激发剂对蒸养水泥一粉煤灰胶凝材料性能的影响

1、激发剂对蒸养水泥一粉煤灰胶凝材料性能的影响粉煤灰综合利用FLYASHCoMPREHENSIVEUTILIZATION2008NO.2激发剂对蒸养水泥一粉煤灰胶凝材料性能的影响EffectsofActivatorontheHydrationCharacteristicsofSteamCuringCementPastesContainingFlyAsh何智海,刘运华,刘江红(1.郴州市建设工程质量安全监督管理站,湖南郴州423000;2.中南大学土木建筑学院,长沙410075)摘要:通过测定不同龄期净浆化学结合水量和抗压强度,并结合SEM,研究了在蒸养条件下激发剂对水泥一粉煤灰复合胶凝材料水化性能

2、的影响.结果表明:蒸养条件及激发剂提高了水泥一粉煤灰复合胶凝材料的水化速度与粉煤灰的活性.关键词:蒸养;粉煤灰;化学结合水量;激发剂;水化中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:10058249(2008)02一OO23一O4Abstract:BytestingchemicallycombinedwaterandcompressivestrengthofhardenedpastesatdifferentagesandSEM,theinfluenceofactivatoronhydrationcharacteristicsofcementflyashcompositebindersinst

3、eamcuringconditionwasstudied.Theexperimentalresultsindicatethatthesteamcuringconditionincreasesthehydrationvelocityofcementflyashcompositebindersandactivationofflyash;Keywords:steamcuring;flyash;chemicallycombinedwatercontent;activator;hydration粉煤灰替代水泥掺入混凝土中,能改善混凝土的和易性和耐久性,是一种理性的微粉填充材料,但是粉煤灰的活性低于水泥,

4、混凝土中掺人大量的粉煤灰,其早期强度明显降低.因此,水泥科学工作者对水泥一粉煤灰复合胶凝材料的性能进行了大量研究,探讨了粉煤灰对胶凝材料的力学强度及水化硬化过程的影响.方泽锋等人的试验结果表明,粉煤灰对水泥水化速度的影响是对水泥各矿物水化速度影响的综合体现;LainI等人的研究表明,粉煤灰掺量增加导致有效水灰比增大,使得水泥早期水化加速;B.W.Langan等人发现,粉煤灰提高了水泥的早期水化速度,降低了诱导期和加速期的水化速度,但能加速后期水化;蒋林华等人的试验结果显示,高掺量粉煤灰水泥胶凝材料的水化速度低于纯水泥的水化速度,但后期增长较快;Berry等的研究认为,在早期,水泥粉煤灰浆体中的

5、化学结合水量比纯水泥浆体中的高,但并不随着龄期持续增长;石明霞等人研究表明,粉煤灰细度的增加并没有提高水泥一粉煤灰浆体的化学结合水量.因此,研究激发粉煤灰潜在活性促进其水化的措施十分必要.本文通过测定化学结合水量和抗压强度,并结合SEM,着重研究了蒸养条件下3种激发剂对水泥一粉煤灰复合胶凝材料水化性能的影响.材料,具有较高的活性,因此,适量地掺人到碱矿渣混凝土中能提高混凝土的后期抗压强度,且单掺40的锂渣对混凝土的早期强度也有一定的提高.(3)用碱激发矿渣一粉煤灰一锂渣复合渣体混凝土的生产工艺简单(只需”一磨”),材料来源广泛,同时可降低日益缺乏的矿渣量,充分利用其它各种工业废渣,发挥地方资源

6、优势,对保护环境,节能利废,满足混凝土可持续发展具有重要的现实意义.收稿日期:20070912参考文献1蒲心诚,甘昌成等.新型结构材料一JK混凝土,四川I建材J.1987.3,p71O23杨长辉,蒲心诚.论碱矿渣水泥及混凝土的缓凝问题及缓凝方法J.重庆建筑大学,Vo1.18No.3,1996.9,67713陈翠红,王元等.高性能碱矿渣混凝土的研究J.混凝土,1999.5,2426141朱效荣,宋东升等J1.水泥,2001,7,p135张彩文,张利民等.复合碱激发粉煤灰制品中SOs含量的限制J1.粉煤灰综合利用,1997,4.?23?2008NO.2粉煤灰综合利用FLYASHCOMPREHENS

7、IVEU,IILIZA,IIoN1原材料与试验方法1.1原材料试验原材料包括:湖南湘乡水泥厂产韶峰42.5级普通硅酸盐水泥(化学成分见表1,性能指标见表2),湖南湘潭电厂产I级粉煤灰(化学成分见表1,性能指标见表3),上海花王萘系高效减水剂Mighty100,激发剂(CaSO4?2H2O,NaSO4,CaC12),自来水.表1水泥,粉煤灰的化学成分/材料烧失量含水量SO3Si02Fe203A1203CaOMgOK2ONa2O细廖.标庠,凝/h结:m时i间n/用水量/抗压强度/MPa3d28d抗折强度/MPa3d28d1.2试验方法用灼烧失重法测定样品的化学结合水量.将水泥与粉煤灰按比例混合均匀

8、,加入外加剂,按给定水胶比加水,在水泥净浆搅拌机内搅拌4min,成型40mm×40ram×40mm的试件.试件养护制度为静停2h,升温2h,恒温8h,恒温温度(60±5),降温1h;另一种养护制度为静停2h,升温2h,恒温8h,恒温温度(80t-5),降温1h.试件蒸养完毕后,立即脱模,放入20.C水中养护至规定龄期,然后将破型的碎块立即浸泡在无水乙醇中,停止水化,磨细,在烘箱中105烘16h至恒重,再置于高温炉中,升温至1000保持20min,待冷却后,称重.以单位质量的胶凝材料表示,化学结合水量计算公式】:Xl一(mlm2)/m2一XFA.c/(1一XFA.c

