Влияние триизопропаноламина на прочность при сжатии и раннюю гидратацию цемента при низкой температуре. Дозирование триизопропаноламина
Триизопропаноламин использовался в качестве компонента для повышения прочности цементного раствора, чтобы изучить его влияние на прочность раствора, время схватывания цементного теста и характерную для цемента раннюю гидратацию. Также обсуждался механизм повышения прочности триизопропаноламина при низкой температуре 5°C. Результаты показали, что при температуре 5°C введение триизопропаноламина способствовало уплотнению цементного теста, сокращало начальное и конечное время схватывания и ускоряло повышение прочности образцов любого возраста, в том числе прочность после 3 суток значительно возрастала. Показатели прочности на сжатие в течение 1, 3, 7 и 28 суток у растворов, смешанных с 1% триизопропаноламином, могли достигать 196%, 179%, 160% и 110% соответственно, а прочность раствора через 3 суток превышала прочность контрастного образца, отвержденного при 20°C.
В условиях низкой температуры триизопропаноламин может стимулировать реакцию гидратации цемента, сокращать период индукции и ускорять процесс ускорения. Кроме того, увеличились бы максимальная скорость тепловыделения и суммарное количество тепловыделения, а суммарное тепловыделение цемента, смешанного с гидратированным триизопропаноламином, в течение 12 ч и 7 сут увеличилось бы на 73% и 38% соответственно. Триизопропаноламин может сократить стадию зарождения и роста кристаллов (NG) и значительно повысить степень его гидратации, что способствует реакции гидратации цемента. Кроме того, были увеличены скорости реакции гидратации в фазе реакции на границе раздела фаз (I) и фазе реакции диффузии (D), а продолжительность процесса I была увеличена, что ускорило бы повышение прочности образца. Триизопропаноламин, очевидно, не изменял типы продуктов гидратации, но увеличивал содержание Ca(OH)2 в образцах и степень гидратации цемента. После гидратации в течение 7 дней образовывалось большое количество продуктов гидратации, поверхность которых была гладкой, и они склеивались в листы, а структурная плотность образцов значительно улучшалась.
Триизопропаноламин обычно представляет собой белый порошок с хорошей диспергируемостью и превосходной поверхностной активностью. Это может повысить активность гидратации цемента с образованием коллоидов и обладает эффектами усиления адсорбции, увлажнения и диспергирования частиц, которые полезны для ускорения увеличения прочности бетона [1,2]. Триизопропаноламин может расширять коллоидные частицы, создавать давление на окружающую среду и закупоривать капиллярные каналы, тем самым улучшая плотность и непроницаемость бетона[3]. Механизм ускоренного действия в основном заключается в следующем [4,5]: (1) В начале гидратации триизопропаноламин может ускорить растворение и гидратацию C4AF путем образования комплекса Fe3+ в гидратационной суспензии с высоким значением рН для получения большего количества продуктов; (2) Присутствие метильных групп создает пространственные препятствия, препятствующие поглощению продуктов гидратации (таких как Ca(OH)2) триизопропаноламином, тем самым способствуя увеличению прочности цементного теста на средней и поздней стадиях; (3) Триизопропаноламин также может существенно изменять баланс Al/SO42 в системе и способствовать заблаговременному образованию сульфоалюмината кальция (АСм) типа моносульфида.
Gartner и Aggoun с соавторами [4, 6] обнаружили, что триизопропаноламин оказывает значительное укрепляющее действие на прочность после 1-го применения, и это влияние на прочность цементных паст было лучше, чем у ЧАЯ при том же содержании. При дозировке триизопропаноламина 0,2%-0,9% прочность паст на сжатие в возрасте 1 день, очевидно, повышалась, но при содержании более 1,2% триизопропаноламин оказывал значительное прокоагулянтное действие[7]. Некоторые исследования также показали, что триизопропаноламин не оказывает очевидного влияния на первоначальную прочность паст, но оказывает усиливающее действие на последующую прочность с постепенным увеличением срока годности. А крепость 28 d могла бы увеличиться на 12,7%, если бы дозировка триизопропаноламина составляла 0,04%[8].
