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沸石对丁苯共聚物/水泥凝结硬化及早期水化的影响

更新时间:2009-03-28

水泥是当今建筑行业中应用最为广泛的原材料之一,但水泥基材料也存在诸多缺陷,如脆性大,自重大,易开裂,延伸率低,耐久性差和耐腐蚀性弱等.为克服以上缺点,提高水泥的综合性能,拓宽其应用领域,聚合物/水泥复合胶凝材料应运而生.与普通水泥基材料相比,丁苯共聚物乳液改性水泥基材料具有更好的工作性、韧性、力学性能和耐久性等[1-4],在混凝土修补和防水[5-7]等领域都有很好的表现.但是,跟其他聚合物一样[8-11],丁苯共聚物乳液的加入会延缓水泥的水化及凝结硬化[12-14],这在很多时候限制了丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料的应用.虽然目前有许多促凝剂可以加速水泥的凝结硬化,但因其价格昂贵,且通常伴随着材料强度大幅下降、干缩严重等副作用[15-17],因此大规模使用并不经济.笔者前期研究发现,含有大量活性SiO2的稻壳灰可以通过促进C3S的水化而有效加快丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料的凝结硬化过程[18],但是这样的稻壳灰必须经过高温煅烧才能获得.沸石是一种资源丰富、容易开采且非常廉价的含水铝硅酸盐天然矿物,其化学成分以活性SiO2和活性Al2O3为主,而且具有巨大的内表面积、出色的吸附性和离子交换特性.基于沸石成分、结构特性以及较强的火山灰反应活性[19],在水泥浆体或混凝土中掺入适量的沸石能提高材料强度和密实度、抑制碱骨料反应、提高其耐久性[20-22].因此,沸石有望被用来解决丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料凝结硬化慢的问题.

一是不管涉案对象年纪多老,只要涉嫌违法,该追究的照样追究。本案中被举报的利夫西已是84岁的风烛残年的老头,不少人到这个年纪,怕是路都走不稳了吧?说他“攻击他人”,能攻击到哪里去?说他“威胁恐吓”,谁会怕一个80多岁的老头的威胁?警方给一个80多岁的老头戴上手铐,有这个必要吗?而且,一个80多岁的老头涉嫌违法,有必要兴师动众,出动约10名警察赶到利夫西家吗?但是,美国警察根本不考虑上述情况,该上门问罪,照样上门问罪,该戴上手铐,照样戴上手铐。

本文以沸石作为调凝材料,讨论其对丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料凝结时间和早期强度的影响,并从水化放热速率和水化产物等角度分析沸石在丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料中的作用机理,以期经济有效地调节丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料的凝结硬化过程.

1 试验

1.1 原材料

试验用水泥为P·Ⅱ 52.5R硅酸盐水泥,其化学组成和矿物组成如表1,2所示.所用聚合物为ECO7623丁苯共聚物乳液,其平均粒径为0.2μm,pH值为7.0~9.0,最低成膜温度为15℃,玻璃化转变温度为14℃,固含量*文中涉及的含量、比值等除特别说明外均为质量分数或质量比.为(51±1)%,黏度为35~ 150mPa·s.所用沸石的化学式为Na2O·Al2O3·xSiO2·yH2O,颗粒粒径为48~75μm.拌和水为自来水.

2.3.3伴栽方法一般用活动菌床法,选择质量符合要求(7~8月培养的直径8~12厘米)的菌材(海拔1 200米以上的松木树培养菌材)运到栽培现场。将栽培场地岩土挖开扫平,垫一层50厘米厚的干净河沙,上面撒一层枯枝,落叶,菌材顺坡排放,间距3厘米,排完后,用砂填平菌材,埋菌材一半时,垫平间隙填砂,将种麻放于菌材两侧的空隙中,每个种麻相隔15厘米,菌材两侧各放一个,最后用砂厚盖,厚度为10厘米,完成栽培,米麻是撒布于菌材间,其他相同。