9、)式中,X:单位质量胶凝材料的化学结合水量.ml:105烘干后试样的质量(g).m2:1000煅烧后试样质量(g).X一XXFA1+XX,其中X和)(c分别为粉煤灰和水泥的质量分数;X;和)(c,;分别为粉煤灰和?24?水泥的烧失量.1.3试验配合比.净浆配合比见表4.表4净浆配合比编号水泥/g粉煤灰/g外加剂/g水胶比水/g养护制度A6O400.10.2525标养B6O400.10.2525蒸养*C6O400.10.2525蒸养*D16O400.10.2525蒸养*D26O400.10.2525蒸养*D36o400.10.2525蒸养*注:外加剂若未加说明,均为上海花王萘系高效减水剂Migh

10、ty100;*恒温温度为(60±5)¨C,未加说明的蒸养恒温温度为(80±5).D1加CaCI2,D2加Na2SO4,D3加CaSO4.2H2O.2试验结果与讨论2.1化学结合水量2.1.1养护制度的影响由图1看出各试件的化学结合水量均随龄期的延长增加.试件A标准养护后,化学结合水量始终低于同龄期蒸养条件下的试件B和c.由此可见蒸养条件提高了水泥一粉煤灰复合胶凝材料的水化速度.标准养护条件下的试件A的粉煤灰活性较低,粉煤灰颗粒与水泥水化产物二次水化反应速度缓慢,化学结合水量较低.雪4-;厂1c研究表明,当养护温度升高时,水泥一粉煤灰复合胶凝材料中火山灰反应速率会随

11、着温度的升高而提高,水泥粉煤灰净浆中粉煤灰开始水化的时间大大提图1养护制度对化学结合水量的影响前.蒸养条件不仅提高了水泥的水化速度,也显着提高了粉煤灰活性.在蒸养条件下,粉煤灰由于水泥水化产物和蒸养条件共同作用,粉煤灰的玻璃体网络结构更容易被破坏,EsiO一四面体的聚合体解聚成单聚体和双聚体,使水泥粉煤灰浆体中单体含量和低聚物含量有所提高,提高了粉煤灰活性,加快了水化速度,促进了二次水化反应进程,从而使化学结合水量明显增加.试验也表明,提高蒸养的恒温温度有利于提高水泥一粉煤灰复合胶凝材料的早期水化程度,2OO8No.2粉煤灰综合利用FLYASHCOMPREHENSIVEUTILIZATION图

12、6试件C3dSEM照片图7试件Dl3dSEM照片图8试件D23dSEM照片图9试件D33dSEM照片标养试件A,3d时生成的水化产物较少,粉煤灰颗粒几乎没有水化;90d时,生成的水化产物明显增多,可以看到有纤维状的C-s-H凝胶,针棒状钙矾石和片状的Ca(OH)晶体,但是粉煤灰颗粒的水化程度仍然较低,甚至还有表面光滑,完全没有水化的颗粒存在.标养条件下,粉煤灰颗粒虽然水化较少,甚至没有水化,但由于粉煤灰颗粒较小,起着密实填充和微集料作用,从而保证试件A的强度性能.蒸养条件下,试件C3d时就可以看到大量的水化产物,且粉煤灰颗粒表面不再光滑,有一些物质沉淀及一些被刻蚀的痕迹,表明粉煤灰已发生了水化

13、反应,粉煤灰水化形成的水化产物与水泥水化产物互相交叉搭接形成整体结构.蒸汽养护既加速了水泥的水化,更有利于粉煤灰水化反应的进行,粉煤灰的掺入改善了其微观结构.蒸养条件下,3种掺有激发剂的试件,3d时,均生成了大量的水化产物,粉煤灰都有不同程度的反应.蒸汽养护和激发剂共同破坏了粉煤灰玻璃体表面的致密层,水泥水化生成的Ca(OH)会与玻璃体表面活性较高的SiO和Al.O.反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙.试件D中的粉煤灰表面已不再光滑,有明显的包裹物和一些刻蚀痕迹,试件D中粉煤灰二次水化反应形成的水化产物已与水泥的水化产物连成一个整体,试件D.中粉煤灰表面已形成了明显的水化产物微晶.试件的微观结构形

14、貌分析与其表现出来的宏观性能一致.3结论(1)标养条件下,粉煤灰不仅在早期不水化,即使到90d时也只有较少的水化产物,粉煤灰的密实填充效应和微集料效应是改善硬化浆体早期微观结构的主要原因.(2)蒸养条件提高了水泥粉煤灰复合胶凝材料的水化速度,也提高了粉煤灰的活性,对粉煤灰的二次水化起到了加速作用,提高了硬化浆体的抗压强度,但过高的养护温度会影响硬化浆体的后期性能.(3)蒸汽养护条件下,激发剂对粉煤灰活性的激发效果依次为:Na2SO>CaSO?2H2O>CaC12.(4)用化学结合水量来确定水泥粉煤灰复合胶凝材料的水化程度只是一种近似的估计方法;试件的水化程度与其抗压强度之间存在着相近的变化规律,可以通过检测试件的水化程度预测其抗压强度的发展.参考文献1ZhangYaMei,SunWei,YanHanDong.HydrationofhighvolumeflyashcementpastesJ.CementandConcreteComposites,2000,30(6):4454522HuangShiyuan.Hydrationofflyashcementan