C3S、C2S及C4AF水泥熟料漿吸附強塑劑之行為及流變性質之影響

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研究生：	薛鈺龍 Yu-Lung Hsueh
論文名稱：	C3S、C2S及C4AF水泥熟料漿吸附強塑劑之行為及流變性質之影響 Study on Relationship between Paste Rheological Behaviors and Adsorption of Superplasticizer on Major Phases (C3S, C2S, C4AF) of Portland Cement
指導教授：	陳君弢 Chun-Tao Chen
口試委員:	黃兆龍 Chao-Lung Hwang 張大鵬 Chang-Ta Peng
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 營建工程系 Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年：	2016
畢業學年度：	104
語文別：	中文
論文頁數：	113
中文關鍵詞：	矽酸三鈣、矽酸二鈣、鋁鐵酸四鈣、吸附、流變行為
外文關鍵詞：	tricalcium silicate, dicalcium silicate, tetracalcium aluminoferrite
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本研究探討強塑劑於主要水泥成份相及水化產物的吸附行為及與漿體流變行為的關係。試驗將完成水泥早期水化主要成份相C3S、C2S與C4AF之合成。並利用所合成之化合物製作漿體，測量漿體添加強塑劑後之吸附量及漿體流變行為。研究結果發現，水泥漿體水化初期之黏度變化與各化合物的水化作用密切相關，各漿體之黏度在極短的水化時間內即大幅上升。然而，此黏度量測同時受到水化與析離的影響，造成黏度變化大且不與強塑劑劑量間呈明顯關係。就強塑劑的吸附行為而言，以C4AF的單位面積吸附量最高，C2S次之，C3S最低。水化初期三個化合物中又以鋁鐵酸四鈣的黏度發展最快。而使用強塑劑後，添加之強塑劑劑量越高其吸附量越高所對應之黏度值越低，但並非所有試樣都呈現一樣之趨勢，其造成不穩定因素同時存在，合成之試樣本身化性不同，試樣遇水快速水化，漿體之析離影響等，這些因素都會造成試樣吸附強塑劑不完全，進而影響黏度與吸附量。總而言之，整體的研究結果說明強塑劑與水泥各主要成份間的交互作用，未來有助於改善強塑劑的性能，提升與不同種類水泥的相容性。

This study explores the adsorption behavior of the superplasticizer on the major phases of the hydrating cement pastes and their rheological behaviors during the early hydration. During the study, the major phases of the Portland cement, C3S, C2S and C4AF, are synthesized and prepared for the rheological and superplasticizer adsorption measurements. Results showed that the viscosities of the cement pastes during the early hydration were highly associated with the hydration of the major phases in cement. The viscosity of the phases mixed with water increased rapidly during the very early hydration. Such increases were also related with the segregation in the presence of superplasticizer. Both hydration and segregation may be responsible for the uncertain relationship between the paste viscosity and the superplasticizer dosage. Results also showed that the superplasticizer adsorbed the most on C4AF and the least on C3S, estimated by the amount of adsorption per unit surface area. During the early hydration, C4AF had the fastest viscosity increases among the three phases. In the presence of superplasticizer, the viscostity decreased with the increase of adsorption. Nevertheless, such relationship was not consistent in all the mixtures. There are some influencing factors, such as the compositions, hydration rate and segregation. These factors induced the incomplete adsorption of superplasticizer, which in turn affected the viscosity and adsorption capacity.