Триизопропаноламин мог способствовать гидратации C4AF с образованием эттрингита, но не оказывал очевидного влияния на гидратацию C3S[9]. Сандберг и соавторы [10] доказали, что повышение содержания триизопропаноламина не зависит от межфазной связи между суспензией и заполнителем, а прочность паст или строительных растворов, смешанных с 0,02% триизопропаноламина, может быть увеличена на 10% или 9% соответственно. Итикава и соавторы [11] предположили, что триизопропаноламин может вступать в реакцию с C4AF и C3S, а триизопропаноламин также может способствовать участию известнякового порошка в реакции гидратации C3S, тем самым повышая последующую прочность строительного раствора. Кроме того, практическое применение подтвердило, что триизопропаноламин существенно влияет на повышение прочности при сжатии цементных паст с различным минеральным составом[12]. Триизопропаноламин оказывал лучшее укрепляющее действие на цемент с большим количеством минералов текучей фазы, а высокое содержание C3S также способствовало повышению эффективности триизопропаноламина[13]. В настоящее время общепризнано, что триизопропаноламин может способствовать гидратации C4AF путем образования комплекса железо-триизопропаноламин, но может ли триизопропаноламин способствовать гидратации C3S, и механизм усиления действия триизопропаноламина еще предстоит дополнительно изучить.
Снижение температуры отверждения замедлило скорость ранней гидратации цемента, значительно снизило степень гидратации и, очевидно, уменьшило количество изделий [14,15], тем самым препятствуя набору прочности[16]. Исследования по приготовлению и свойствам средств для повышения прочности в основном проводились при комнатной температуре, а при низкой температуре (особенно при 0-5 ℃) — в меньшей степени. Для некоторых бетонных конструкций, таких как высокие опоры и неразрезные мосты с жестким каркасом, а также для глубоководных цементных растворов, выполнение работ по техническому обслуживанию было затруднено, что серьезно повлияло бы на ход бетонных работ. Триизопропаноламин редко исследовался при низкой температуре (особенно 5), и его первоначальные характеристики и механизм действия до сих пор не ясны. Таким образом, триизопропаноламин был разработан в качестве основного компонента прочности в этом исследовании, и был изучен закон влияния триизопропаноламина на прочность раствора в течение 1, 3, 7 и 28 дней при минимальной температуре 5°c для нормального строительства. В дальнейшем было проанализировано влияние триизопропаноламина на процесс ранней гидратации цемента с точки зрения теплоты гидратации, кинетики гидратации, количества образующегося гидроксида кальция и продуктов гидратации (включая состав, морфологию и т.д.), а также обсуждался механизм ранней прочности триизопропаноламина при низкой температуре.
Материалы
Цемент
В данном исследовании использовались цемент P·O 42,5 (HL, Anhui Conch Cement Co., Ltd.) и цемент P·I 42,5 (JZ, China United Cement Group Co., Ltd.), которые соответствовали требованиям GB 175-2007 (китайского стандарта). Анализ химического состава двух видов цемента представлен в таблице 1. Лазерный анализ размера частиц показал, что D50 (средний размер частиц) цемента HL и цемента JZ составляет 24,70 и 16,68 мкм соответственно.
Триизопропаноламин
Высококачественный триизопропаноламин (триизопропаноламин, безводное белое твердое вещество, производства Aladdin Biochemical
Была использована компания Technology Co., Ltd., Шанхай, Китай). Кроме того, добавленная доза триизопропаноламина была зарегистрирована как твердое количество. Триизопропаноламин растворим в воде, этаноле или эфире и обычно используется в качестве удлинителя цепи, нейтрализатора, эмульгатора и т.д.
Другие
Стандартный песок для испытаний был изготовлен компанией Xiamen Aisiou Standard Sand Co., Ltd., а вода использовалась водопроводная или деионизированная.