 

表1 P·Ⅱ 52.5R硅酸盐水泥的化学组成

 

Table 1 Chemical composition of P·Ⅱ 52.5RPortland cement w/%

  

CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3K2ONa2OTiO2f-CaO62.1020.704.763.331.202.570.850.330.260.28

 

表2 P·Ⅱ 52.5R硅酸盐水泥的矿物组成

 

Table 2 Mineral composition of P·Ⅱ 52.5RPortland cement w/%

  

C3SC2SC3AC4AFCaSO461.3613.146.9810.124.36

1.2 试验配比及搅拌过程

本试验采用的水灰比(包括丁苯共聚物乳液中的水)为0.4,聚灰比(聚合物的量以乳液中的固含量计)固定为0.1.沸石在丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料中的掺量(相对于水泥质量,mz/mc)为0%,2%,4%,6%,8%和10%,对应的试件编号分别为Z0,Z2,Z4,Z6,Z8,Z10.

搅拌过程:将称量好的丁苯共聚物乳液与水混合均匀,再加入水泥(添加沸石的试样先将水泥与沸石混合均匀),在搅拌机上慢速搅拌120s,停拌15s, 再快速搅拌120s.

1.3 试验方法

凝结时间的测定参照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行.

将水泥浆体装入20mm×20mm×20mm的模具中,人工振动10次,随即将试样放入20℃,相对湿度(90±5)%的养护室内养护.24.0h后脱模,并在20℃,相对湿度(90±5)%的养护条件下继续养护至24.0,36.0,48.0,60.0,72.0h,然后用水泥强度压力机测试其抗压强度.

用等温微量热仪(TAM Air 08 Isothermal Calorimeter)测量水化热.环境温度为(20±2) ℃,相对湿度为(60±5)%,量热仪的量程调至600mW;水化温度为20℃,每分钟记录1次数据,测量时间为72.0h.

在对昌马灌区近十年地下水水位年内变化分析时,分别以8眼监测井地下水水位2002—2010年期间逐月平均值(见图2)和2002年与 2010年年内地下水水位埋深作为指标进行分析,如图5所示。从图5中可以看出,以8眼监测井地下水水位年平均埋深作为指标来看,在研究时段内,Ⅰ-1、Ⅰ-2和Ⅰ-3监测井的水位年内随季节变化幅度较大,而其余监测井地下水水位年内随季节变化幅度不显著。同时,可以看出,以2002年和2010年为典型年的年内变化研究中可以看出,除Ⅰ-1、Ⅱ-1和Ⅱ-2监测井外,在两个典型年内,其余监测井地下水水位埋深的年内变化基本相同,且与多年年内地下水水位变化趋势基本一致。

采用Rigaku D/max 2550 VB3+/PC型X射线粉末多晶衍射仪对样品进行物相分析.以CuKα为辐射源,镍滤波片,工作电压40kV,工作电流200mA, 分别在衍射角2θ为8.00°~13.00°和17.00°~19.00°范围内进行步进扫描,步长0.02°,扫描停留时间4s.试件养护到相应龄期后,将其破碎成小块,浸泡在优级纯乙醇中终止水化.期间每天更换乙醇1次,7d后取出,在45℃下真空干燥至恒重,取出研磨成粉末,待测.

2 结果与讨论

2.1 沸石对凝结时间的影响

本试验所用的水泥在水灰比为0.4时,初凝时间为160min,终凝时间为240min;在聚灰比为0.1时,其初凝时间延长为420min,终凝时间延长为490min. 图1为复合胶凝材料凝结时间与沸石掺量的关系.由图1可见,丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料的凝结时间随着沸石掺量的增加而缩短.具体来讲,当沸石掺量为0%~2%时,复合胶凝材料凝结时间变化缓慢;而后,凝结时间随沸石掺量增加而迅速缩短.当沸石掺量为10%时,复合胶凝材料Z10的初凝时间缩短为120min,终凝时间缩短为215min,相较于不掺沸石的复合胶凝材料分别减少了71%和56%,并且凝结速度已经快于纯水泥.可见,沸石可明显加速复合胶凝材料的凝结.