總目錄
摘要	I
ABSTRACT	II
誌謝	IV
總目錄	V
表目錄	VIII
圖目錄	IX
第一章	緒論	1
1.1	研究動機	1
1.2	研究目的	2
第二章	文獻探討	5
2.1	水泥	5
2.1.1水泥的組成	5
2.1.2水泥水化行為	6
2.2	水泥主要化合物之合成	11
2.3	強塑劑	13
2.3.1強塑劑的成份與種類	13
2.3.2強塑劑作用機理與其對水泥主要化合物之影響	17
2.4	漿體流變量測	21
2.4.1流變與黏度之定義	21
第三章	試驗計畫	24
3.1	試驗材料	24
3.1.1水泥主要化合物	24
3.1.2強塑劑	24
3.1.3藥品	25
3.2	試驗變數	26
3.1.4水灰比之設定	26
3.1.5強塑劑之添加量	27
3.3	強塑劑固含量測定試驗	30
3.4	合成試驗	31
3.4.1 C2S合成	31
3.4.2 C4AF合成	32
3.4.3 C3S合成	33
3.5	粒徑分析	36
3.6	比表面積與孔隙分析儀	36
3.7	黏度試驗	37
3.8	吸附試驗	38
3.9	氧化總有機碳分析儀(TOC)	40
3.10	水化熱試驗	42
3.11	掃描式電子顯微鏡	43
3.12	X光繞射分析儀	44
3.13	五噸動態試驗機	45
3.14	其他試驗儀器與器材	46
第四章	結果分析與討論	51
4.1	前言	51
4.2	先期試驗	51
4.2.1矽酸二鈣之物化性質分析	51
4.2.2矽酸三鈣之物化性質分析	55
4.2.3鋁鐵酸四鈣之物化性質分析	58
4.2.4水灰比之決定	63
4.2.5黏度試驗時間之選定	63
4.2.6稀釋溶液的選定	64
4.3	萘磺酸基強塑劑對漿體黏度與吸附的影響	65
4.3.1 C4AF	65
4.3.2 C4AF2	69
4.3.3 C4AF3	71
4.3.4 C4AF0.5	73
4.3.5 C2S	75
4.3.6 C3S	77
4.5	羧酸基強塑劑對漿體黏度與吸附的影響	83
第五章	結論與建議	109
5.1	結論	109
5.2	建議	110
參考文獻	111
 
表目錄
表2. 1鍛燒溫度熟料之反應(MINDESS AND YOUNG 1981)	5
表2.2 卜特蘭水泥化學成分(MINDESS AND YOUNG 1981)	6
表2. 3矽酸鹽類水化反應過程(MINDESS AND YOUNG 1981)	7
表2.4水泥主要化合物之水化方成式(MINDESS AND YOUNG 1981)	10
表2.5界面活性劑的種類和(張有義,郭蘭生編譯 2004)	13
表3. 2強塑劑成分表	24
表3. 3水楊酸成分表	25
表3. 4強塑劑添加比例	27
表3. 5鋁鐵酸四鈣之強塑劑SNF添加量計算(強塑劑含量0%-5%)	28
表3. 6鋁鐵酸四鈣之強塑劑SNF添加量計算(強塑劑含量1%-8%)	28
表3. 7鋁鐵酸四鈣之強塑劑CAE添加量計算(強塑劑含量0%-0.8%)	29
表3. 8鋁鐵酸四鈣之強塑劑CAE添加量計算(強塑劑含量2%-10%)	29
表3. 9紫外線光譜儀試驗參數	39
 
圖目錄
圖1 1研究流程圖	4
圖2. 1矽酸鈣鹽類水化速率(MINDESS AND YOUNG 1981)	9
圖2. 2硫化荼甲醛縮和物化學式(郭文田 1990)	14
圖2. 3硫化三化聚氫胺甲醛縮合物，樹酯化過程(郭文田 1990)	15
圖2. 4羧酸高分子聚合物化學式(郭文田 2000)	16
圖2. 5改良磺化木質素化學式(郭文田 1990)	16
圖2. 6絮凝現象	18
圖2. 7萘磺酸基強塑劑	18
圖2. 8羧酸基強塑劑	18
圖2. 9水泥、C3S與C3A之SMF吸附圖(RAMACHANDRAN 1996)	20
圖2. 10強塑劑吸附量與ZETA電位之關係圖(RAMACHANDRAN 1996)	20
圖3. 1 C2S合成之溫度變化圖	31
圖3. 2 C4AF合成之溫度變化圖	32
圖3. 3 C3S合成之溫度變化圖	33
圖3. 4合成步驟圖之一	34
圖3. 5合成步驟圖之二	35
圖3. 6高精度比表面積與孔隙分析儀	36
圖3. 7 SV-黏度儀	37
圖3. 8萘磺酸基強塑劑光譜圖	38
圖3. 9 UV試驗步驟	39
圖3. 10氧化總有機碳分析儀	41
圖3. 11 TOC機器檢量線	41
圖3. 12高精度恆溫熱量儀	42
圖3. 13掃描式電子顯微鏡	43
圖3. 14白金電鍍機	43
圖3. 15 X光繞射儀	44
圖3. 16五噸動態試驗機	45
圖3. 17精密天秤	49
圖3. 18電子天秤	49
圖3. 19超純水製造機	49
圖3. 20高速離心機	49
圖3. 21離心管	49
圖3. 22不銹鋼搗臼	49
圖3. 23行星式球磨機	49
圖3. 24鋯球罐與鋯球	49