Методы испытаний
Прочность на сжатие
Цемент P·O 42,5 (ГЛ), смешанный с различными дозировками триизопропаноламина (0%, 0.03%, 0.05%, 0.10%, 0.20%, 0.50%, и 1,00%), а также стандартный песок использовали для формирования образцов раствора размером 40×40×160 мм с использованием воды/связующего соотношение 0,45 по массе в соответствии с GB/T 17671-1999 (китайский стандарт). Образцы подвергали отверждению в камере для отверждения при влажности >90% и (20 ± 1) или (5 ± 0,5) низкой температуре в течение 24 часов, а затем извлекали из формы и подвергали дальнейшему отверждению в тех же условиях. В возрасте 1, 3, 7 и 28 дней измеряли прочность строительных растворов на сжатие. Среднее значение прочности при сжатии представляет собой среднее значение шести показателей.
Время схватывания цементного раствора
В цемент (JZ cement) заранее добавляли триизопропаноламин (0% или 1%), а затем воду и цемент смешивали вместе при соотношении вода/вяжущее 0,40 по массе. Проверьте время схватывания цементного раствора при различных температурах (20 или 5 ℃) в соответствии с методом GB/T 1346-2011 (китайский стандарт).
Температура гидратации
В цемент (JZ cement) заранее добавляли триизопропаноламин (0% или 1%), а затем воду и цемент смешивали вместе при соотношении вода/вяжущее 0,40 по массе. При температуре 20 или 7 (в зависимости от условий эксперимента и возможности контроля температуры испытательного оборудования) теплоту гидратации цементного раствора измеряли с помощью изотермической калориметрии (TAM AIR-II, Швейцария) в соответствии с методом ASTM C1679-08.
Микроскопический анализ
Была приготовлена цементная паста (JZ cement) с различными дозировками триизопропаноламина (0% и 1%) при соотношении вода/вяжущее 0,40 по массе. Свежие пасты были отлиты в металлические формы кубической формы размером 30×30×30 мм и отверждены в камере для отверждения при низкой температуре (5 ± 1) в течение 12 часов, а затем отформованы и подвергнуты дальнейшему отверждению в тех же условиях. По истечении 12 часов, 1 дня и 7 дней образцы разбивали на мелкие кусочки и немедленно погружали в безводный этанол на 2 дня, чтобы остановить гидратацию. Кусочки высушивали в вакуумной сушилке при температуре 40℃, а затем откладывали в сторону.
После напыления золота микроструктуру образцов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6510 (SEM). Эти образцы также были измельчены вручную и пропущены через сито толщиной 80 мкм. Затем порошки были исследованы с помощью рентгеновской дифракции (XRD, рентгеновский дифрактометр smartLAB, Rigaku Co. Япония) с излучением Cu Ka (λ=1,5418 Å) и диапазоном сканирования 2◦ от 5° до 80°. Кроме того, образцы порошка использовали для TG/DSC-анализа путем нагревания образцов от 25 до 1050 с с равномерной скоростью повышения температуры в течение 10 мин в атмосфере N2 (расход газа 50 мл/мин).
Свойства триизопропаноламина
Прочность на сжатие
При выдержке при температуре 5°С, прочность на сжатие в течение 1, 3, 7 и 28 суток для строительных растворов, которые были смешаны с различными количествами триизопропаноламина. Контрастность-20 и контрастность-5 выражены как контрастные образцы, отверждающиеся при температуре 5 или 20°с соответственно. Чтобы сравнить влияние триизопропаноламина на прочность строительных растворов, в качестве ориентиров используются значения прочности при сжатии при температуре-5 ℃ в различном возрасте, которые используются для расчета коэффициентов прочности при сжатии соответствующих строительных растворов с триизопропаноламином.
