三乙醇胺对水泥流变性能和水化的影响_王景然

硅酸盐通报

BULLETINOFTHECHINESECEＲAMICSOCIETY

Vol．33No．1January，2014

三乙醇胺对水泥流变性能和水化的影响

马保国，何王景然，

超，田

振，李海南

（武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉430070）

XＲD、SEM等手段，凝结时间、流变性能、力学强度、研究不同掺量的三乙醇胺对水泥流摘要：采用标准稠度用水量、

变性能和水化的影响。掺0．15%TEA后，水泥10min和30min的塑性粘度、屈服应力均降低，增加了水泥浆体的10min和30min的塑流动性，延长了水泥的凝结时间。掺0．20%TEA对水泥具有促凝作用，促进了水泥的水化，性粘度、屈服应力均增大，降低了水泥浆体的流动性。随TEA掺量增加，减少了水泥标准稠度用水量，促进了水化产物AFt的生成，提高了水泥净浆强度。

关键词：三乙醇胺；流变性能；水化产物；微观结构中图分类号：TQ173

文献标识码：A

1625（2014）01-0001-05文章编号：1001-

InfluenceofTriethanolmineontheＲheologicalPropertiesand

HydrationofPortlandCement

WANGJing-ran，MABao-guo，HEChao，TIANZhen，LIHai-nan

（StateKeyLaboratoryofSilicateMaterialsforArchitectures，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China）

Abstract：Theeffectoftriethanolamine（TEA）ontherheologicalcurve，rheologicalparameterandhydrationofcementwasresearched．Thestandardconsistencywaterconsumption，settingtime，rheologicalproperties，mechanicalstrength，XＲDandSEMhasbeeninvestigated．Theplasticviscosityandyieldstressat10minand30minwerereduced，when0．15%TEAwasaddedincement．Atthesametime，itincreasedthemobilityofcementpaste，prolongthesettingtimeofcement．WhileTEAincreaseto0．20%，itwaspromotedthecementhydration，reducedthecementpastefluidity，increased10minand30minoftheplasticviscosityandyieldstress．WiththeincreaseofdosageofTEA，thestandardconsistencywaterconsumptionofcementwasreduced，theAFtinhydrationproductsformationwaspromoted，andthecompressofcementslurrywasincreased．AttherightamountofTEA，itcanimprovethefluidityofcement，controladjustablecondensationandhydrationofcement，andmeettherequirementsofengineeringconstructionandperformance．

Keywords：triethanolmine；rheologicalproperty；hydrationproduct；microscopicstructure

1引言

硬化。这种演变过程，在一定程度上体现水泥浆体的微观结构形成水泥加水形成悬浮体，并逐渐凝聚、

和发展，影响水泥的强度和耐久性。水泥和混凝土的工作性能与水泥浆体的流变特性有关，分析水泥浆体的流变性能十分必要。研究水泥浆体结构形成规律，可为开发水泥的性能和设计混凝土提供的依据

基金项目：国家自然科学基金（51178363）；青年科学基金（51002110）．），女，博士研究生．主要从事胶凝材料及应用研究．作者简介：王景然（1986-mail：mbgjob@163．com通讯作者：马保国．E-［1］

。通过采

2专题论文硅酸盐通报第33卷

［2］

用各种外加剂对水泥流变性能加以调整和控制，既满足工作性能的要求，又获得优质的水泥石和混凝土。

被广泛应用。对掺加TEA的硅酸盐水用于混凝土的外加剂种类众多，三乙醇胺（TEA）作为早强剂之一，

泥水化进行研究

，发现TEA在掺量比较小时，对水泥略有缓凝作用，但是掺量较大时，反而发生快凝作用。

本文通过对不同掺加量的TEA新拌水泥浆体流变性能的测定，研究TEA对新拌水泥浆体流变性能、化

［3，4］

SEM对水泥的水化产物进行分析。学收缩和强度的影响，并采用XＲD、

2

2．1

实验

原材料

2

水泥：华新PO42．5级硅酸盐水泥，比表面积为342m/kg，其化学组成见表1。

分析纯AＲ。相对分子量：149．19，化学试剂TEA：（N（C2H4OH）3），

表1

Tab．1

SiO222．05

Fe2O32．27

Al2O36．94

TiO20．15

水泥的化学成分分析

/wt%

Na2O0．24

K2O0．51

Loss3．76

CaO61．73

MgO1．31

SO31．93

Thechemicalcompositionofportlandcement

2．2试样的制备

按照实验设计测定TEA掺量如表2，测定不同掺量的TEA对水泥的标准稠度用水量和凝结时间。按照

W/C=0．5，测试不同TEA掺量的水泥流变性能。按照W/C=0．35用广口瓶测试TEA掺量不同水泥浆体的3d、7d和28d化学收缩。按照W/C=0．35，用40mm×40mm×40mm模具制备TEA掺量不同的水泥净浆7d和28d龄期的抗压强度，试样。试样在湿度为100%、温度为25℃标准养护室进行养护，测试3d、用无

