养护条件对水泥水化产物的影响

养护条件对水泥水化产物的影响

免蒸压技术随着我国经济的不断发展和城市化水平的提高，每年都需要消耗大量的水泥矿。工厂为了加快模具周转和减少生产周期几乎都需要使用高温养护工艺来提高早期强度,但是不同的养护条件对水泥制品的微观结构和水化产物会产生不同的影响,进而给制品的其他性能带来一定影响。目前许多水泥制品仍采用蒸压养护,蒸压养护可以激发磨细砂的活性,使其和Ca(OH)2发生化学反应生成托勃莫来石,这样产品就具有较高的强度和较低的成本,但是产品的耐久性较差。现在一些水泥制品,譬如预应力混凝土管桩,采用免蒸压技术,在不影响强度的情况下,可以使制备的混凝土具有良好的耐久性。为了探明水泥和矿物掺和料的水化硬化机理,了解水化产物的成分及微观结构,以及不同养护方式对混凝土微结构的影响,本文主要通过XRD分析、SEM微观分析手段对复合胶凝材料的水化产物进行研究,主要研究净浆在标准养护、蒸汽养护和蒸压养护条件下的微观结构和水化产物,比较在不同养护条件下净浆的微观结构的破坏程度、水化产物的种类和水化产物微观结构的不同,以期对水泥制品的制备养护工艺的选择起到指导作用。1原材料、配合比和试验方法1.1粉煤灰、矿粉、聚羧酸系减水剂水泥为江南小野田PII52.5水泥,净浆流动度240mm,比表面346m2/kg,初凝140min,终凝201min;粉煤灰为镇江谏壁电厂苏源公司产的I级F类粉煤灰,需水量92%,比表面积454m2/kg,表观密度2240kg/m3;矿粉为江南粉磨公司生产的S95级矿渣微粉,比表面积416m2/kg,表观密度2800kg/m3,减水剂为江苏苏博特产普通高性能聚羧酸系减水剂,含固量20%,减水率30%。水泥、粉煤灰和矿粉的化学成分见表1。1.2净浆蒸汽养护和扫描电镜按配合比表2制备净浆并封装在玻璃试管中,48h后取出硬化的净浆,对其分别进行蒸汽养护、蒸压养护和标准养护。在蒸汽养护和蒸压养护完成后将其破碎放入乙醇溶液中浸泡7d,然后50℃烘干放入封口袋中保存;将在标准养护条件下的净浆养护28天后取出,破碎放入乙醇溶液中浸泡7d,然后50℃烘干放入封口袋中保存。蒸汽养护:静置3h~4h、升温速率20℃/h、恒温温度80℃、恒温时间5h。蒸压养护:进行上述蒸汽养护后,再将净浆放入蒸压釜中蒸汽压力养护4h,蒸压釜温度180℃、压力1.0MPa。SEM分析,将制备好的破碎净浆进行真空镀金,然后将试样放入扫描电镜中进行扫描,使用的电子扫描显微镜为日立SU1510电子扫描电子显微镜,二次电子分辨率3.0nm,背散射电子分辨率4.0nm,加速电压0.3kV~3.0kV。XRD分析,将制备好的破碎净浆磨碎,通过0.045mm的塞子,将粉末装入样品槽中并压实,放入仪器中进行分析。仪器为BrukerD8advand型X射线衍射仪(XRD,德国),工作条件为:Cu靶Kα线,起始角度80°,终止角度20°,管电压40kV,管电流40mA,步长0.02°/min,扫描速度:0.15°/s。2结果与分析2.1托勃莫来石的晶体结构从图1中可以看出,蒸汽压力养护的试样中Ca(OH)2的XRD衍射峰明显小于蒸汽养护和标准养护的试样,托勃莫来石的衍射峰比较明显。主要因为在高温高压条件下,水泥的化学反应与在常压条件下的水泥水化有所不同。