柠檬酸钠对普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配体系的性能研究

体系的性能研究^黄石明，祝雯，王羊洋，廖镇锋，纪秋桂(广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广州510440)摘要：本文通过水泥净浆、砂浆试验，研究了柠檬酸钠对普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配体系净浆的凝结时间、砂浆流

动度和拉伸粘结强度、水泥水化产物的影响。研究表明，柠檬酸钠通过抑制铝酸钙、硫铝酸钙的早期水化，延缓复配体系的 凝结时间、改善砂浆流动性，柠檬酸钠掺量为1.2%时，初凝时间与终凝时间分别为106 min、118 min,砂浆的流动度达到

最大值为157 mm；柠檬酸钠使水泥后期水化更充分，增加钙矶石的生成量，提高砂浆拉伸粘结强度，柠檬酸钠掺入量为1.0% 时，砂浆拉伸粘结强度为0.54 MPa.关键词：复配体系，柠檬酸钠，凝结时间，水化，粘结强度Performance Impact Study of Sodium Citrateon the Compound System of

Ordinary Portland Cement and Sulphoaluminate CementHUANG Shi-ming, ZHU Wen, WANG Yang-yang, LIAO Zhen-feng, JI Qiu-gui(Guangzhou Testing Centre of Construction Quality and Safety Co., Ltd., Guangzhou 510440)Abstract: In the paper, the effects of sodium citrate on the setting time, mortar fluidity and tensile bond strength, cement hydration of compound

system paste of ordinary portland cement as well as sulphoaluminate cement system arestudied, throughthe cement paste and mortar test. The

study shows that sodium citrate inhibits the early hydration of calcium aluminate and calcium sulphoaluminate, in this way to delay the setting time of

the compound system and improve the fluidity of the mortar.When the dosage of sodium citrate is 1.2%, the initial setting time and the final setting

time are 106 min and 118 min, respectively, and the fluidity of the mortar reaches a maximum of 157 mm;Sodium citrate has deepened hydration

process ofthe cement in the later stage, Which increases the amount of ettringiteand the tensile bond strength ofthe mortar. When the dosageof sodium

citrate is 1.0%, the tensile bond strength ofthe mortar is 0.54 MPa.Keywords: compound system, sodium citrate, setting time, hydration, bond strength近年来，由于泡沫水泥、泡沫玻璃、泡沫陶 收缩小等优点，适用于外墙外保温系统。但硫铝

酸盐也具有水泥价格贵、后期强度倒缩等缺点。瓷等无机外墙保温材料具有保温效果好、防火、 防潮、防腐、耐久性好等优点，已广泛应用于建

普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复合化能改 善单一胶凝材料的缺点［\"］,以普通硅酸盐水泥与

硫铝酸盐水泥复配体系作为无机保温材料的粘结

筑工程外墙保温。无机外墙保温材料属于脆性保

温材料，砂浆的收缩变形会导致保温材料产生应

力作用，造成保温材料开裂的现象。目前，建筑

砂浆，能改善砂浆的膨胀性能。聂光临［句等人研

究发现普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配能有

工程外墙保温系统的粘结砂浆普遍采用普通硅酸

盐水泥粘结砂浆，但硅酸盐水泥水化热较大，收 效降低粘结砂浆收缩，但是复配砂浆存在凝结时 间短、砂浆粘结强度低等问题。本文基于70%普通硅酸盐水泥与30%硫铝酸

缩也大，用于外墙外保温体系时引起的收缩应力 较大。硫铝酸盐水泥砂浆具有抗冻、抗渗性能好、基金项目：广州市建筑科学研究院有限公司科技进步资金项目

(2018Y-KJ01)

盐水泥复配体系，研究柠檬酸钠对复配体系的凝

结时间、浆体流动度、拉伸粘结强度及水泥水化

-24-黄石明等：柠檬酸钠对普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配体系的性能研究产物的影响。定性检验方法》GB/T1346-2011对复配体系的净

1试验原料及方法1.1试验原料水泥：普通硅酸盐水泥(P.O)为东莞华润水

浆凝结时间进行测定；砂浆流动度按照《水泥胶

砂流动度测定方法》GB/T 2419-2005测定；砂浆

的粘结强度按照《建筑砂浆基本性能试验方法标

准》JGJ/T 70-2009进行测定；通过XRD-700X射

泥厂生产的普通硅酸盐水泥，等级为42.5R；硫 铝酸盐水泥(SAC)为唐山北极熊建材有限公司

线衍射仪观察水泥净浆体2 h和28 d的水化产物 特征。生产的等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥，水泥的

