摘 要

水泥中各种矿物的水化机理及水化产物特性，一直是近百年来众科学家关注的重要课题。在水泥和混凝土水化理论中，由于体系的复杂性，对水泥浆体的组成存在众多的观点和假说。如延迟成核假说^[7]、保护膜假说^[8]等。

本文采用微电泳仪测定硅酸钙胶体ζ电位及其变化，并计算了硅酸钙胶体的粒度。通过设计不同的硅酸钙溶胶体系，模拟水泥浆体中水合硅酸钙的状态和结构，并考察了聚羧酸减水剂和萘系减水剂两种减水剂对水合硅酸钙胶体稳定性的影响。结果表明：

（1）水合硅酸钙溶胶颗粒一般带负电；随着水合硅酸钙胶体浓度的增大，水合硅酸钙溶胶颗粒的ζ电位减小，溶胶颗粒的稳定性也随之下降，表现出低浓度的氯化钙制备的硅酸钙胶体ζ电位绝对值较大，稳定性相对较大；高浓度的氯化钙制备的硅酸钙胶体ζ电位绝对值较小，稳定性相对较差，易发生聚沉现象，且其ζ电位随时间延长绝对值逐渐减小。

（2）聚羧酸系减水剂和萘系减水剂均能增大硅酸钙溶胶的稳定性，但二者作用机制不同。聚羧酸系减水剂对其ζ电位的改变较小，其作用机理以空间位阻分散作用为主，静电排斥作用为辅；萘系减水剂对其ζ电位的改变较大，主要通过静电排斥分散作用；胶核周围吸附电位离子所带电荷越多其ζ电位越高。

（3）开发了微电泳仪在线检测溶胶颗粒大小的功能。其测量范围一般在0.49～9.65 um，测量精度在0.07 um。

关键词：硅酸钙溶胶；ζ电位；胶体结构；胶体稳定性

Abstract

Various cement hydration products properties and hydration mechanism of cement mineral, scientists all over the past century has been the important topic of concern. In the hydration of cement and concrete theory, due to the complexity of the system, cement slurry composition there are many ideas and hypotheses. Such as the delay nucleation hypothesis^[7], the protective film hypothesis^[8].

In this paper, use the micro electrophoresis instrument to measuring calcium silicate colloidal zeta potential of its changes, and calculates the degree of colloidal particles of calcium silicate. By designing different calcium silicate sol system, simulation of hydrated calcium silicate cement pastes status and structure, and examines two kinds of polycarboxylate superplasticizer and naphthalene superplasticizer on the effect of hydrated calcium silicate colloidal stability. The results show:

1. Hydrated calcium silicate sol particles are generally negatively charged; with the increase of calcium silicate hydrate colloid concentration, zeta potential of the hydrated calcium silicate sol particles is reduced, the stability of sol particles also drops, show the low concentration of calcium chloride preparation of calcium silicate gel zeta potential absolute value of larger the stability is relatively large, preparation of high concentration of calcium chloride calcium silicate gel smaller of absolute value of zeta potential stability is relatively poor, prone to occurs coagulation phenomenon, and the zeta potential whose absolute value is gradually reduced with time.
2. Superplasticizer and naphthalene superplasticizer can increase the stability of the calcium silicate sol, but the difference between the two mechanisms. Superplasticizer change the zeta potential its small, its mechanism is mainly to steric hindrance dispersion action, and electrostatic repulsion action is complementary;naphthalene superplasticizer change their zeta potential is large, mainly through electrostatic repulsion dispersing action; glue nucleus around adsorption potential ions the charged the more the higher the zeta potential.
3. Developed micro electrophoresis instrument on line measurement of sol particle size function. The measurement range is generally 0.49 ~ 9.65 um, measurement accuracy in 0.07 um.