SEM测试。水酒精终止水化并烘干，以备做XＲD、2．3

实验方法

2011测定水泥的凝结时间；采用ＲHEO2000粘度仪测定新拌水泥净浆的流变性能；采用广按GB1346-500压力试验机测定水泥试块强度；采用转靶X射线口瓶测定水泥净浆（W/C=0．35）的化学收缩；采用NYL-

5610LV扫描电子显微镜（SEM）对水泥水化产物形貌分析。衍射仪（XＲD）对水泥水化产物分析；采用JSM-表2

Tab．2

SampleT0T1T2T3T4T5

TEA对水泥凝结时间及标准稠度用水量的影响

Settingtime/min

Initialsetting

18215614514820386

Finalsetting

2238227215276102

EffectofTEAonsettingtimeandstandardconsistencywaterconsumptionofcement

TEA/%00．030．050．100．150．20

PO42．5/%

10099．9799．9599．9099．8599．80

Water/%26．4626．2226．1326．1525．8625．62

3

3．1

结果与讨论

TEA对水泥浆体标准稠度及凝结时间的影响

水泥浆体的标准稠度及凝结时间随TEA掺量的变化规律见表2。从表2中可以看出，标准稠度用水量

随着TEA掺量的增大，呈现下降趋势。当TEA的掺量为0．02%～0．10%时，水泥的初凝和终凝时间均比空TEA的存在可白样减少。当TEA掺量为0．02%～0．10%时，可以加速水泥水化，促使水泥凝结。研究发现，

［5］

凝结时间与空白样相比有所增加，出现一定的以促进C3A与石膏之间的反应。当TEA掺量为0．15%时，

缓凝。TEA掺量为0．15%时，可促进AFt的生成，生成的AFt覆盖在水泥熟料表面，阻碍水泥C3S的水化，从

第1期王景然等：三乙醇胺对水泥流变性能和水化的影响3

TEA促进生成大量的AFt，出现快凝现象，消耗大量的水，促使而延缓浆体结构的形成。当掺量为0．20%时，

浆体稠化，快速凝结。3．2

TEA对水泥浆体流变性能的影响

用旋转粘度仪测试不同掺量的TEA对水泥浆体结构的影响。水泥浆体是由水泥颗粒悬浮在介质水中形

［6］

成的，其粘度不与介质粘度、固体颗粒间的作用力、固体颗粒与水间的作用力、水泥水化程度等因素有关。T2、T4、T5对应的TEA的掺量，选择T0、按照W/C=0．5制备水泥净浆，分别测试水泥净浆加水后10

－1

min、30min，在剪切速率在30～100s区间的塑性粘度和屈服应力。从流变性能分析在TEA作用下，水泥新拌浆体初始结构的形成和发展规律。

图1TEA对水泥浆10min塑性粘度的影响EffectofTEAonplasticviscosityofcementpasteat10min

图2TEA对水泥浆10min屈服应力的影响

EffectofTEAonyieldstressofcementpasteat10min

Fig．1Fig．2

水泥浆体拌合后10min的塑性粘度如图1，在水泥浆拌合10min后，塑性粘度值T2＞T5＞T0＞T4，其中T4的塑性粘度最小。说明掺0．15%TEA的水泥浆，使水泥浆体中颗粒分散，水泥浆的初始流动性变好，塑0．20%的TEA后，性粘度减少3Pa·s。掺和0．05%、在水泥水化初期，促使水泥水化，从而增加了浆体的粘度，增幅达2Pa·s。水泥浆拌合10min后，相比空白样，掺0．20%TEA的T5的水泥浆，屈服应力最大，流动性最差。而掺0．05%、0．20%TEA后，水泥浆的屈服应力比空白样有所减小，水泥浆体在拌合初期流动性变好。各个试样的屈服应力值T2＞T5＞T0＞T4，具体情况见图2。

图3TEA对水泥浆30min塑性粘度的影响EffectofTEAonplasticviscosityofcementpasteat30min

图4TEA对水泥浆30min屈服应力的影响

EffectofTEAonyieldstressofcementpasteat30min

Fig．3Fig．4

水泥浆拌合30min后的塑性粘度和屈服应力分别见图3和图4。相同掺量的试样30min的塑性粘度比10min的粘度值增大，流动性均变差。0．20%掺量的TEA的T5的塑性粘度最大，浆体稠化，水泥快速凝

