制凝结并且提升新制备的混凝土的流动性。Young认为糖类的减缓吸附影响了水化微粒及水化产物。然而不同的调查提出了相矛盾的关于水化过程中的吸附问题的实验结果。葡萄糖，一种典型的单糖，是糖类和其他多糖的基础组成部分，这种葡萄糖的阻碍效应也可以用吸附机理来解释。目前，葡萄糖主要被用作缓凝剂。

在最近的一次huang的发表物中，作者利用响应面法并且建立了一种三异丙醇胺和单糖之间的反应，这种反应极大地促进了水泥的28天强度增长。然而，在单糖和TEA之间并不会发生反应，TEA是另一种经常使用的助磨剂链烷醇胺。在这次实验中，葡萄糖被选作单糖以此调查它在水泥水化过程中与TIPA潜在的反应。

  1. 材料和测试方法

本次实验使用P.II硅酸盐水泥。它通过XRD和XRF进行测试。XRD图像和其他监测图像如图所示。本次实验使用的TIPA是商用品。本次实验也使用了TEA作为对照组。葡萄糖是从本地商家采用的。3600-3200的宽波段归于O-H键，并且O-H键的面内弯曲振动在1440-1260波段中被观察到。2900-2840波段应该是对称的CH伸缩振动，1660-1600波段观测到的应该是碳氧双键弯曲振动，此外1000左右波段观测到C-OH弯曲振动。所有的化学试剂都提前在水中配好。

大约6g水胶比为0.5的糊状物被提前准备好并且装载入8频波段等温热量计中来测定水化前72小时的热量变化以及直到7天的放热现象。糊状样品使用0.5的水胶比配制储存在20ml试管中，保温20度并且进行热量分析。糊状物的水化过程被乙醇溶剂交换阻止。然后，样品在40度下干燥4小时。

大约5g样品通过XRD在室温条件下进行分析。水泥纯熟料的分析如图所示。数据收集了8度到80度下进行120分钟反应的结果。x射线分析在40kv电压和40ma电流下进行分析。

热重分析使用449C仪器进行分析，在氮气环境下从50度加热到850度，加热速率10度每分钟。氢氧化钙的质量通过干燥样品在400到500度下的重量的损失进行计算。水化产物中的化学结合水通过真空分析法进行计算。样品在试管中加热到105度烘干2小时来除去结合水。然后干燥样品装入马弗炉中在1000度下煅烧0.5小时。结合水的质量通过样品从105度到1000度的失重计算出来。

3.热量演化

为了阐明TIPA和葡萄糖之间的相互作用，引入了另一种典型的链烷醇胺三乙醇胺（TEA），以比较TIPA对水泥放热的影响。用不同的化学试剂并且由量热法监测，并且前72个小时水化放热速率直到14天的放热速率如图所示。

向糊剂中加入葡萄糖显著延迟了第一主要放热峰的形成约4-5小时，这与C3S的水化作用有关。此外，有葡萄糖糊剂延迟峰强于无葡萄糖糊的峰，这表明葡萄糖促进了C3S在延迟后的水化作用。含有或不含TEA的浆料中峰的高度和起始时间几乎相同，这表明添加TEA不影响C3S的水化。然而，TEA的加入有助于形成的热释放峰，这与AFt的形成一致，并表明TEA-铝酸盐相互作用发生在早期水化期。TEA和葡萄糖糊反应，第一个热释放峰值后没有峰值发生，这表明添加葡萄糖抑制了重新铝酸盐反应。水化36小时后，不同糊剂中的水化速率并没有显着不同。图3b显示TIPA的添加不影响C3S的水化，TEA也如此。然而，TIPA促进了24小时形成肩峰。肩峰的形成与AFt的转化有关，指示TIPA加速该硫酸盐消耗。

