文 献 综 述

1化学添加剂在水泥中的应用

硅酸盐水泥是一种传统的胶凝材料，自从1824年其被发明以来，这种最为重要的建筑材料已有近200年的历史。水泥的发明使现代土木工程建设发生了根本的变革。硅酸盐水泥作为混凝土中最主要的胶凝组分，其对混凝土性能以及整个土木工程耐久性能具有深远的影响。在水泥生产扩大的同时，我们必须面对的现实问题是资源短缺、环境的恶化以及生产成本、维护成本和劳务成本的增高。水泥生产消耗的大量的资源和能耗，同时也将排放大量有害气体。水泥工业的节能减排直接关系到我国整个建筑行业的可持续发展。水泥节能减排可从两方面考虑，一方面是减低水泥生产的能耗。另一方面是减少水泥的生产量。如果水泥的矿物组成不改变，则很难从工艺调整的角度降低水泥熟料烧成能耗。随着我国经济的日益增长以及城市化进程的深入，在今后的若干年内，我国必将进一步扩大大型土木工程建设规模。这些大型工程的兴建都将推动我国水泥的产量继续增长。因此水泥行业的节能减排只能依靠两个途径，即提高水泥生产效率和提高水泥质量，尽可能多的使用工业副产品作为辅助性胶凝材料代替水泥熟料的使用。水泥外加剂的应用可有效促进水泥行业节能减排的进行。欧美国家早在几十年前便在水泥行业中推广水泥外加剂的使用，而我国的水泥生产商仅在近10年的时间内才逐步接受水泥外加剂的使用。

水泥混凝土是传统的用途最广的结构材料，它有许多优点如较高的抗压强度、较好的耐久性、较强的适应性及经济性等，但也有一些自身难以克服的缺陷如抗拉及抗折强度较低、脆性较大、凝结硬化较慢，必须进行改性。外加剂属于建材类化学外加剂的分支，有一种或多种化学物质组成，它的使用能有效提高硅酸盐水泥熟料在球磨机中的粉磨效率及改善成品水泥性能，如对凝结时间的调控、提高流动度和抗压强度等。它一般由以氯盐、硫酸盐、硝酸盐为代表的无机物和以胺类、醇类和胺醇类为主的有机物组成。

其中有机化学添加剂中的水溶性高分子，有高分子链节，在链节上都具有极性的、亲水的基团。分子量的大小和极性基团的不同，演变出许多宝贵甚至奇妙的性能。简单的说，水溶性高分子具有增稠性、成膜性、粘合性、润滑性、分散性、絮凝性、吸水性等。根据国际发展趋势判断，目前全球水溶性高分子最大品种为聚丙烯酸及其共聚物，其次是聚乙烯醇^[1]。

李虎军、王琪^[2-3]对水溶性聚合物改性水泥进行了系统研究。阳离子聚合物APAM、P(AM-DMDAAC)及非离子聚合物PAM的掺入未改善水泥净浆的流动性，PVA改性水泥净浆的流动性略有改善；阴离子聚合物HPAM、PAA、SPAM、SPS则明显改善了水泥净浆的流动性，尤其是HPAM对水泥净浆流动性的改善程度甚至优于商品混凝土高效减水剂萘磺酸盐缩合物ZB-1。这表明要改进水泥的流动性，宜选用含阴离子型聚合物。这是因为水泥胶体粒子带正电，带负电的阴离子聚合物易于吸附在水泥颗粒表面，使颗粒之间产生斥力而分散，从而使水泥体系流动性得到明显改善。其次适中的阴离子度、分子量、掺量、pH值也有利于水泥的分散，从而改善水泥的流动性。

从聚合物改性水泥的水化速率、水化热及水化生成物三方面讨论了聚合物对水泥水化的影响。水泥溶液pH值和电导率及水泥凝结时间的研究结果表明，非离子聚合物聚丙烯酰胺、聚乙烯醇减慢水泥的初期水化，具有缓凝作用，而阴离子聚合物水解聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、磺化聚丙烯酰胺及磺化聚苯乙烯则加速水泥的初期水化，具有促凝作用;水化放热测量结果表明，掺加聚合物均滞缓水泥的后期水化；XRD分析表明，HPAM抑制水泥中晶体的早期生长，有利于晶体后期形成。在水泥中掺加1% ~2%的HPAM、PAA、SPS或PVA，抗折强度和抗压强度均有明显提高。

1.1聚乙烯醇（PVA）对水泥性能的影响

聚乙烯醇是一种用途十分广泛的水溶性高分子化合物，它是白色、粉末状树脂，由聚乙酸乙烯醇解而制得。由于分子链上有大量的侧基：羟基，聚乙烯醇具有良好的水溶性。它还具有良好的成膜性，粘结力和乳化性，有卓越的耐油脂的耐溶剂性能^[1]。

Jae-Ho Kim 和Richard E. Robertson^[4]研究发现将少量的聚乙烯醇（PVA）加入到水泥混凝土中，能够增强骨料和浆体之间的粘结强度。当PVA掺量为水泥质量的1.4%时，石灰石-浆体粘结强度增强了5倍，花岗岩-浆体之间的粘结强度增强了2倍左右。加入PVA使得强度增强是因为对多孔界面过渡区的抑制和骨料表面氢氧化钙成核现象的抑制。