Результаты показали, что при повышении температуры отверждения от 20 до 5 градусов прочность контрастного образца в различном возрасте значительно снижается, а прочность до 7 дней особенно значительно снижается. Прочность на сжатие в течение 1 сут у contrast-5 составила всего 1,8 МПа, что снизилось на 83% по сравнению с contrast-20, а прочность на сжатие в течение 7 сут также снизилась на 34%. При отверждении в течение 5 дней введение триизопропаноламина повышало прочность строительных растворов любого возраста, в том числе прочность после 3 суток явно возрастала, но прочность в течение 1 суток была относительно низкойРезультаты показали, что при повышении температуры отверждения от 20 до 5 градусовь контрастного образца в различном возрасте значительно снижается, а прочность до 7 дней особенно значительно снижается. Прочность на сжатие в течение 1 сут у contrast-5 составила всего 1,8 МПа, что снизилось на 83% по сравнению с contrast-20, а прочность на сжатие в течение 7 сут также снизилась на 34%. При отверждении в течение 5 дней введение триизопропаноламина повышало прочность строительных растворов любого возраста, в том числе прочность после 3 суток явно возрастала, но прочность в течение 1 суток была относительно низкой. В диапазоне дозировок от 0,03% до 1% прочность раствора на 3, 7 и 28 дней сначала снижалась, а затем увеличивалась с увеличением дозы триизопропаноламина.
При дозировке триизопропаноламина в 1% строительные растворы имели самую высокую прочность во всех возрастных группах, а показатели прочности при сжатии в течение 1, 3, 7 и 28 дней могли достигать 196%, 179%, 160% и 110% соответственно. Таким образом, эффект от применения триизопропаноламина в начале приема был значительным, и 28-дневная доза все еще могла значительно увеличиться. Дальнейший анализ показал, что при использовании 0,5% триизопропаноламина.
При дозировке триизопропаноламина в 1% строительные растворы имели самую высокую прочность во всех возрастных группах, а показатели прочности при сжатии в течение 1, 3, 7 и 28 дней могли достигать 196%, 179%, 160% и 110% соответственно. Таким образом, эффект от применения триизопропаноламина в начале приема был значительным, и 28-дневная доза все еще могла значительно увеличиться. Даьнейший анализ показал, что при использовании 0,5% триизопропаноламина или 1% триизопропаноламина показатели прочности строительных растворов на сжатие при 3, 7 и 28 сутках могут значительно превышать 150%, 130% и 100% соответственно. А прочность раствора через 3 дня уже была близка или даже больше, чем у противоположного образца, отвержденного при 20°с. В заключение следует отметить, что введение триизопропаноламина повышало прочность строительных растворов при любом возрасте отверждения в течение 5 дней, прочность после 3 суток значительно возрастала, а через 28 суток прочность все еще могла значительно возрасти.
Таким образом, первоначальные показатели прочности триизопропаноламина при низкой температуре были превосходными, а его подходящий диапазон дозировок составлял от 0,5% до 1%. 3.1.2 Время схватывания цементной массы При 5 или 20 с. РезТаким образом, первоначальные показатели прочности триизопропаноламина при низкой температуре были превосходными, а его подходящий диапазон дозировок составлял от 0,5% до 1%. 3.1.2 Время схватывания цементной массы При 5 или 20 с. Результаты по времени схватывания цементных паст, смешанных с 1% триизопропаноламином, или контрастных образцов приведены в таблице.
При снижении температуры отверждения от 20 до 5 ℃ начальное и конечное время схватывания цементных паст значительно увеличивались, а разница во времени схватывания также увеличивалась, и время окончательного схватывания могло увеличиться более чем в два раза. При температуре 5 ℃ начальное и конечное время схватывания контрастного образца увеличивались с 4 ч 59 мин, 7 ч 03 мин до 13 ч 5 мин и 18 ч 27 мин соответственно. При различных температурах отверждения добавление триизопропаноламина способствовало схватыванию цемента и сокращало начальное время схватывания, время окончательного схватывания и разницу во времени схватывания. Эффект сокращения времени схватывания цементных паст при температуре 5 ℃ был более очевидным, чем при температуре 20 ℃. Но время схватывания цементных паст, смешанных с 1%-ным содержанием триизопропаноламина, отвержденных при температуре 5 ℃, все еще отставало от времени схватывания контрастных образцов, отвержденных при температуре 20 ℃, поэтому триизопропаноламин практически не влиял на конструктивные качества бетона.
