李冰 張豪楓 郭育森 洪旭民 董賓賓 楊秀麗

1）中鋼洛耐科技股份有限公司 河南洛陽(yáng)471000

2）洛陽(yáng)耐研陶瓷纖維有限公司 河南洛陽(yáng)471023

3）洛陽(yáng)理工學(xué)院 河南洛陽(yáng)471023

鋁酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間較短，可用于緊急工程施工；水化時(shí)會(huì)釋放大量的熱，可在溫度較低的情況下使用；水化硬化后密實(shí)度大，具有極強(qiáng)的抗硫酸鹽腐蝕性能；耐熱性能好，可用作耐火澆注料的結(jié)合劑［1-6］。但是，水分滲入帶入的腐蝕性離子會(huì)使水泥的水化產(chǎn)物轉(zhuǎn)化或分解，使鋼筋發(fā)生銹蝕，降低水泥制品的強(qiáng)度。

為了阻止外界水分的滲入，目前主要采用增加密實(shí)度和進(jìn)行疏水修飾的方法。降低水灰比能提高致密性，但會(huì)降低砂漿的流動(dòng)性，極易導(dǎo)致制品在使用過(guò)程中開(kāi)裂［7-11］；此外，該方法只能在一定程度上降低水的滲入。因此，近年來(lái)采用疏水修飾引起了研究者的極大興趣。疏水修飾的方法主要分為表面改性和整體改性。表面改性的制品在使用過(guò)程中不可避免地會(huì)受到機(jī)械沖刷而失去疏水功能，整體改性的制品則不存在此問(wèn)題。但是，整體改性制品中添加的疏水改性劑對(duì)水泥水化性能以及制品的致密度和強(qiáng)度等有何影響，相關(guān)研究還不夠完善。

在本工作中，研究整體改性時(shí)疏水改性劑聚二甲基硅氧烷加入量對(duì)鋁酸鈣水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間、疏水性，以及剛玉澆注料的致密度、強(qiáng)度、疏水性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

試驗(yàn)原料有：Secar 71鋁酸鈣水泥，疏水修飾劑聚二甲基硅氧烷，修飾助劑正硅酸乙酯（化學(xué)純），乳化劑吐溫80（化學(xué)純），添加劑三聚磷酸鈉；制備剛玉澆注料的原料有板狀剛玉（粒度5～3、3～1、≤1和≤0.045 mm），活性氧化鋁微粉（d50＝1.5μm），SiO2微粉。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 水泥凈漿試驗(yàn)

水泥凈漿的設(shè)計(jì)配比如下：水和鋁酸鈣水泥的質(zhì)量比為33∶100；疏水修飾劑聚二甲基硅氧烷的加入量分別為加水質(zhì)量的0、1%、2%和5%；吐溫80、正硅酸乙酯、聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量比為1∶10∶5。

按設(shè)計(jì)配比備料。將水置于燒杯中，邊攪拌邊依次加入吐溫80、正硅酸乙酯和聚二甲基硅氧烷，然后繼續(xù)攪拌1 h制得疏水修飾劑混合液。

將鋁酸鈣水泥置于攪拌鍋中，邊攪拌邊加入疏水修飾劑混合液，然后繼續(xù)攪拌3 min。取一部分凈漿，按GB／T 1346—2011檢測(cè)其凝結(jié)時(shí)間；將其余凈漿澆注于模具中，置于溫度為20℃、相對(duì)濕度為90%的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)3 d。用針管在水泥凈漿試樣表面滴加水滴，使用CA100C型接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量水與試樣的接觸角。

1.2.2 澆注料試驗(yàn)

澆注料的主料配比（w）設(shè)計(jì)如下：5～3 mm板狀剛玉28%，3～1 mm板狀剛玉25%，≤1 mm板狀剛玉15%，≤0.045 mm板狀剛玉細(xì)粉20%，活性氧化鋁微粉3%，SiO2微粉3%，鋁酸鈣水泥6%。其他原料的設(shè)計(jì)配比如下：水和三聚磷酸鈉的量分別為上述原料總質(zhì)量的6%和0.15%；疏水修飾劑聚二甲基硅氧烷的加入量分別為加水質(zhì)量的0、1%、2%和5%；吐溫80、正硅酸乙酯、聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量比為1∶10∶5。

按設(shè)計(jì)配比配料。將水、聚二甲基硅氧烷、吐溫80、正硅酸乙酯等按“1.2.1”的方法制成疏水修飾劑混合液備用；將板狀剛玉、活性氧化鋁微粉、SiO2微粉、鋁酸鈣水泥和三聚磷酸鈉置于攪拌鍋中干混3 min，然后加入混合乳液繼續(xù)攪拌3 min，用模具澆注成型，置于溫度為20℃、相對(duì)濕度為90%的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)3 d。