巡视检查的最终目的是为了防患于未然,工程巡查人员对于发现的哪怕是细小的问题也不能放过,巡查情况要逐一记录备案,并定期向管理部门报送巡查情况;发现问题要及时向单位领导报告,并实行逐级报告制度,重要的要及时报告至上一级水行政主管部门;重大问题应及时报告至省级水行政主管部门。

  

图1 复合胶凝材料凝结时间与沸石掺量的关系Fig.1 Relationship between setting time and zeolite dosage

2.2 沸石对早期强度的影响

图2为复合胶凝材料早期强度与沸石掺量的关系.由图2可见,虽然沸石掺量为2%时,复合胶凝材料的早期强度相较于不掺沸石的复合胶凝材料早期强度略有降低,但是当沸石掺量为4%~10%时,复合胶凝材料早期强度随着沸石掺量的增加而不断提高.当沸石掺量为10%时,复合胶凝材料的24.0,36.0,48.0,60.0,72.0h强度分别为12.2,19.2,24.0,26.6,27.0MPa,相比于不掺沸石的复合胶凝材料同龄期的强度分别提高了21%,24%,28%,40%,29%.可见,沸石可明显提高复合胶凝材料的早期强度,即加速复合胶凝材料的硬化.

  

图2 复合胶凝材料早期强度与沸石掺量的关系Fig.2 Relationship between early strength and zeolite dosage

2.3 沸石对水化进程的影响

2.3.1 水化放热速率

图5是不同龄期下改性样和空白样在2θ为17.00°~19.00°时的XRD图谱,其中18.00°附近的衍射峰对应Ca(OH)2的(001)特征晶面衍射峰[24].表4为不同龄期下改性样和空白样中Ca(OH)2的XRD特征衍射峰积分结果.由表4可以发现,在水泥水化的6.0~48.0h内,所有改性样中Ca(OH)2的含量都明显高于空白样,且前者在6.0,12.0,24.0,48.0h龄期的含量分别是后者的1.81,1.87,1.93,1.58倍.说明在这一阶段内,沸石极大地促进了C3S的水化,这也可以与图3中改性样水化加速期提前出现以及更高的水化放热峰相互印证.

  

图3 10%沸石掺量和不掺沸石的复合胶凝材料水化放热速率Fig.3 Heat evolution rate of composite cementitious materials with 10% and without zeolite

肠道菌群与呼吸道抗感染能力:肠道菌群能够通过TLRs促进相应的免疫细胞的活动,促进IFN-α、ENF-α等炎性细胞因子的分泌,调节呼吸道严重反应和对病毒的清除反应。

除了上述检测方法外,沙门氏菌的快速检测方法还有电阻抗法、噬菌体法、核酸探针、MALDI-TOF-MS法等。

此外,水化24.0h后改性样的水化放热速率曲线上隐约出现了第3个放热峰,该放热峰是由于体系中石膏反应完全后AFt转变成AFm时放热引起的;而在空白样中该放热峰出现在水化42.0h后.说明沸石加速了体系中铝酸盐矿物的水化.

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WANG Zhixin,Diao Guizhi.Prepare of high-performance SBR latex modified repairing concrete[J].World of Building Materials,2014,35(2):19-22.(in Chinese)

探讨水化产物,可以进一步明确沸石对复合胶凝材料水化进程的影响.X射线衍射(XRD)峰的强度或相对强度通常正比于对应晶体物相在样品中的含量.通过MDI Jade6.5软件对各物相的XRD特征衍射峰进行积分,可得到晶面间距d(Å)、最大强度Imax(counts)和积分强度Iinteg(counts)等信息.对于本文研究体系,根据式(1)可计算出某时刻改性样和空白样中各晶相量的比值R

 

(1)

式中:(Iinteg)control为空白样的积分强度.