Анализ процесса гидратации
Теплота гидратации
Температуру гидратации цементных паст с 1%-ным содержанием трииТемпературу гидратации цементных паст с 1%-ным содержанием триизопропаноламина и контрастных образцов измеряют при 20 или 7 (в зависимости от условий эксперимента и возможностей испытательного оборудования регулировать температуру) соответственно. В 20 часов максимальная скорость тепловыделения контрастного образца на начальной стадии гидратации составила 0,00231 Вт/г, а его суммарное тепловыделение за 7 дней достигло 277,4 Дж/г. При добавлении триизопропаноламина период инициации При добавлении триизопропаноламина период инициации гидратации цемента был незначительно сокращен, пик тепловыделения наступил на 2,0 часа раньше, а максимальная скорость тепловыделения достигла 0,00268 Вт/г, что на 16% больше по сравнению с контрастным образцом. Кроме того, продолжительность тепловыделяющего пика была немного сокращена. Суммарное тепловыделение в каждом возрасте также увеличивалось, и суммарное тепловыделение за 7 дней достигло 301,5 Дж/г, что увеличилось на 8,7%.
При снижении температуры отверждения от 20 до 7°c период индукции гидратации контрастных образцов увеличился на 2,1 часа, а пик тепловыделения стал короче и шире. Максимальная скорость тепловыделения контрастного образца составила всего 0,00095 Вт/г, а время наступления пика тепловыделения увеличилось с 17,2 до 26,7 часов. Кроме того, продолжительность пика тепловыделения была увеличена на 70% по сравнению с контрастными образцами, отвержденными при 20°с, а суммарное тепловыделение за 7 дней также уменьшилось на 36%, поэтому скорость теКроме того, продолжительность пика тепловыделения была увеличена на 70% по сравнению с контрастными образцами, отвержденными при 20°с, а суммарное тепловыделение за 7 дней также уменьшилось на 36%, поэтому скорость тепловыделения и суммарное тепловыделение цемента, очевидно, снижаются с понижением температуры.
При 7 режимах эксплуатации введение триизопропаноламина привело к значительному изменению скорости тепловыделения и суммарного тепловыделения цемента, причем степень изменения была более очевидной, чем при 20 режимах эксплуатации. Что касается скорости выделения тепла, то, во-первых, время индукции гидратации и период ускорения были значительно сокращены, а время наступления пика выделения тепла увеличилось с 17,2 до 26,7 часов, что было раньше, чем у контрастных образцов, отвержденных при 20°с. Во-вторых, продолжительность пика тепловыделения сократилась примерно на 11 часов, а максимальная скорость тепловыделения увеличилась на 16%, что было больше, чем при 20.
Что касается суммарного тепловыделения, то суммарное тепловыделение в каждом возрасте значительно увеличивалось при введении триизопропаноламина, и чем короче возраст, тем более очевиден эффект. Суммарное тепловыделение в каждом возрасте было примерно таким же, как у контрастного образца, отвержденного при температуре 20°с, и закономерность изменения суммарного тепловыделения была аналогична изменению прочности строительных растворов на сжатие. Суммарное тепловыделение паст с 1%-Суммарное тепловыделение паст с 1%-ным содержанием триизопропаноламина после гидратации в течение 12 часов достигло 32,5 Дж/г, что на 73% больше по с
Анализ кинетики гидратации
Кинетическая модель гидратации цемента, предложенная Крстуловичем и Дабичем, широко используется при изучении кинетики гидратации цемента. Реакция гидратации цемента включает в себя три основных процесса, такие как процесс зарождения и роста кристаллов (NG), процесс реакции на границе раздела фаз (I) и процесс диффузии (D)[17,18]. Параметры кинетики гидратации цемента с 1%-ным содержанием триизопропаноламина и контрастным образцом, как показано в таблицах 6 и 7, получены путем расчета на основе модели Крстуловича-Дабича. K’ представляет собой константу скорости реакции в процессе гидратации, а n представляет порядок реакции, и a1 (a2) и t1 (t2) представляют степень гидратации и время, соответствующие точке перехода от процесса NG к процессу I (от процесса I к процессу D) соответственно. Результаты показали, что при температуре 20 или 7°с реакция гидратации цемента, смешанного с триизопропаноламином, была сложным процессом, в котором одновременно протекало множество реакций, и основные факторы, определяющие скорость гидратации, не были одинаковыми на разных стадиях.
