探索木素磺酸盐对水泥水化过程的影响及作用机理研究

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1、华南理工大学博士学位论文木素磺酸盐对水泥水化过程的影响及作用机理研究姓名：庞煜霞申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：邱学青20030601摘鬃摘要本素磺羧整是澍浆造鬃工韭懿瓣产鑫，来滚李塞，徐疆{莲藏。本素磺酸蕊楚最早使用的减水剂，也是目前使用缀最大的普通减水剂，但由于减水率低、过废的缓凝积雩l气终月经混凝±靛旱期强疫大壤度下辫，搜冀不憨鼹律毫效减表裁，无法与以石油为原料生产的高效减水剂相宽争，影响了人们对术素磺酸般回收利爱夔获辍性，造成了霹霉生瓷源懿援大浪爨。因毙，鞋本寨磺酸楚为爨辩蛩}刳瘫效减水剂，不仅可阻扩大术素磺酸盐减水剂的应用范围，

2、而且对于减少环境污染程开发裂耀霹焉生炎源均具蠢重要纛义。本论文系统地研究了术素磺酸钙对水泥净浆凝结时间和抗压强度的影响舰撵，以及对水泥本能过程积水忧产物鲍影睫俸用，揭示了本素磺酸盐的缓凝视爨和对硬化水泥抗压强度的作用机理。以木素磺酸钙为原料研制了高效减水剂GCLI．4，并对其应用性能及作用枧璎进行了深入研究。研究结柴发现，木素磺酸钙可大幅度娥缓水溉永化的放热。木素磺酸钙掺爨超过0．3％后，水泥净浆的凝结时闻迅速增加、抗压强度急剧下降。通过研究水泥净浆液相中Ca2+、S042"和OHl浓度随水化时间的变化，提出了术素磺酸钙缓凝作用的“吸附．络合”帆理

3、：术素磺酸钙的磺酸基在C3A上产生“特性吸附”，延缓了C3A与S042-的承纯速泼；本素磺酸钙在水泥净浆强碱性溶液中对钙离子产生强络合作用，导致液相中Ca(OH)2不能达到过饱和而结鼯析出，从而明鼹延缓水泥水纯。XRD、SEM和孔结构测试等现代分析手段研究表明，本素磺酸钙的掺加能促迸东淹浆体中钙矾石的生成，撺副旱麓CSH的生成，毽对CSH的看期生成无影响。掺加木索磺酸钙的硬化水泥中水化产物晶形发育不完全，结构变得纤细；而且本紊磋酸锈兹弓i气作焉使硬亿永泥的孔臻容积镒显蹭翮，这两方瑟因素寻蒙掺加木索磺酸锱的硬化水泥28天龄期内的抗压强度鼹著下降。醑究

4、了本素续酸钙的分子量窝亲求基含量对獒表瑟物纯毪戆霸东混东讫豹褰观和微观性能的影响。分子中大量羟基的存在是术素磺酸钙对ca”具有络合作用的主蘩原因，盈这耱络音佟餍陡溶液中￡a静浓度豹缮热鞫pH蕊蕊秀毫磊瑶热。分子爨在1万～3万范围、羟基含量较少、羧基和磺酸基含量较高的木索磺酸钙能热捷浓混拳纯速率，缭短承泥净浆兹凝缝潜藏；势促进承纯生成雯多东纯薤酸锈和钙矾石，减小硬化水泥的总孔隙容积和平均孔径，提高抗压强度。浚末素磺酸钙为器瓣，逶过在躐牲条传下进行氧位魏磺譬萋纯反瘦，采震正交实骏优化含成反应的工艺条件参数，研制了高效减水剂GCLI．4。凝胶渗透色谱弱红

5、乡}竞谗蠡冬磅突衰弱，GCLl．毒夔数均分子量舞25960，多分数性为l。02，分子量明显增大且分布变得均一；分子中羟撼含量减少而羧基含量增加，磺化度提华南理工大学工学博士学位论文高到2．87mmol／g木素磺酸钙，属于高磺化度。测试结果表明，GCLl一4的减水率可达20．7％，混凝土的l天、3天和28天的抗压强度比分别可达141％、134％．}1J150％。由于对Ca”的络合能力较木素磺酸钙下降67％，GCLl．4对水泥净浆凝结时间的延缓作用较小。进一步研究表明，GCLl．4可加快水泥浆体的水化和放热速度，促进CSH和钙矾石更快更多地生成，且使硬

6、化水泥浆体中的孔隙容积和平均孔径变得更小，因而能明显提高硬化水泥浆体的水化程度而提高其早期和后期抗压强度。关键词：木素磺酸盐；水泥净浆；高效减水剂；水化过程；缓凝机理IIABSTRACTLignosulfonate(LS)isaby·productofpulpingindustry，anditisderivedfromabundantresourceandrathercheap．Asthefirst．usedconcretewaterreducer．LSisalsothemostusedwaterreducerbynow．Nevertheless，

7、owingtolowwater—reducingratio，excessretardingeffectandair-entrainingproperty,whichmakestheearlystrengthofconcreteaddedLSdropdramatically,LScannotbeusedassuperplasticizerandmatchwithothersuperplasticizersmanufacturedbypetroleum．Theseinsumciencieshavestruckthepositivityofutiliza

8、tionofLS．thuslcadtoenormouswasteofrenewableresource．Therefore