[13] WANG R,SHI X X.Influence of styrene-butadiene rubber latex on the early hydration of cement[J].Cement Wapno Beton,2016,21(1):36-45.

  

图4 不同龄期下10%沸石掺量和不掺沸石的复合胶凝材料在2θ为8.00°~13.00°时的XRD图谱Fig.4 XRD patterns of composite cementitious materials with 10% and without zeolite at the 2θ range of 8.00°-13.00° at different ages

表3是不同龄期下改性样和空白样中AFt的XRD特征衍射峰积分结果.结合图4和表3可以发现,在12.0h内AFt在改性样中迅速生成,1.0,6.0,12.0h改性样中AFt的含量分别是空白样的1.14,1.47和1.53倍,该阶段对应图3中改性样的水化加速期.12.0h之后,改性样中AFt的含量开始下降.而空白样中AFt含量在24.0h时达到极高值,之后才开始下降.也就是说,改性样生成AFt的速度是空白样的2倍左右.改性样与空白样中的AFt含量之所以下降,是由于石膏耗尽之后AFt开始向AFm转化所致,这一点可以从图3中相应的水化放热峰得到印证.

改性样中AFt的最大生成量比空白样多.改性样中多出的AFt由两部分组成,一部分为沸石促进C3A水化产生,一部分为沸石自身发生化学反应产生[25].

 

表3 不同龄期下10%沸石掺量和不掺沸石的复合胶凝材料中AFt的XRD特征衍射峰积分结果

 

Table 3 Integrated results of XRD characteristic diffraction peak of AFt in composite cementitious materials with 10% and without zeolite at different ages

  

Curingtime/hmzmc/%d/ÅImax/countsIinteg/countsR1.009.730873118491.00109.7331338122951.146.009.6871083155861.00109.7511892207831.4712.009.7091658192811.00109.7342106280091.5324.009.7122034261371.00109.7531780223090.9448.009.7101584196861.00109.7511497155340.8772.009.7501408172011.00109.7131210153010.98

此外,改性样中从未出现C4AH13(生成AFt的水化中间产物),而空白样在水化前6.0h内持续出现该中间产物,说明沸石通过促进C4AH13的转化而促进了AFt的生成.

水化热来源于水泥水化反应,可较好地表征水化进程.图3为10%沸石掺量(改性样)和不掺沸石(空白样)的丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料的水化放热速率图.由图3可见,改性样诱导期在水化3.0h 后便已结束,而空白样的诱导期在水化5.0h后才结束.水泥水化诱导期的出现主要是因为C3S颗粒的周围出现了硅钙双电层,阻碍了C3S的水化,只有当水泥中的Ca2+浓度达到饱和析出时,硅钙双电层才得以破坏.另外,共聚物颗粒也会堆积在C3S颗粒表面,阻碍其水化,导致诱导期延长[23].改性样之所以能够缩短诱导期,很可能是由于沸石促进了水泥中C3S的水化所致.

  

图5 不同龄期下10%沸石掺量和不掺沸石的复合胶凝材料在衍射角2θ为17.00°~19.00°时的XRD图谱Fig.5 XRD patterns of composite cementitious materials with 10% and without zeolite at the 2θ range of 17.00°~19.00° at different ages

 

表4 不同龄期下10%沸石掺量和不掺沸石的复合胶凝材料中Ca(OH)2的XRD特征衍射峰积分结果

 

Table 4 Integrated results of XRD characteristic diffraction peak of Ca(OH)2 in composite cementitious material with 10% and without zeolite at different ages

  