圖3. 25高溫爐(1300 ℃)	50
圖3. 26高溫爐(1450 ℃)	50
圖3. 27真空烘箱	50
圖3. 28可調式微量滴管	50
圖3. 29針筒與快速濾頭	50
圖3. 30石英玻璃槽	50
圖4. 1不同持溫時間下C2S之繞射圖譜	52
圖4. 2 C2S研磨後之粉末	52
圖4. 3 C2S粒徑分佈圖	53
圖4. 4 C2S之SEM圖	53
圖4. 5 C2S粒徑之吸脫附曲線圖	54
圖4. 6不同燒結時間與次數下C3S之繞射圖譜	55
圖4. 7C3S研磨後之粉末	56
圖4. 8 C3S粒徑分佈圖	56
圖4. 9 C3S之SEM圖	57
圖4. 10 C3S粒徑之吸脫附曲線圖	57
圖4. 11不同A/F比例下C4AF之X光繞射圖譜(1300 ºC)	59
圖4. 12研磨後之鋁鐵酸四鈣粉末(由左至右C4AF0.5; C4AF; C4AF2; C4AF3)	59
圖4. 13鋁鐵酸四鈣之粒徑分佈圖((A)C4AF; (B)C4AF2; (C)C4AF3; (D)C4AF0.5)	60
圖4. 14鋁鐵酸四鈣之SEM圖((A)C4AF; (B)C4AF2; (C)C4AF3; (D)C4AF0.5)	61
圖4. 15鋁鐵酸四鈣粒徑之吸脫附曲線圖((A)C4AF; (B)C4AF2; (C)C4AF3; (D)C4AF0.5)	62
圖4. 16不同萘磺酸基強塑劑下C4AF漿體黏度與水化時間關係圖(0-8%)(水灰比0.8)	66
圖4. 17不同萘磺酸基強塑劑下C4AF漿體黏度與水化時間關係圖(10-50%)(水灰比0.8)	66
圖4. 18不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF漿體的單位質量(0-8%)(水灰比0.8)	67
圖4. 19不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF漿體單位面積吸附圖(0-8%)(水灰比0.8)	67
圖4. 20不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF漿體的單位質量(10-50%)(水灰比0.8)	68
圖4. 21不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF漿體單位面積吸附圖(10-50%)(水灰比0.8)	68
圖4. 22不同萘磺酸基強塑劑下C4AF2漿體黏度與水化時間關係圖(0-8%)(水灰比0.8)	69
圖4. 23不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF2漿體的單位質量(水灰比0.8)	70
圖4. 24不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF2漿體單位面積吸附圖(水灰比0.8)	70
圖4. 25不同萘磺酸基強塑劑下C4AF3漿體黏度與水化時間關係圖(0-8%)(水灰比0.8)	71
圖4. 26不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF3漿體的單位質量(水灰比0.8)	72
圖4. 27不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF3漿體單位面積吸附圖(水灰比0.8)	72
圖4. 28不同萘磺酸基強塑劑下C4AF0.5漿體黏度與水化時間關係圖(0-8%)(水灰比0.8)	73
圖4. 29不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF0.5漿體的單位質量(水灰比0.8)	74
圖4. 30不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF0.5漿體單位面積吸附圖(水灰比0.8)	74
圖4. 31不同萘磺酸基強塑劑下C2S漿體黏度與水化時間關係圖(水灰比0.6)	75
圖4. 32不同萘磺酸基強塑劑劑量下C2S漿體的單位面積吸附圖(水灰比0.6)	76
圖4. 33不同萘磺酸基強塑劑劑量下C2S漿體的單位面積吸附圖(水灰比0.6)	76
圖4. 34不同萘磺酸基強塑劑下C3S漿體黏度與水化時間關係圖(水灰比0.7)	77
圖4. 35不同萘磺酸基強塑劑劑量下C3S漿體的單位質量(水灰比0.7)	78
圖4. 36不同萘磺酸基強塑劑劑量下C3S漿體單位面積吸附圖(水灰比0.7)	78
圖4. 37不同萘磺酸基強塑劑下C4AF漿體黏度與水化時間關係圖(水灰比0.85)	79
圖4. 38不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF漿體的單位質量(水灰比0.85)	80
