氧化锌和蔗糖在水泥水化作用中的缓凝机理及与复配作用的相互比较外文翻译资料

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氧化锌和蔗糖在水泥水化作用中的缓凝机理及与复配作用的相互比较

Feraidon F. Ataie a,⁎, Maria C.G. Juenger b, Sarah C. Taylor-Lange c, Kyle A. Riding d

摘要：蔗糖和氧化锌(氧化锌)是有效的水泥水化缓凝剂。本研究的目的是氧化锌对水泥水化机理进行新的研究，并对各种补充胶凝材料(SCMs)对氧化锌和蔗糖的缓凝行为的影响进行研究。测定了含稻秆灰(RSA)、麦秸灰、硅灰、偏高岭土和粉煤灰的胶凝体系的孔隙溶液和反应动力学的变化。在使用的补充胶凝材料中，含稻秆灰极大地抑制了氧化锌和蔗糖的缓凝作用。实验结果表明，氧化锌缓凝水化反应的机制可能是抑制C-S-H的成核或生长。将含有含稻秆灰的糊状样品的缓凝效果降低归因于含稻秆灰为C-S-H降低提供成核位置的能力。本研究提供了一种更好的了解补充胶凝材料和水泥水化缓凝剂之间的相互作用，以预测缓凝剂量效应。

关键词:氧化锌(D)缓凝剂(A)表面积(B)孔隙溶液(B) 火山灰水泥 (D)

1 .引言

在混凝土中加入化学掺合料，以改善和改善混凝土的性能。缓凝剂，作为化学添加剂，用于混凝土中增加混凝土的工作时间，允许更长时间的运输、放置和施工时间。糖是众所周知的水泥水化缓凝剂。大量研究人员研究了蔗糖(糖)对水泥缓凝作用的影响[1-5]。虽然蔗糖延缓水泥水化的机理尚不完全清楚，但有几项研究已经提出，蔗糖会阻碍水化产物的形成，从而减缓水化产物的形成，例如:硅酸钙水合物(C-S-H)[3,6]。但蔗糖并不能永久阻止C-S-H的生长，因为随着水泥的溶解，更多的离子进入溶液中，产生更多的核位点。最终，这些位点的数量超过了suk -crose分子的中毒能力。此时，水化反应的速度要快于没有蔗糖加入系统的情况。这使得糖被称为“缓凝加速器”[7]。赞成假设孔隙溶液中钙离子浓度高，是这一缓凝期后水化反应迅速的原因[3]。

氧化锌(氧化锌)是另一种被认为在某些应用中使用的水化缓凝剂[8,9]。提出了一种不同于蔗糖的水泥水化作用机理。Arliguie和Grandet[10,11]提出，在孔隙溶液中有锌离子存在的情况下，在水泥的无水三钙硅酸盐(C3S)相的表面形成了一层非晶质的氢氧化锌(Zn(OH)2)。他们还发现，如果系统中SO3的含量超过了2.5%，锌就会阻碍三钙铝酸盐(C3A)的水化。他们假设在无水的水泥颗粒表面形成的氢氧化锌非晶层会使水泥颗粒与水分离，从而抑制水泥水化。根据Arliguie和Grandet[10,11]，一旦孔隙溶液中钙离子和羟基离子浓度足够高，无定形的氢氧化锌就会转化成结晶的氢氧化钙。一旦这种情况发生，水泥水化反应又开始了。方程式。(1)和(2)显示氧化锌在水泥孔隙溶液中的化学反应[8,12]。

使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)， Yusuf等[13]表明，在含有氧化锌的糊状样品中，氧化锌的结晶相存在28天。然而，没有实验证据表明，在水泥颗粒周围存在氧化锌层，因此该理论对氧化锌的缓凝作用机理仍未得到实验证实。

补充胶凝材料(SCMs)，如硅灰、炉渣、高岭土等，对水泥的吸湿动力学有较大的影响[14,15]。SCMs可以在早期和中期产生稀释效应[2,14,16]。在胶凝系统中使用SCMs时，系统中的水泥用量通常会减少并由单片机代替，从而有效地稀释了系统中的水泥用量。因此，水灰比(w/c)的有效水灰比(w/c)在相同含水率下的水灰比不存在。这为水化产品提供了更多的空间，使水泥水化的加速期得以延长，因为反应产物可以形成[14]的额外空间。这种现象是“填充效应”的一部分。“填充效应的另一个方面是由SCMs提供的播种增强成核的结果。由于播种效应的影响，水泥水化的诱导期可以显著降低，在早期阶段可以增加水化率[2,16]。诱导期的减少是由于C-S-H在SCMs所提供的成核位置上的析出比在水泥颗粒表面上的速度更快[2,16]。单片机表面积反应和“化学亲和力”[16]是决定SCMs能否为C-S-H析出提供成核位置的主要因素[2,16]。

