我实验室研究人员撰文研究TEA·H₃PO₄和TEA·C₁₈H₃₀O₃S对水泥浆力学性能和水化特性的影响

在现今混凝土浇筑的某些外加剂配方中，三乙醇胺（TEA）会和其他一些速凝剂联合使用。与TEA相比，0.1%-0.5%的TEA·HCl更易于缩小氢氧钙石（CH）的尺寸并带来更小的毛细孔体积。因此，当掺量高于0.1%时，含有TEA·HCl的砂浆试件比含有TEA的砂浆试件表现出更高的抗压强度。然而，含氯化物的速凝剂会对混凝土中的钢筋带来潜在的腐蚀危害。为了降低腐蚀风险，ACI 318规定外加剂中最多可使用水泥重量0.06%的氯化物。这引起了人们开发一系列与TEA结合无氯化合物的兴趣。一方面，磷酸三乙醇胺（TEA·H₃PO₄，TP）和十二烷基苯磺酸三乙醇铵（TEA·C₁₈H₃₀O₃S，TDS）的部分分子结构与TEA相同，更重要的是，它们的分子结构中都没有氯离子。因而可以推断TP和TDS可能会以类似于TEA或TEA·HCl的方式改变水泥水化进程。但目前尚无研究报道这两种有机化合物对硅酸盐水泥水化作用的影响。掌握TP和TDS对水泥熟料水化和硬化水泥浆体性能的影响将为它们在建筑材料速凝领域的应用提供指导。

我实验室联合奥胡斯大学研究团队，使用TEA·H₃PO₄ (TP)和TEA·C₁₈H₃₀O₃S (TDS)作为水泥胶凝材料中的有机外加剂，对不同TP和TDS掺量的砂浆试样进行力学性能、凝结时间、水化度、等温量热试验，以及XRD、TG、SEM和MIP分析。结果表明，小于0.10%的TP和0.05%的TDS会缩短初凝时间，而大于0.50%的TDS会使砂浆试件出现缓凝效果。TP有利于提高早期强度，但当引入TDS时，发现抗压强度和抗折强度均急剧下降。XRD和TG分析表明，TDS的引入会生成更多的氢氧钙石 (CH)、钙矾石(AFt)和单硫型水化硫铝酸钙 (AFm)，而TP会导致水泥浆中CH含量的减少。

论文第一作者是赵亚州博士，通讯作者是陈达教授。

(Zhao Y Z, Zhu Z Y, Chen Y, et al. Effect of TEA·H₃PO₄ and TEA·C₁₈H₃₀O₃S on the mechanical properties and hydration characteristics of cement paste [J]. Construction and Building Materials, 314 (2022) 125635)

分子结构式，(a) TP； (b) TDS

不同TP和TDS掺量水泥砂浆的初凝时间，(a) TP；(b) TDS

含TEA速凝剂对水泥水化作用的示意图，(a) 速凝剂用量相对较低的情形 (0–0.10% TP和0–0.05% TDS)；(b) 速凝剂用量相对高的情形(0.10%–0.10% TP和 0.05%–1.00% TDS)

不同TP和TDS掺量水泥浆体养护28 d后的SEM图像，(a) 空白样；(b) 0.10% TP；(c) 1.00% TP；(d) 0.10% TDS；(e) 1.00% TDS