化学成分如表1所示。复配体系的净浆凝结时间的测定按照表2配

比中柠檬酸钠的掺量比进行，并对其进行XRD

砂：河砂，最大粒径为1.25 mm,细度模数

物相分析；根据表3的砂浆配合比，测试砂浆流

动度，并制取尺寸40 mm><40 mmx5 mm的砂浆

1.3。柠檬酸钠：北京化工厂生产，分析纯级别。试样，测试砂浆试样拉伸粘结强度。表270%P.O+30%SAC复配体系净浆中

胶粉：上海阿克苏诺贝尔特种化学有限公司

生产的2350可分散胶粉；纤维素醯：上海阿克苏

柠檬酸钠的掺量比编号Al

%A51.2诺贝尔特种化学有限公司生产的M30纤维素醯。表1名称P.OA2 0.3

A3 0.6

A41.0A61.4A71.6水泥的化学成分

Fe2O3％柠檬酸钠0.0

SiO2AI2O37.1922.00CaO55.0148.00MgO2.243.00SO32.87其他23.449.802.962.202.860.552结果与讨论2.1柠檬酸钠对复配体系净浆凝结时间的影响SAC13.001.2实验设备仪器设备主要有：水泥胶砂搅拌机、水泥净

根据图1可以看出，随着柠檬酸钠掺量的增

加，净浆凝结时间先增加后下降。在未掺入柠檬 酸钠时，复配体系净浆的凝结时间非常短，其初

浆搅拌机、凝结时间测试维卡仪、内框尺寸40 mm

x 40 mm x 6 mm试模、电液微机控制万能试验机、 流动度测试仪、玻璃板、钢直尺等。凝时间为6 min,而终凝时间为11 min；柠檬酸 钠掺量小于1.2%时，复配体系净浆凝结时间随着

1.3实验方法根据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安

柠檬酸钠掺量的增加而增加；当柠檬酸钠掺量为 1.2%时，净浆凝结时间达到最大，初凝时间达

%河砂62.2062.2062.2062.2062.2062.2062.20表3砂浆试样的配合比

编号B1B2B3P.O24.57SAC10.532350胶粉纤维素联0.200.200.200.200.20柠檬酸钠0.0水202.502.502.502.502.5024.5724.5724.5724.5710.5310.5310.530.30.6202020B41.01.21.41.6B5B610.5310.5310.5320202024.5724.572.502.500.200.20B7-25-广州建筑 GUANGZHOU ARCHITECTURE 2019 年第 3 期到106 min ,终凝时间为118 min；柠檬酸钠掺 量大于1.2%时，随着柠檬酸钠掺量的增加，复配

体系净浆凝结时间出现下降。1201008060404纠機20

00.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2 1.4 1.61.8拧橡酸钠務量/%图1柠檬酸钠与复配体系净浆凝结时间的关系硫铝酸盐水泥是低碱度水泥，普通硅酸盐水

泥是高碱度水泥，两种碱度不同的水泥复配，改

变了水泥的水化反应的历程，相对提高了水化速 率较快的硫铝酸钙C4A3&的含量，消耗掉了氢氧 化钙CH,降低复配体系的碱度，加速了 C2S,

c3s的水化，使得钙矶石和铝胶的生成速度加快,

导致凝结时间缩短［7切。柠檬酸钠是轻基竣酸盐的

一种，其与水泥水化产生的Ca2+,在水泥颗粒表 面形成一层厚实而无定形的络合物膜层，从而抑

制水泥水化，产生缓凝作用。随水泥的水化，以

及柠檬酸钠掺量的增加，液相中碱度不断的提高,

这种不稳定的络合物膜层将会破坏，这样水化将

继续正常进行［10'11］o2.2柠檬酸钠对复配体系砂浆流动度的影响流动度是表示水泥胶砂流动性的一种量度。

由图2可以看出砂浆的流动度随柠檬酸钠的掺量

增加而增大，在柠檬酸钠掺量为1.2%时达到最大

为157 mm,随着柠檬酸钠掺量的继续增加，砂

浆流动度出现下降。柠檬酸钠抑制水泥早期水化, 起到缓凝作用，使得掺入柠檬酸钠的胶砂的早期

含水率相对高于没掺或掺量少的砂浆，表现为砂

浆具有较好的流动性。当柠檬酸钠掺量超过1.2%

后，溶液中疑基含量升高造成液相中碱度升高，

反而促进了水泥的水化，砂浆流动度下降。-26-158156154152150148他

1441420.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.41.6 1.8柠檬酸钠的掺量/%图2柠檬酸钠与复配体系砂浆流动度的关系2.3柠檬酸钠对复配体系砂浆粘结强度的影响由图3可以看出，柠檬酸钠的掺入可以提高