C-S-H也可以形成，因为在孔隙溶液中，含硅的单片剂和钙氢氧化物之间的火山灰反应[2]。这种C-S-H的生成速率取决于pozzo-lanic反应的速率，这是每个单片机所特有的。当单片机的无定形硅含量和表面积增加时，火山灰反应速率可以提高[17,18]。

SCMs可以与混凝土中使用的化学掺合物相互作用，特别是对混合料的改性。泰勒-兰吉等[19]研究了氧化锌缓凝剂对膏体样品的影响，并无偏高岭土 15%的替代水泥。研究结果表明，在使用偏高岭土时，氧化锌的缓凝作用显著降低，并将此行为归为使用[19]的非晶质。据我们所知，还没有研究其他SCMs对氧化锌的缓速作用的影响，以及SCMs对蔗糖缓速作用的影响。考虑到SCMs的多样性，了解SCMs和水泥水-缓凝剂之间的相互作用对于预测缓凝剂量效应至关重要。

研究了含硅灰、稻草灰、麦秸灰、粉煤灰、高岭土的水泥基混合物中氧化锌和蔗糖的缓凝作用。本研究对氧化锌和蔗糖延缓水泥水化作用的机理有了较好的认识，从而对各种胶凝体系的缓凝剂用量有了较好的预测。此外，该研究还探讨了SCMs的非晶含量是否对氧化锌和蔗糖的缓凝作用起到了一定的作用。

2．材料和方法

2.1．材料

使用ASTM C150[20]型硅酸盐水泥。使用ASTM C150中概述的Bogue方法计算的水泥化学成分、细度和潜在成分如表1所示。选用无密度硅灰、Dynapoz偏高岭土、F级粉煤灰、偏高岭土、麦秸灰、稻秆灰等为原料。

为本研究scms。与商业使用的致密硅灰相比，未致密的二氧化硅燃料用于减少团聚和具有更高的表面积。采用ACS级氧化锌和蔗糖作为水化缓凝剂。

为了生产稻秆(RSA)和麦秸灰分(WSA)，高无定形含量、高表面积、低失火损失(LOI)，用0.1 N HCl(稀释后的reagent级HCl)对生物质(小麦秸秆和稻秆)进行预处理。250克的生物量都沉浸在3100plusmn;100毫升0.1 N HCl溶液4000毫升玻璃瓶中。样本保存原状的恒温24 h。80°C的生物量然后冲洗两次,每次2500毫升蒸馏水,干在烤箱80°C。为了制备灰(WSA或RSA)，一个可编程的电炉被用来加热生物质。每批处理200克干生物量。一个不锈钢笼子，有两个金属丝网架，用来在燃烧过程中保存生物质，一个不锈钢锅被放置在笼子的下方，以捕捉通过网格的任何灰尘。最后，在实验室的球磨机中，火山灰以每分钟85转(rpm)的速度在地面上运行。WSA是由燃烧麦秸预处理在650°C 1 h和贴上WSA650。准备了两种类型的RSA。RSA650获得通过燃烧进行预处理稻草在650°C 1 h,和RSA500was准备通过燃烧稻草在500°C预处理2 h。scm的化学和物理性质给出了表2。

使用以下命名约定:OPC代表一个不包含任何SCM的示例;OPC WSA650、OPC RSA650和OPC RSA500分别代表了含有15%的WSA650、RSA650和RSA500替代水泥的样品。同样，OPC MK, OPC SF, OPC FA分别包含了MK、SF和FA替换水泥15%的样品。当氧化锌或蔗糖被使用时，在括号内的样本名称的末尾用OPC RSA500(0.15% 氧化锌)表示。

2.2．实验方法

2.2.1．材料表征

用BET氮ad测定样品的表面积。利用微球技术，ASAP 2020表面积和孔隙度分析仪。样品脱气前测试7 h 24 h在200 - 400°C和500mu;m Hg或更少的压力。

x射线衍射(XRD)用于确定每个单片机材料的主要和伴生阶段，(ii)量化了Rietveld分析后的晶体和非晶质含量。x射线粉末衍射数据采用西门子D500衍射仪，采用2200 W铜靶x射线管，在40 mA和30kv上运行，发散和Soller裂纹细节[21]。XRD扫描使用CuKalpha;辐射,在扫描范围5°到45°2theta;增加0.02°2theta;,和一个4 s停留时间。样品制备包括混合SCM样本的1.8 g和0.2 g的氧化锌(作为内部标准)和乙醇创建一个泥浆,紧随其后的是手工磨削的陶瓷砂浆大约2分钟,最后干燥通风柜20分钟。,之前转移到样品持有人。内部标准氧化锌，经刚玉检验，验证100wt。% crys-tallinity。(注:该工艺是独立于作为缓凝剂的氧化锌进行的;巧合的是，使用了同样的材料。使用玉石分析软件(材料数据，Inc.)进行了主要和伴生阶段的鉴定。

采用Rietveld方法获得各单片机的非晶含量[22,23]。Rietveld方法采用最小二乘、全模式拟合结

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