在蒸汽压力养护过程中,活性硅质材料改变了胶凝材料的水化过程,(C3S+C2S)+S→C-S-H+CH+S→C-S-H→C5S6H5。二氧化硅的存在促进结晶程度差的C-H-S形成,继续养护,这种低氧化钙凝胶会转变为另一种晶体托勃莫来石。这个反应不会引起水化产物密度和体积较大的变化,在蒸汽压力养护完成后试件可以有很高的初始强度。标准养护和高温蒸汽养护的水化产物在晶体组成上没有明显的差别,Ca(OH)2的衍射峰很明显;相对蒸汽压力养护,标准养护和高温蒸汽养护的托勃莫来石的峰很小,只有在标准养护条件下可以看到AFt峰。这主要因为,蒸汽养护和蒸汽压力养护条件下的水化反应基本相同,水化产物主要是C-S-H和CH,托勃莫来石的衍射峰主要是粉煤灰和矿粉中托勃莫来石晶体产生的,由于钙矾石在60℃以上会失水分解,分解后的硫酸盐被C-S-H凝胶吸附不能很快地生成Aft,只有后期在有水的环境中会重新生产Aft—二次钙矾石反应。2.2水化产物的微裂纹表征图2是在蒸压养护条件下净浆不同放大倍数的SEM照片。从图中可以看出,在蒸压养护条件下的净浆微结构很疏松,结构中有大量相通的裂纹和空隙。说明蒸压养护对微结构的破坏作用比较大,产生大量的微裂缝。图3是净浆在蒸汽养护条件下不同放大倍数的SEM照片,从图中可以看出蒸汽养护对微结构的影响没有蒸压养护对微结构的影响大。当放大2000倍时,可以看出结构中有大量的空隙但是没有明显的裂纹,当放大到1000倍以上时可以看到水化产物凝胶中存在一些微裂纹。试验表明,蒸汽养护对微结构的破坏没有蒸压对微结构破坏大,但是也会给微结构带来一定的影响。图4为净浆在标准养护条件下不同放大倍数的SEM照片,从图中可以看出,在标准养护条件下净浆微结构很密实。在放大到10000倍时,结构中没有发现大量的空隙;结构中存在一些比较规则的裂纹,但裂纹中没有水化产物的生成,应该是在制备样品过程中对试件的破坏产生的微裂纹。试验结果表明,标准养护不会对微结构产生不利影响,在标准养护条件下生成的水化产物结构致密,很少存在空隙和裂缝。2.3水化产物的养护从图5中可以看出,在蒸压养护条件下,球形孔中有托勃莫来石晶体生成,孔的周边还有大量的凝胶状水化产物。说明蒸压养护可以很好地增加胶凝材料的水化速率,也可以改变水化产物;从图6中可以看出,蒸汽养护也可以加速胶凝材料的水化,球形孔周边有大量的凝胶状水化产物形成,但是没有晶体水化产物托勃莫来石,水化产物基本与标准养护相同。从图7中可以看出,在标准养护条件下,净浆的水化产物很致密,水化产物基本也是无定形的硅酸钙凝胶,其中还有一些圆形的未水化的粉煤灰颗粒,说明在标准养护条件下水化速率较慢。在不同蒸汽养护条件下,各净浆微结构及微观结构的比较见表2(1)XRD分析结果表明:净浆在不同的养护条件下生成的水化产物不同,在蒸压条件下Ca(OH)2会与硅质材料生成托勃莫来石;在蒸汽养护和标准养护条件下水化产物基本相同,但是由于Aft在高温条件下不稳定、容易分解,所以在蒸汽养护条件下Aft含量较少。(2)SEM分析结果表明:蒸压养护对净浆微结构的破坏最大,水化产物托勃莫来石生长在孔隙中,由于高温高压加快了水化速率,孔隙周围有大量的水化凝胶生产;蒸汽养护也会对净浆微结构产生一定的破坏作用,但是相对蒸压养护对微结构的破坏作用明显减小,孔隙周围生成大量的水化凝胶;标准养护微观结构最致密,