复配砂浆拉伸粘结强度，随着柠檬酸钠掺量的增

加,砂浆拉伸粘结强度出现先增大后降低的现象。

柠檬酸钠掺量为0.0%〜1.0%时，随着柠檬酸钠掺

量的增加，砂浆拉伸粘结强度呈现增大，柠檬酸

钠掺量为1.0%时达到最大值为0.54 MPa,随着柠

檬酸钠掺量的继续增加，砂浆拉伸粘结强度出现

下降。柠檬酸钠掺量为0.0%时，复配体系水化速

率较快，同时伴随着快速放热，造成早期水化放

热集中，产生内部应力，容易在砂浆内部形成微

裂纹，导致砂浆的拉伸粘结强度低。柠檬酸钠的

掺入，可以减缓水泥水化速率，降低水化热，使

得水泥水化更加充分，从而提高砂浆拉伸粘结强O

a0a.6.55a.54a0a45a30a35c0s.225a1cT0i-5aO0a5

0.000.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8■栉橡酸量/%图3柠檬酸钠与复配体系砂浆拉伸粘结强度的影响2.4柠檬酸钠对复配体系物相的影响图4为复配体系水泥水化2h与28d的XRD

图谱，由图4 (a)可以看出：随着柠檬酸钠掺量

的增加，复配体系水泥水化2 h的水化产物中钙 矶石的生成量是降低的，同时氢氧化钙的生成量

也有所下降，而硫铝酸钙的生成量则出现增加。

黄石明等：柠檬酸钠对普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配体系的性能研究柠檬酸钠的掺入减缓了钙矶石和氢氧化钙的生成, 钙矶石的减少量比较明显，从而抑制了铝酸钙、

硫铝酸钙的早期水化，减缓水泥水化、硬化速率，

起到了缓凝的作用。根据图4 (b)可以看出，随着柠檬酸钠掺量

的增加，复配体系水泥水化28 d产物中钙矶石的 生成量逐渐增加，即柠檬酸钠的缓凝作用有利于

水化产物中钙矶石的生成。柠檬酸钠会抑制复配 体系水泥熟料中铝酸钙、硫铝酸钙的早期水化， 使水化速率减缓，有利于后期的水化进行的更加

充分，钙矶石的生成量也更多，水泥浆体内部更 加密实，表现为后期有较好的力学强度；未掺入

柠檬酸钠时，复配体系水化速率较快，在短时间 内生成大量的钙矶石，会覆盖包裹在未水化的水

泥颗粒表面，阻止被包裹的水泥颗粒水化，造成

水泥水化不完全，导致后期钙矶石的生成量减少。(a)水泥净浆2h的XRD图谱U1JU4UJIJJ'• AFIV CH♦ c^.c.s](b)水泥净浆28 d的XRD图谱图4柠檬酸钠对复配体系水泥净浆水化产物的影响 3结论(1)柠檬酸钠能抑制复配体系水泥水化进程,

延缓其凝结时间，柠檬酸钠掺量为1.2%时，凝结

时间达到最大，初凝时间与终凝时间为106 min、118 mino(2) 砂浆的流动度随柠檬酸钠的掺量增加而

增大，在柠檬酸钠掺量为1.2%时达到最大值为

157 mm。(3) 柠檬酸钠能改善复配体系砂浆的拉伸粘

结强度，在柠檬酸钠掺入量为1.0%时，砂浆具有

较好的拉伸粘结性能，此时拉伸粘结强度达到

0.54 MPa。(4) 柠檬酸钠抑制了铝酸钙、硫铝酸钙的早

期水化，使得早期水泥水化、硬化速率减缓，而 有助于后期水化更充分及钙矶石的生成。[1] 杨林，严云，胡志华，等.硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复

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