第7期 刘娟红等：高氧化铁粉煤灰影响聚羧酸减水剂吸附特性的机理 931· 水泥及加入不同质量氧化铁的普通Ⅱ级粉煤灰-水 通Ⅱ级粉煤灰-水泥浆体的流动度均在220mm以 泥的净浆流动度，来研究氧化铁含量对普通Ⅱ级 上：在普通Ⅱ级粉煤灰中内添加氧化铁会使净浆流 粉煤灰-水泥净浆流动度的影响，探讨氧化铁含量 动度逐渐降低，且氧化铁含量的越大，净浆流动度 对三种聚羧酸减水剂吸附性能的影响，其中聚羧 越小，当粉煤灰中加入氧化铁的质量分数为18% 酸减水剂添加质量为胶凝材料总质量的0.7%，高 (氧化铁质量占胶凝材料总质量的5.4%)时，摻入 氧化铁粉煤灰及添加不同质量氧化铁的普通Ⅱ级 这三种不同类型的聚羧酸减水剂净浆的流动度降至 粉煤灰总质量均为90g,结果见表3和图1.由 最低，此时浆体已很难流动，说明粉煤灰中氧化 表3和图1可知：由高氧化铁粉煤灰-水泥组成 铁含量很大程度上影响聚羧酸减水剂对水泥的分散 的胶凝材料与这几种减水剂都拌不成浆体，而普 效果. 表3高氧化铁粉煤灰-水泥及加入不同质量氧化铁的普通Ⅱ级粉煤灰-水泥的净浆流动度 Table 3 Fluidity of high iron oxide fly ash-cement paste and common level II fly ash-cement paste with different masses of iron oxides 高氧化铁 氧化铁的质 流动度/mm 水泥/g Ⅱ级粉煤灰/g 粉煤灰/g 水/g 量分数/% 西卡聚羧 新航醚类聚 新航脂类聚 酸减水剂 羧酸减水剂 羧酸减水剂 210 90 87 干，发散 干，发散 干，发散 210 90.0 87 0 235 230 220 210 84.6 6 135 100 145 210 79.2 87 12 110 75 100 210 73.8 87 18 65 65 90 250 ◆西卡 酸减水剂中的阴离子进行配位体交换，对聚羧酸阴 新航醚 200 一新航酯 离子发生很强的专性吸附.因此随着粉煤灰中氧化 150 铁量的增加，聚羧酸盐减水剂在水泥颗粒上的吸附 量和吸附率逐渐降低，聚羧酸高性能减水剂减水功 100 能急剧下降 50 2.2硫化钠对高铁粉煤灰与聚羧酸减水剂吸附的 0 6 12 18 影响 氧化铁的质量分数/% 高氧化铁粉煤灰和聚羧酸盐减水剂之间的不 图1氧化铁含量对粉煤灰-水泥流动度的影响 适应性是由于氧化铁对聚羧酸减水剂具有很强的专 Fig.1 Effect of iron oxide content on the fluidity of fly ash- 性吸附，进而影响了聚羧酸减水剂的分散效果.同 cement paste 时溶液的pH值与氧化铁对聚羧酸减水剂专性吸附 高氧化铁粉煤灰中的氧化铁是在高温、氧化和 有很大关系2,14.另外，也可加入无机盐（以此改 急冷环境下生成的，因而与硅铝酸盐矿物形成赤铁 变浆体中氧化铁含量)来提高水泥与聚羧酸盐减水 矿或磁铁矿，没有形成铁酸盐矿物.赤铁矿或磁铁 剂之间的适应性 矿是两性氧化物，在碱性环境下能够与氢氧化钙反 考虑到硫化钠可以改变溶液的H值，并可与 应生成铁酸钙类盐，同样也可以吸附在钙盐固体的 氧化铁生成硫化亚铁沉淀，从而降低浆体中氧化铁 表面，这都限制了减水剂分子链中的羧酸根离子与 含量.下面的实验是在胶凝材料浆体中加入硫化钠 钙离子配位，使减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附 1.8g,来研究硫化钠对高铁粉煤灰与聚羧酸减水剂 作用受到削弱.最重要的是，在一定条件下，氧化 之间适应性的影响.加入硫化钠前后净浆流动度结 铁又可与含氧酸进行配位体交换，发生对阴离子的 果如表4和图2所示.硫化钠对高氧化铁粉煤灰 专性吸附2，含氧酸的阴离子进入铁原子的配位壳 与聚羧酸减水剂之间适应性影响如表5所示.由表 中，与配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接 4及图2可以看出，硫化钠的加入，能使掺入氧化 通过共价键或配位键结合，而且氧化铁对有机酸的 铁的粉煤灰-水泥浆体的净浆流动度有一定程度的 这种专性吸附特征更强1，也就是说氧化铁与聚羧 增加（增大4055mm).