Снижение температуры или введение триизопропаноламина не повлияли на процесс гидратации цемента, который по-прежнему подразделялся на два этапа. На начальной стадии гидратации цемента в цементных пастах содержалось больше свободной воды и меньше продуктов гидратации, а образование зародышей и рост кристаллов (NG) были основным контролирующим фактором. По мере протекания реакции количество свободной воды уменьшалось, а количество продуктов гидратации постепенно увеличивалось, и основным контролирующим фактором стала реакция на границе раздела фаз (I). По мере того как слой продуктов гидратации становился все толще и толще, миграция ионов становилась все более и более затрудненной, поэтому реакция гидратации в конечном итоге контролировалась реакцией диффузии (D).
Порядки реакций (n) в процессе гидратации цемента находились в диапазоне от 1,24 до 1,66, которые были больше 1 и не были целыми, что указывало на то, что все реакции гидратации цемента в это время были сложными, не примитивными реакциями. Величина константы реактивности (K) указывала на величину скорости реакции, и чем больше было значение K, тем легче протекала реакция. При снижении температуры отверждения с 20 до 7 ℃ константы скорости реакции K1 ’, K2’ и K3 ’ в процессах NG, I и D для контрастного образца снижались, причем K1 ’ снижался особенно значительно. Это позволило предположить, что снижение температуры не привело к фундаментальному изменению реакции гидратации, но привело к снижению скорости реакции гидратации на каждой стадии, и скорость реакции в процессе NG явно снизилась.
Введение триизопропаноламина привело к увеличению K1 ’, K2 ’ и K3 ’ при отверждении при различных температурах, причем увеличение K1 ’ было более значительным при низкой температуре. Это указывало на то, что триизопропаноламин может увеличивать скорости реакций NG, I и D, и ускорение процесса I было более очевидным при низкой температуре. В то же время триизопропаноламин может стимулировать все реакции гидратации цемента на ранней или поздней стадии, и это согласуется с прочностью строительных растворов на сжатие. Из таблицы видно, что при понижении температуры отверждения от 20 до 7 градусов точки перехода процесса водной реакции контрастного образца от NG к I и от I к D задерживаются на 7,8 и 6,3 часа соответственно. Значения a1, a2 были уменьшены, и разница во времени между двумя точками перехода также сократилась. Это указывало на то, что снижение температуры удлиняло процесс гидратации цемента, снижало степень гидратации, замедляло процесс гидратации, а также сокращало продолжительность первого процесса (t2-t1). При низкой температуре введение триизопропаноламина заблаговременно привело к двум переходным точкам гидратации цемента, и продолжительность процесса гидратации (t1) сократилась на 27%, а соответствующая степень гидратации (a1) была увеличена на 250% по сравнению с контрастным образцом соответственно.
Продолжительность процесса I (t2-t1) была увеличена на 24%, а степень гидратации (a2- a1) также была увеличена на 14%, и время (t2), необходимое для перехода реакции гидратации в процесс D, было немного увеличено. Это указывало на то, что введение триизопропаноламина сократило продолжительность процесса гидратации цемента и значительно повысило степень гидратации цемента при низкой температуре и, соответственно, увеличило продолжительность процесса гидратации цемента, тем самым ускорив реакцию гидратации цемента. Таким образом, влияние триизопропаноламинового компонента на кинетику гидратации цемента в основном отражалось в двух аспектах: во-первых, значительно сокращалась продолжительность стадии зарождения и роста кристаллов (NG), повышалась степень гидратации и скорость реакции гидратации; во-вторых, скорость гидратации количество стадий реакции на границе раздела фаз (I) и диффузионной реакции (D) было увеличено, а продолжительность процесса I была увеличена.