4专题论文硅酸盐通报第33卷

0．15%的TEA后，水泥浆的塑性粘度均减于空白样。其中T4的减小幅度达4Pa·s。屈服结。掺和0．05%、

应力与塑性粘度的变化趋势一致：T5＞T0＞T2＞T4。3．3

TEA对水泥化学收缩的影响

TEA对水泥化学收缩的影响情况见图5和图6。硅酸盐水泥的各个单矿在水化过程中收缩大小：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S［7］。从图5可以看出，随着TEA掺量的增加在水泥水化初期的12h内，化学收缩变小。0．05%～0．20%掺量TEA的化学收缩在4～8h接近。掺量为0．03%或＞0．15%的7d与28d化学收缩大

TEA影响了C3A的水化产物的结于空白样。水泥浆体初期化学收缩与C3A的水化有关。在水化12h内，

S-H凝胶及CH晶体的生成，晶过程。适量TEA促进了C3S的后期水化，加速C-造成化学收缩有所增加。分

析图6，掺TEA后，水泥水化28d的收缩均有不同程度的增加。

图5Fig．5

12h内水泥化学收缩曲线图6Fig．6

28d水泥化学收缩曲线

Shrinkagecurveofcementin12hShrinkagecurveofcementin28d

3．4TEA对水泥净浆强度的影响

图7Fig．7

TEA对水泥净浆强度的影响

Fig．8

图8水泥水化产物的XＲD图

EffectofTEAonthestrengthofcementXＲDpatternsofhydrationproductsofcement

TEA掺量变化对水泥强度的影响规律如图7。与不掺外加剂的水泥相比，当TEA掺量为0．03%时，水

［8］

C2S的水化过泥3d的强度有所增加。TEA的早强作用，而对C3S、主要是由于TEA能促进C3A的水化，

程则有一定的抑制作用。在0．02%～0．08%掺量范围内，随着TEA掺量的增大，水泥强度逐渐减小。

不仅当掺量大于0．1%时，水泥强度有较大的提高，即适量的TEA在诱导期过后可以促进C3S的水化，具有较好的早强效果，同时使水化产物后期充分地生长、密实，保证了后期强度亦有所提高。

3．5不同TEA掺量时水泥的XＲD

10］

C-S-H在其强度发展中起着最为主要的作用［9，。不同TEA掺量的水泥水化3d的对于硅酸盐水泥，

产物XＲD图谱如图8所示。随着TEA掺量的增加，水泥水化产物中生成的Ca（OH）2的峰峰高明显增加，

C3S的水化。当TEA掺量为0．20%时，AFt峰比较明显。当TEA掺量足够大时，证实了TEA促进C3A、其促

进生成大量AFt，浆体迅速稠化，加快水泥凝结，与TEA对水泥浆体凝结时间影响规律一致。

第1期王景然等：三乙醇胺对水泥流变性能和水化的影响5

3．6

外加剂对水泥水化产物结晶过程的影响

［11，12］

。不同利用SEM观察水泥水化产物的微观形貌，分析外加剂对水泥水化产物结晶过程的影响

TEA掺量的水泥水化产物形貌如图9所示。

S-H凝胶生成见图9a。掺0．05%TEA对水泥水化有延缓作用，空白水泥样中有大量小片状层叠C-浆体内孔洞较多，水化产物有较大的孔隙，结构不致密见图9b。掺0．15%TEA水泥水化样如图9c所示，水化产

物表面覆盖生成的AFt，阻碍水泥C3S的水化，从而延缓水泥浆体的结构形成与发展。掺0．20%的TEA水S-H凝胶结构较致密，泥水化样如图9d所示，水化产物有生成大量的长杆状AFt生成，水泥石中的C-且部分连成整体，从而出现快凝现象。

图9不同TEA掺量水泥的微观形貌（a）空白水泥样；（b）0．05%；（c）0．15%；（d）0．20%

Fig．9

EffectofdifferentcontentTEAonthemicrostructureofcement

4结论

适量的TEA可以明显改善水泥浆体的流动性，影响水泥的凝结时间以及水泥的水化产物。随TEA掺

10min和30min的塑性量增加，水泥标准稠度用水量减少。掺量0．15%TEA的水泥浆体的凝结时间增加，10min和30min的塑粘度、屈服应力降低，其流变性能有所改变。而掺量0．20%TEA对水泥具有促凝作用，

性粘度、屈服应力增大，从而降低了水泥浆体的流动性，缩短了水泥凝结时间，其水化产物中AFt峰明显增高。适量的TEA可以促进了水化产物AFt的生成，改善了水泥水化产物形貌，提高了水泥净浆强度。

参

考

文

献

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