对于高氧化铁粉煤灰，由第 7 期 刘娟红等：高氧化铁粉煤灰影响聚羧酸减水剂吸附特性的机理 931 ·· 水泥及加入不同质量氧化铁的普通Ⅱ级粉煤灰–水 泥的净浆流动度，来研究氧化铁含量对普通Ⅱ级 粉煤灰–水泥净浆流动度的影响，探讨氧化铁含量 对三种聚羧酸减水剂吸附性能的影响，其中聚羧 酸减水剂添加质量为胶凝材料总质量的 0.7%，高 氧化铁粉煤灰及添加不同质量氧化铁的普通Ⅱ级 粉煤灰总质量均为 90 g，结果见表 3 和图 1. 由 表 3 和图 1 可知：由高氧化铁粉煤灰–水泥组成 的胶凝材料与这几种减水剂都拌不成浆体，而普 通Ⅱ级粉煤灰–水泥浆体的流动度均在 220 mm 以 上；在普通Ⅱ级粉煤灰中内添加氧化铁会使净浆流 动度逐渐降低，且氧化铁含量的越大，净浆流动度 越小，当粉煤灰中加入氧化铁的质量分数为 18% (氧化铁质量占胶凝材料总质量的 5.4%) 时，掺入 这三种不同类型的聚羧酸减水剂净浆的流动度降至 最低，此时浆体已很难流动，说明粉煤灰中氧化 铁含量很大程度上影响聚羧酸减水剂对水泥的分散 效果. 表 3 高氧化铁粉煤灰–水泥及加入不同质量氧化铁的普通Ⅱ级粉煤灰–水泥的净浆流动度 Table 3 Fluidity of high iron oxide fly ash-cement paste and common level II fly ash-cement paste with different masses of iron oxides 水泥/ g Ⅱ级粉煤灰/g 高氧化铁 粉煤灰/g 水/ g 氧化铁的质 量分数/% 流动度/mm 西卡聚羧 酸减水剂 新航醚类聚 羧酸减水剂 新航脂类聚 羧酸减水剂 210 — 90 87 — 干，发散 干，发散 干，发散 210 90.0 — 87 0 235 230 220 210 84.6 — 87 6 135 100 145 210 79.2 — 87 12 110 75 100 210 73.8 — 87 18 65 65 90 图 1 氧化铁含量对粉煤灰–水泥流动度的影响 Fig.1 Effect of iron oxide content on the fluidity of fly ash￾cement paste 高氧化铁粉煤灰中的氧化铁是在高温、氧化和 急冷环境下生成的，因而与硅铝酸盐矿物形成赤铁 矿或磁铁矿，没有形成铁酸盐矿物. 赤铁矿或磁铁 矿是两性氧化物，在碱性环境下能够与氢氧化钙反 应生成铁酸钙类盐，同样也可以吸附在钙盐固体的 表面，这都限制了减水剂分子链中的羧酸根离子与 钙离子配位，使减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附 作用受到削弱. 最重要的是，在一定条件下, 氧化 铁又可与含氧酸进行配位体交换，发生对阴离子的 专性吸附[12]，含氧酸的阴离子进入铁原子的配位壳 中，与配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接 通过共价键或配位键结合，而且氧化铁对有机酸的 这种专性吸附特征更强[13]，也就是说氧化铁与聚羧 酸减水剂中的阴离子进行配位体交换，对聚羧酸阴 离子发生很强的专性吸附. 因此随着粉煤灰中氧化 铁量的增加，聚羧酸盐减水剂在水泥颗粒上的吸附 量和吸附率逐渐降低，聚羧酸高性能减水剂减水功 能急剧下降. 2.2 硫化钠对高铁粉煤灰与聚羧酸减水剂吸附的 影响 高氧化铁粉煤灰和聚羧酸盐减水剂之间的不 适应性是由于氧化铁对聚羧酸减水剂具有很强的专 性吸附，进而影响了聚羧酸减水剂的分散效果. 同 时溶液的 pH 值与氧化铁对聚羧酸减水剂专性吸附 有很大关系[12,14] . 另外，也可加入无机盐 (以此改 变浆体中氧化铁含量) 来提高水泥与聚羧酸盐减水 剂之间的适应性. 考虑到硫化钠可以改变溶液的 pH 值，并可与 氧化铁生成硫化亚铁沉淀，从而降低浆体中氧化铁 含量. 下面的实验是在胶凝材料浆体中加入硫化钠 1.8 g，来研究硫化钠对高铁粉煤灰与聚羧酸减水剂 之间适应性的影响. 加入硫化钠前后净浆流动度结 果如表 4 和图 2 所示. 硫化钠对高氧化铁粉煤灰 与聚羧酸减水剂之间适应性影响如表 5 所示. 由表 4 及图 2 可以看出，硫化钠的加入，能使掺入氧化 铁的粉煤灰–水泥浆体的净浆流动度有一定程度的 增加 (增大 40∼55 mm). 对于高氧化铁粉煤灰，由