Curingtime/hmzmc/%d/ÅImax/countsIinteg/countsR1.004.91842579761.00104.92940770890.976.004.919922132891.00104.9301533218801.8112.004.9245462578521.00104.9249803982531.8724.004.930101591072731.00104.919191991886181.9348.004.929134681416751.00104.919204502038931.5872.004.924151211573451.00104.924150401606441.02

由此可见,沸石的加入使得改性样中大量作为承力骨架的AFt提前生成并且提高了Ca(OH)2的含量,根据水泥水化的基本理论可以推测出起胶结作用的C-S-H凝胶也提前生成,这是由于沸石促进了复合胶凝材料中C3A和C3S的水化反应,并且沸石自身也会发生化学反应生成AFt和C-S-H凝胶[25].这使得用沸石改性的丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料在凝结硬化阶段结构演进得更快,凝结硬化加速,宏观上即表现为凝结时间缩短,早期强度提高.

从图3还可看出,改性样的水化加速期持续了9.5h,而空白样的加速期持续了13.0h.改性样的第2放热峰相比空白样提早6.0h出现,且其最大放热速率为2.8mW/g,比空白样的最大放热速率(2.5mW/g)要高.改性样的水化减速期也早于和快于空白样.对水化加速期和减速期放热速率起主要作用的是C3S的水化.可见,沸石促进了复合胶凝材料中C3S的水化.

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3 结论

沸石能够促进丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料的凝结硬化,缩短凝结时间,提高早期强度,这与沸石在复合胶凝材料中的化学作用密不可分.沸石加速了丁苯共聚物/水泥复合胶凝材料的水化,通过促进C3A和C3S的水化,缩短了复合胶凝材料水化诱导期,提高了加速期最大放热速率,促进了AFt和Ca(OH)2 的生成.

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当拿到数学卷子时,我两耳轰鸣,有一种要睡觉的感觉。我拿着试卷反复地看,就像看宣布我被砍头的圣旨一样,接着,我便想到了妈妈打我的镜头,我甚至想到了她会把我卖到谁家去。

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图1主要是被解释变量和解释变量随时间变化的趋势,如图1所示,横轴为时间序列所选取的年份,实线代表碳排放量,虚线代表GDP增长率,两者在数据选用年份中变化趋势一致。

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2.3.2 水化产物

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在新时期环境下,环艺设计中,不仅注重给予人美的艺术享受,同时还要求其具有良好的功能性和实用性,如果一味追求艺术美,而忽视功能性就会导致资源浪费,因此,在进行环境艺术的设计中,不仅要考虑对古典美的融入,给予人们身心和精神上的艺术享受,同时还要将审美性和功能性实现有效的结合。而在环艺设计中,设计师要对环境建设的便利性、环境土地合理性以及环境舒适度等进行充分的考虑,实现审美性和功能性的统一和协调,保证环艺设计兼具古典美和功能性特点。

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图4是不同龄期下改性样和空白样在2θ为8.00°~13.00°时的XRD图谱.其中9.10°附近的衍射峰对应的是AFt的(100)特征晶面衍射峰,11.60°附近的衍射峰为C4AH13的特征峰,12.20°附近的衍射峰对应C4AF的特征峰[24].各龄期下,改性样和空白样的C4AF特征峰都几乎一样,说明沸石对C4AF 的水化无显著影响.

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以上研究说明,沸石主要通过促进复合胶凝材料的早期水化来加速材料的凝结硬化.

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随着各种有创操作的增加和血源性传播疾病患者的增多,医务人员发生血源传播性职业暴露的风险也不断增大[1]。海上医疗因环境布局和救治流程的特殊使得医疗人员职业暴露的危险因素增加[2]。本文针对解放军第四二一医院医务人员在执行海上医疗保障任务中职业暴露的情况进行回顾性调查分析,为有效防范海上医疗人员职业暴露风险提供依据。

 
王茹,张绍康,王高勇
《建筑材料学报》 2018年第02期
《建筑材料学报》2018年第02期文献

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