Key words: calcium silicate sol; zeta potential; colloidal structure; colloidal stability

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1水泥胶凝材料化学基础及其研究方法 1

1.1.1水泥水化机理及其研究进展 1

1.1.2水泥胶凝材料结构模型 4

1.1.3水泥水化机理的研究方法 8

1.2 CaO-SiO₂体系的溶胶-凝胶化过程 10

1.3水泥减水剂的研究进展及其作用机理 11

1.3.1静电排斥分散作用机理（DLVO理论） 13

1.3.2空间位阻分散作用机理 13

1.3.3缓凝作用机理 14

1.4本课题研究内容 15

第2章 硅酸钙胶体ζ电位与体系稳定性的关系 16

2.1 实验试剂及仪器 16

2.1.1主要实验试剂 16

2.1.2主要实验仪器 16

2.2 实验 16

2.2.1硅酸钙胶体制备及其ζ电位测定 16

2.2.2微电泳仪测硅酸钙胶体粒度技术方案 17

2.3 结果与讨论 17

2.3.1胶体浓度对硅酸钙胶体ζ电位的影响 17

2.3.2 胶体体系组分对硅酸钙胶体ζ电位的影响 22

2.3.3 微电泳仪法测硅酸钙胶体粒度的技术探讨 25

第3章 减水剂对硅酸钙胶体ζ电位的影响 28

3.1材料及仪器 28

3.2实验 28

3.3结果与讨论 28

3.3.1聚羧酸系减水剂对硅酸钙胶体ζ电位的影响 28

3.3.2萘系减水剂对硅酸钙胶体ζ电位的影响 30

3.4 水化硅酸钙溶胶体系与水泥浆体体系关系小结 33

第4章 结论和创新点 34

4.1 结论 34

4.2 创新点 34

参考文献 35

致 谢 36

第1章 绪论

在当代社会，水泥已经成为人们生产生活必不可少的材料，我们的城市建设、道路、房屋等方方面面都需要用到水泥，离开了水泥我们的社会可能还处于一种比较原始的形态，可以说水泥对于社会的发展，现代化的建设起着至关重要的作用。改革开放以来，随着我国经济的飞速发展，我国的水泥行业得到了飞速的发展，现如今我国已是世界上水泥生产第一大国。2010年全国水泥产量为18.7亿吨，比2005年增长了1.7倍，年均增长11.9%。到2013年，我国水泥产量已经达到241439.66万吨，同比2012年增长10.5%^[1]。现有的生产数据表明，全世界中水泥的产量以及用量都在不断地增加。但根据不完全统计的结果，全世界每年因混凝土腐蚀和断裂等原因而造成的损坏，所造成的直径经济损失已达到了数十亿美元^[2]。因此，提高混凝土的性能以减少因混凝土腐蚀和损坏造成的经济损失对于环境保护和节能减排是具有重要意义的。

混凝土是水泥水化形成溶胶，溶胶稠化形成凝胶，凝胶硬化形成水泥石的结果。而要得到性能优良的水泥石就要使溶胶在稠化形成凝胶的过程中胶体尽可能的配合紧密以增加其中凝胶的数量，减小晶胶比。因此要提高混凝土的性能就需要了解水泥的初始水化过程，了解各水化产物的特性，提高水泥水化的程度，使其水化产物尽可能的配合紧密。然而水泥的初始水化产物大多以溶胶或凝胶的形式存在，因此，研究水泥浆体的胶体的情况，对了解水泥水化，提高混凝土的性能具有重要指导意义。而混凝土的性能的提高，可以减少因混凝土腐蚀和损坏造成的经济损失，这对于环境保护和节能减排是具有重要意义的。

1.1水泥胶凝材料化学基础及其研究方法

1.1.1水泥水化机理及其研究进展

水泥中各种矿物的水化机理及水化产物特性，一直是近百年来众科学家关注的重要课题。在水泥和混凝土水化理论中，由于体系的复杂性，对水泥浆体的组成存在众多的观点和假说。