在含TIPA和葡萄糖的糊状物中，C3S水化高峰稍微延迟。然而，肩峰出现了，其开始时间与TIPA糊剂中的峰值相同。这表明添加葡萄糖并不影响AFt到AFm的转换。

累积释放的热量重新反映了糊状物水化程度。当葡萄糖存在下的糊状物水化24小时时，累积放热量为159J/g，这两者几乎是相同的（158J/G）。这个表明即使C3S水化作用延迟，掺入葡萄糖的糊剂也达到相同的水化水平。从量热测试的24小时到结束时，用葡萄糖的糊状物的水化度远高于普通糊状物的水化度。类似的结果已经报道了在其它研究中，其中含有1％的糖膏水化程度超过了的糊剂中水化一段时间得水化程度。在含有TEA的糊剂中，1天前总热释放量略高于普通糊剂。1天后，两种糊剂没有区别。这表明TEA仅在第一天补水时才有效。在含有TEA和葡萄糖的糊剂中的释放的热量比在6天空白样品的低，这表明与两个TEA和葡萄糖糊的水化被抑制。与空白糊相比，添加TIPA显着增加了6天后的产热，并且TIPA糊的发热超过了前者。该相互作用影响的TIPA和葡萄糖在水化7天后作用强烈。仅添加TIPA后约2天，用TIPA和葡萄糖糊的超过了浆料的发热量，并持续到更大直至量热法试验结束。将葡萄糖胺与葡萄糖进行比较表明，葡萄糖与TEA没有相互作用，但与TIPA具有相互作用，这显着促进了糊状物的水化。

Table 2

Symbols and compositions of the samples.

Sample Composition

1 100% 525 Cement

      1. 100% 525 Cement 500 ppm TEA
      2. 100% 525 Cement 500 ppm TIPA
      3. 100% 525 Cement 500 ppm glucose
      4. 100% 525 Cement 500 ppm TEA 500 ppm glucose
      5. 100% 525 Cement 500 ppm TIPA 500 ppm glucose

3.2水化产物

图中显示了与普通糊状物相比，具有TIPA，葡萄糖或两者都有的糊状物的热分析。大约100°C时的吸热峰指的是钙矾石或C-S-H凝胶的分解，而在大约150°C处的峰指的是碳铝酸盐或AFm相的分解。

根据图，在1天时除钙矾石形式外没有明显的碳铝酸盐或AFm。3天后，发生了碳铝酸盐或AFm的形成。7天后，含TIPA或葡萄糖和TIPA的糊状物中碳铝酸盐或AFm的形成变得明显，并且100℃时的吸热峰仍然存在，这表明钙矾石存在于糊剂中。然而，与普通糊状物或仅含有葡萄糖的糊状物相比，吸热的特征碳铝酸盐和AFm峰没有显着差异。因此，结果验证了碳铝酸盐的分解，并且通过热分析不能清楚地区分AFm。

为了进一步确定水化物的类型，通过XRD分析研究了不同的糊剂，如图6所示。

在低角度观察XRD图案的主要差异，其中发现AFm相，碳铝酸盐和C4AF。在图6中，在12-14°范围内的衍射峰对应于AFm相和碳铝酸盐。但是，这两种模式在效果上可能有一些差异。

TIPA和葡萄糖在水化过程中的作用。当TIPA存在，AFm在糊中。在纯和掺入葡萄糖的糊剂中发现单硫铝酸盐。同时，在C4AF峰的高度的差异显着，这表明，在C4AF内容从样本变化来样。在这项研究中，使用XRD图谱中C4AF峰的相对强度的变化而不是Rietveld方法来评估铁素体的消耗量。选择这种方法是因为当水泥水化物，该增加量的该非晶相将影响Rietveld方法的准确度和精确度，特别是对于水化物体系中含量低的晶相。图7显示了不同糊剂中铁素体相的相对含量。数据表明所有的铁素体在1天后都参与了水化作用;然而，铁素体的消耗很大程度上取决于化学类型。

与普通糊状物相比，单独添加葡萄糖抑制了C4AF在1天后的水化作用。TIPA糊剂中C4AF峰的强度在1天后下降，表明TIPA参与水化过程，并且该固体C4AF逐渐消耗。当均被添加TIPA和葡萄糖，或C4AF1和4天之间的消耗典型地抑制与仅TIPA糊剂相比较。这个早期的水化，这是由所示的量热法试验的结果验证期间导致从葡萄糖的延迟作用图3湾膏已水化4天后，将C4AF峰的强度显着下降，表明的C4AF的水化是显着地加快。

由热分析计算出的CH含量列于表2中

图8显示了通过点火法测定的水化糊状物中化学结合水的量，如图9所示。图9显示具有TIPA的糊剂的水化度要么同TIPA和葡萄糖后3天是更高比那的纯糊和仅含葡萄糖的糊的糊，与热量测试一致。然而，热分析表明，与TIPA或TIPA和葡萄糖的糊剂的CH含量比其他的低。该结果表明CH参与特定的化学反应并被消耗。另外，糊剂中的化学结合水的量与两者都相同TIPA和葡萄糖在3天后仅有TIPA，而且伴随着更高的CH消耗量。这证实葡萄糖的加入增强了TIPA的作用水化。

Fig. 3. Heat flow of pastes with different chemicals. (a) TEA and glucose, (b) TIPA and glucose.