圖4. 39不同萘磺酸基強塑劑劑量下C4AF漿體單位面積吸附圖(水灰比0.85)	80
圖4. 40不同萘磺酸基強塑劑下C2S漿體黏度與水化時間關係圖(水灰0.71)	81
圖4. 41不同萘磺酸基強塑劑劑量下C2S漿體的單位面積吸附圖(水灰比0.71)	82
圖4. 42不同萘磺酸基強塑劑劑量下C2S漿體的單位面積吸附圖(水灰比0.71)	82
圖4. 43不同羧酸基強塑劑下C4AF漿體黏度與水化時間關係圖(0-0.8%)(水灰比0.8)	84
圖4. 44不同羧酸基強塑劑下C4AF漿體黏度與水化時間關係圖(0-8%)(水灰比0.8)	84
圖4. 45不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF漿體的單位質量(0-0.8%)(水灰比0.8)	85
圖4. 46不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF漿體單位面積吸附圖(0-0.8%)(水灰比0.8)	85
圖4. 47不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF漿體的單位質量(0-8%)(水灰比0.8)	86
圖4. 48不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF漿體單位面積吸附圖(0-8%)(水灰比0.8)	86
圖4. 49不同羧酸基強塑劑下C4AF2漿體黏度與水化時間關係圖(0-6%)(水灰比0.8)	87
圖4. 50不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF2漿體的單位質量(水灰比0.8)	88
圖4. 51不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF2漿體單位面積吸附圖(水灰比0.8)	88
圖4. 52不同羧酸基強塑劑下C4AF3漿體黏度與水化時間關係圖(0-8%)(水灰比0.8)	89
圖4. 53不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF3漿體的單位質量(水灰比0.8)	90
圖4. 54不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF3漿體單位面積吸附圖(水灰比0.8)	90
圖4. 55不同羧酸基強塑劑下C4AF0.5漿體黏度與水化時間關係圖(水灰比0.8)	91
圖4. 56不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF0.5漿體的單位質量(水灰比0.8)	92
圖4. 57不同羧酸基強塑劑劑量下C4AF0.5漿體單位面積吸附圖(水灰比0.8)	92
圖4. 58固定萘磺酸基強塑劑劑量對鋁鐵酸四鈣之水化時間關係圖((A)2 %；(B)4 %；(C)6 %；(D)8 %)(水灰比0.8)	94
圖4. 59固定羧酸基強塑劑劑量對鋁鐵酸四鈣之水化時間關係圖((A)2 %；(B)4 %；(C)6 %；(D)8 %)(水灰比0.8)	96
圖4. 60固定水化時間6分鐘與強塑劑劑量之黏度關係圖((A)2 %；(B)4 %；(C)6 %；(D)8 %)(水灰比0.8)	98
圖4. 61固定水化時間15分鐘與強塑劑劑量之黏度關係圖((A)2 %；(B)4 %；(C)6 %；(D)8 %)(水灰比0.8)	100
圖4. 62固定水化時間30分鐘與強塑劑劑量之黏度關係圖((A)2 %；(B)4 %；(C)6 %；(D)8 %)(水灰比0.8)	102
圖4. 63固定水化時間與強塑劑劑量之單位質量((A)2 %；(B)4 %；(C)6 %；(D)8 %)(水灰比0.8)	104
圖4. 64固定水化時間與強塑劑劑量之單位面積吸附圖((A)2 %；(B)4 %；(C)6 %；(D)8 %)(水灰比0.8)	105
圖4. 65鋁鐵酸四鈣添加不同強塑劑之水化分析圖((A)無添加強塑劑；(B)添加2 %萘磺酸基強塑劑；(C)添加2 %羧酸基強塑劑) (水灰比0.8)	107
圖4. 66鋁鐵酸四鈣添加不同強塑劑之水化速率圖((A)無添加強塑劑；(B)添加2 %萘磺酸基強塑劑；(C)添加2 %羧酸基強塑劑) (水灰比0.8)	108
                                

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全文公開日期 2021/01/29 (校內網路)
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