按GB／T 2997—2015檢測(cè)澆注料試樣的顯氣孔率和體積密度，按GB／T 3001—2017檢測(cè)澆注料試樣的常溫抗折強(qiáng)度，按GB／T 5072—2008檢測(cè)澆注料試樣的常溫耐壓強(qiáng)度。使用接觸角測(cè)量?jī)x（CA100C，上海盈諾）測(cè)量水、咖啡、牛奶、醬油、啤酒等與試樣斷面的接觸角；將澆注料試樣分別置入0.01 mol·L-1的NaOH溶液、40 mg·L-1的腐殖酸溶液和100℃熱水中浸泡24 h，在熱風(fēng)烘箱中烘干后滴加水滴，然后使用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試其水接觸角。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)凈漿凝結(jié)時(shí)間及凈漿試樣疏水性的影響

疏水修飾劑加入量對(duì)水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響見(jiàn)圖1。由圖可知：隨著疏水修飾劑聚二甲基硅氧烷加入量的增加，水泥凈漿的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均有所延長(zhǎng)。這是由于修飾劑吸附在水泥顆粒的表面，阻止了水泥與水的接觸，降低了其水化速率。

圖1 疏水修飾劑加入量對(duì)凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響

在疏水修飾劑加入量為水質(zhì)量1%的試樣上滴加水滴后的普通照片和水滴正側(cè)面剪影照片見(jiàn)圖2。可以看出：水滴未發(fā)生滲透現(xiàn)象，并且呈近球形立在試樣的表面；經(jīng)測(cè)試，試樣的水接觸角為153°，表明試樣具有超疏水性能。試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)傾斜試樣時(shí)，水滴會(huì)從試樣表面滾落。因此，引入疏水修飾劑對(duì)鋁酸鈣水泥制品進(jìn)行整體改性可獲得超疏水性能的鋁酸鈣水泥制品。

圖2 水滴在凈漿試樣表面的存在狀態(tài)照片

2.2 對(duì)澆注料試樣致密度和常溫強(qiáng)度的影響

疏水修飾劑加入量對(duì)澆注料試樣顯氣孔率和體積密度的影響見(jiàn)圖3。由圖可知：隨著疏水修飾劑加入量的增加，試樣的顯氣孔率逐漸緩慢增大，體積密度逐漸緩慢減小。這可能是由于在加水量一定的情況下，疏水修飾劑的加入降低了澆注料的流動(dòng)性，從而影響了澆注料的致密度。

圖3 疏水修飾劑加入量對(duì)澆注料顯氣孔率和體積密度的影響

疏水修飾劑加入量對(duì)澆注料試樣常溫強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖4。由圖可知：隨著疏水修飾劑加入量的增加，試樣的常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度顯著減小。這是因?yàn)?，疏水修飾劑的加入既降低了澆注料的致密度，又降低了水泥的水化速率?/p>

圖4 疏水修飾劑加入量對(duì)澆注料常溫強(qiáng)度的影響

2.3 對(duì)澆注料試樣疏水性的影響

水、咖啡、牛奶、醬油、啤酒5種液滴在添加不同量修飾劑的澆注料試樣斷面的存在狀態(tài)（普通照片和水滴正側(cè)面剪影照片）見(jiàn)圖5。由圖可知：5種液滴滴加在無(wú)修飾劑澆注料試樣斷面后，均迅速滲透到試樣內(nèi)部，表明該試樣不具備疏水性能。當(dāng)修飾劑添加量由加水質(zhì)量的1%增大至加水質(zhì)量的5%時(shí)，水接觸角由113°增大至151°，疏水性能逐漸提高?？Х?、牛奶、醬油、啤酒液滴的表現(xiàn)與水滴的表現(xiàn)差別不大。

圖5 水、咖啡、牛奶、醬油、啤酒液滴在添加不同量修飾劑的澆注料試樣斷面的存在狀態(tài)

疏水修飾劑添加量為加水質(zhì)量的1%的澆注料分別經(jīng)0.01 mol·L-1的NaOH溶液、40 mg·L-1的腐殖酸溶液和100℃熱水浸泡24 h并烘干后，水滴在其表面的存在狀態(tài)見(jiàn)圖6。由圖可知：試樣的水接觸角均大于150°，表明其仍具有較高的疏水性。

圖6 水滴在經(jīng)不同液體處理后澆注料試樣表面的存在狀態(tài)

3 結(jié)論

（1）隨著疏水修飾劑聚二甲基硅氧烷加入量的增多，鋁酸鈣水泥凈漿的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均有所延長(zhǎng)。

（2）隨著疏水修飾劑聚二甲基硅氧烷加入量的增多，澆注料試樣的致密度緩慢減小，常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度顯著減?。凰佑|角由113°增大至151°，疏水性能逐漸提高，且對(duì)酸、堿、沸水具有極高的穩(wěn)定性。