3.3毛孔结构

通过BET测试确定糊剂的凝胶孔隙结构，其结果示于图10和表3中。

图10和表3表明添加TIPA和葡萄糖显着影响糊剂的凝胶孔结构。一般来说，葡萄糖糊剂在3天时具有较高的总孔体积，这很可能是由于抑制水泥水化的阻滞作用。在另一方面，与比较川糊，该糊同TIPA有一个相对小SPECI网络

在3天时的表面积，以及仅有葡萄糖的糊剂的特定表面积也较高。既TIPA和葡萄糖糊的SPECI音响C面面积是最小的，表明除了TIPA的3天降低SPECI音响C面面积。当糊状物固化28天后，所述糊剂中观察到的在孔体积无显著差异。然而，TIPA糊剂的特定表面积仍小于普通糊剂，而添加葡萄糖的糊剂具有高比表面积。含有TIPA和葡萄糖的糊剂具有最高的比表面积。此外，较高的SPECIC面面积倾向于在28天时具有孔对应，尤其是在浆料与葡萄糖方面。因此，我们提出，添加葡萄糖的在水化的后期阶段降低了孔径和导致增强的SPECI音响C面面积。

4讨论

试验表明，这两个硫铝酸盐分级表水化的过程中表现不同：TEA亲重铝酸盐反应，而TIPA加速AFM转换。TEA和TIPA的另一个区别在于前者不会对总热量释放有促进作用。Gartner将TEA和TIPA的行为差异归因于其吸附效应。在高pH条件下Al/Fe离子的成功螯合对于TEA和TIPA是有效的。然而，TEA复合物倾向于容易被水化产物吸收，而TIPA复合物能够在较长时间内保持水相中较高的铁浓度[6]。先前的研究表明TIPA能够加速C4AF的溶解，其暴露更多相邻相的表面以进行更快速的反应。因此，水泥的总体反应速度加快，导致水泥强度增加[6]。

我们的研究也证实了单碳铝酸盐和钙矾石的存在，但在普通糊状物或葡萄糖糊状物中不存在AFm相。这是因为CaCO3-C3A反应在硫酸盐耗竭后抑制AFt转化为AFm。在含有TIPA或葡萄糖的糊剂中，确定了半碳铝酸盐和AFm相，这表明TIPA和石灰石参与了水化作用，并且铁素体水化的加速促进了AFt转化为AFm和碳水化合物。这与市川的发现一致[5]。

此外，我们发现TIPA和葡萄糖的相互作用能够在28天时提高水泥的水化度。葡萄糖的化学性质最可能影响水化过程。Ramachandran证实，一些缓凝剂可以吸附在铝酸盐的水化物上，从而抑制其进一步水化[17]。Thomas和Birchall得出结论，糖可以增加硅酸盐的溶解度，因为它们能够螯合Ca2 离子，从而增加了溶液中硅酸根离子的可用性[12]。Juenger和Jennings[10]提出糖吸附在水化物的核上，然后毒害其生长，从而促进更多核的形成。一旦糖被消耗，随后出现异质生长期，由于大量的细胞核而产生更高的表面积。Peterson和Juenger验证了糖作为延迟加速器的概念，导致诱导期较长但速度增加

以及水化作用开始后水化相形成的程度[11]。糖的加入也导致了更高的扩散系数，表明形成的C-S-H更易于渗透并具有更高的比表面积[11]。

在上述研究中，与仅含TIPA的糊剂相比，含TIPA和葡萄糖的水泥具有更大的热释放特征，并且在3天后在水化过程中通过更多的化学结合水来表征。XRD分析表明，在3天之前葡萄糖的存在抑制了C4AF的溶解。之后，TIPA糊剂中C4AF的溶解度大大增强，这归因于缓凝剂的“延迟加速效应”。葡萄糖的存在也改变了凝胶孔隙结构，其特征在于细孔直径和更高的比表面积。TIPA的“促进铁转运”机制得到了促进，因为水化物的渗透性更高，导致硅酸盐的水化度更高，间接解释了为什么TIPA和葡萄糖的相互作用增强了水泥的后期强度在以前的研究中[4,13]。

5.结论

在水泥中添加葡萄糖使C3S水化作用延迟了4-5小时，并且在重新定向后水化速率更快。TEA不会影响C3S的水化作用，但会影响C3A的水化作用，导致AFt的形成加速。TIPA的存在也有利于铝酸盐的反应，反应的加速AFtAFm转换。在量热测试中未检测到TEA与葡萄糖之间的相互作用效应，但TIPA与葡萄糖的组合在7天后强烈促进了水泥的

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