Анализ продуктов гидратации
Рентгеновский анализ
При низкой температуре представлены рентгенограммы цементных паст, гидратированных в течение разного времени в присутствии и в отсутствие триизопропаноламина (1%). По мере увеличения периода гидратации интенсивность дифракционных пиков C3S и C2S постепенно снижалась, в то время как интенсивность дифракционных пиков Ca(OH)2 постепенно увеличивалась, и в продуктах гидратации образовывалось некоторое количество эттрингитов. Интенсивность дифракционного пика Ca(OH)2 и эттрингита в цементных пастах, смешанных с 1% триизопропаноламином, была, очевидно, сильнее, чем в контрастном образце того же возраста, но интенсивность дифракционного пика C3S и C2S, по-видимому, была слабее по сравнению с контрастным образцом. При гидратации до 7 сут в контрастном образце и цементной пасте, смешанных с 1% триизопропаноламином, интегральные площади наиболее сильных дифракционных пиков Ca(OH)2 при 2-Тета=18,05° составили 31 413 и 39 218 соответственно, а интегральные площади наиболее сильных дифракционных пиков C3S и C2S составили при угле 2-Тета от 32,2° до 32,6° их было 35 423 и 28 584 соответственно. Результаты показали, что введение триизопропаноламина способствовало ранней гидратации цемента при низкой температуре и увеличивало скорость гидратации цемента, но, очевидно, не изменяло типы продуктов гидратации.
Анализ TG-DTG
На рис.4 представлены кривые DSC/TG гидратации цементных паст различного возраста в присутствии и в отсутствие триизопропаноламина (1%) при низкой температуре 5. На кривых каждого образца в процессе нагревания от 25 до 1050 ℃ наблюдаются два очевидных эндотермических пика. В диапазоне температур от 50 до 200 °C потеря массы связана с потерей свободной воды, разложением геля C-S-H и гидратированного сульфоалюмината кальция; при температуре 380-500°C происходит разложение гидроксида кальция. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа, основным продуктом гидратации кристаллов паст с добавлением или без добавления триизопропаноламина был Ca(OH)2, и интенсивность дифракционного пика Ca(OH)2 постепенно увеличивалась с увеличением времени отверждения до 7 дней. Таким образом, содержание Ca(OH)2 в образце может быть использовано для косвенной оценки степени гидратации цемента. Взяв за исходное значение качество сухой основы каждого образца при температуре 950 ℃, относительную потерю массы в диапазоне температур от 380 до 500 ℃ можно преобразовать в относительное содержание Ca(OH)2, и результаты расчета приведены в таблице 8. В каждом возрасте содержание Ca(OH)2 в образцах сравнения было низким, а содержание Ca(OH)2 через 12 ч и 1 сут составляло соответственно только 1,19% и 4,73%. При добавлении 1% триизопропаноламина содержание Ca(OH)2 в образцах во всех возрастных группах было значительно выше, чем в контрольных образцах, и эффект был особенно значительным до 1 дня. Содержание Ca(OH)2 увеличилось на 113% и 97% соответственно по сравнению с контрольными образцами. контрастный образец через 12 ч и 1 сут, а содержание Ca(OH)2 через 7 сут также увеличилось на 24%. Таким образом, это еще раз подтвердило, что введение триизопропаноламина может способствовать гидратации цемента при низкой температуре, увеличивать скорость и степень гидратации цемента и, таким образом, повышать прочность образцов.
СЭМ-анализ
В возрасте 1 дня на поверхности частиц цемента в контрастных образцах образовалось небольшое количество скрытого C-S-H геля, но степень гидратации была низкой, а контур частиц был четким и их можно было легко различить. Между частицами было много пор, и общая структура образца была очень рыхлой. Кроме того, было много эттрингитов, похожих на игольчатые стержни, которые имели неупорядоченное распределение и относительно тонкую морфологию. Также можно было увидеть небольшое количество гексагональных кристаллов Ca(OH)2. После гидратации в течение 7 дней количество кристаллов Ca(OH)2 увеличилось, но их размер был меньше.
Образовалось небольшое количество кластеризованного C-S-H геля, а поры были заполнены большим количеством столбчатых эттрингитов. Таким образом, общая структура образца была более плотной, чем при 1 сут, но все еще можно было увидеть небольшое количество частиц цемента с низкой степенью гидратации. В пастах, содержащих 1% триизопропаноламина, гидратированного до 1 г, на поверхности частиц цемента образовывалось большое количество хлопьевидных продуктов гидратации, но эттрингитовых продуктов обнаружить не удалось. Кроме того, количество кристаллов Ca(OH)2 было небольшим, и общая структура также была рыхлой, что было значительно улучшено по сравнению с контрастными образцами. После гидратации в течение 7 дней образовывалось большое количество продуктов гидратации, поверхность которых была гладкой, и они склеивались в листы, а частицы цемента или кристаллы Ca(OH)2 было нелегко отличить. Таким образом, структурная плотность образца значительно улучшилась, что может быть одной из причин дальнейшего повышения прочности образцов.
Выводы
При низкой температуре введение триизопропаноламина способствовало схватыванию цементных паст и сокращало начальное время схватывания. Триизопропаноламин может ускорить развитие прочности образцов любого возраста, у которых прочность через 3 дня значительно возрастает, а через 28 дней все еще может значительно возрасти. Таким образом, триизопропаноламин оказывал превосходное ускоренное действие при низкой температуре, а его подходящая дозировка составляла от 0,5% до 1%. Коэффициенты прочности на сжатие в течение 1, 3, 7 и 28 дней у растворов, смешанных с 1% триизопропаноламином, могли достигать 196%, 179%, 160% и 110% соответственно, а прочность раствора через 3 дня превышала прочность аналогичного образца, отвержденного при 20℃.
В дозе 20 или 7 триизопропаноламин может стимулировать реакцию гидратации цемента, сокращать период индукции гидратации цемента и ускорять период ускорения гидратации. Кроме того, была бы увеличена максимальная скорость тепловыделения и суммарное тепловыделение, и эффект был бы более очевиден при низкой температуре. При низкой температуре суммарная теплоотдача паст с 1%-ным гидратированным триизопропаноламином в течение 12 ч и 7 сут увеличивалась на 73% и 38% по сравнению с контрастным образцом соответственно.
При низкой температуре триизопропаноламин сокращал стадии зарождения и роста кристаллов (NG) и значительно повышал степень гидратации, что способствовало протеканию реакции гидратации. Кроме того, были увеличены скорости гидратации в фазе реакции на границе раздела фаз (I) и фазе реакции диффузии (D), а продолжительность процесса I была увеличена, что ускорило повышение прочности образца.
Введение триизопропаноламина способствовало ранней гидратации цемента при температуре 5°С, и были отчетливо видны дифракционные пики Ca(OH)2 и эттрингита, но триизопропаноламин, очевидно, не изменял типы продуктов гидратации. Содержание Ca(OH)2 в образцах и степень гидратации увеличились, а содержание Ca(OH)2 увеличилось на 113% и 97% по сравнению с контрастным образцом в возрасте 12 ч и 1 сут соответственно. В пастах с 1%-ным содержанием триизопропаноламина на поверхности частиц цемента образовывалось большое количество продуктов гидратации. После гидратации в течение 7 дней образовывалось большое количество продуктов гидратации, поверхность которых была гладкой, и они склеивались в листы, а структурная плотность образца значительно улучшалась.