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掺硫铝酸盐水泥熟料的富硅酸盐水泥体系的性能研究 (2014)

添加日期:2015/4/28 16:03:56   作 者:陈岩  来源:   浏览次数:

掺硫铝酸盐水泥熟料的富硅酸盐水泥体系的性能研究

陈岩

干粉砂浆课题组

摘要:

研究了硫铝酸盐水泥熟料对复合硅酸盐水泥性能的影响。研究表明,当复合水泥中掺入少量硫铝酸盐水泥熟料后。再配以适量的石膏,可以提高其早期强度,且随着硫铝酸盐水泥熟料掺量的增加,其凝结时间明显缩短,并探讨了硫铝酸盐水泥熟料改善复合水泥性能的机理。硫铝酸盐水泥熟料水化形成的钙矾石和铝胶,对硅酸盐水泥熟料矿物水化有促进作用,这是水泥凝结加快、强度增加的主要原因。

关键词:复合硅酸盐水泥;硫铝酸盐水泥;性能;机理

1前言

硅酸盐水泥具有性能稳定、生产成本低的特点,但早期强度发展缓慢,因此在硅酸盐水泥和硅酸盐基水泥的发展过程中,出现了多种改性的硅酸盐水泥和复合水泥。硫铝酸盐水泥具有早强、高强和低碱等特点,但其生产成本较高。因此,运用硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合获得性能更为优异的复合水泥得到了研究,但是相关研究还缺少深度。从试验设计思路上来看,已有研究仅仅停留在两种水泥的复合上。还没有涉及到两种水泥与粉煤灰的共同复合研究方面。为了能够全面认识两大系列水泥与粉煤灰复合后的性能,本文研究了不同配比的硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料和粉煤灰复合后的水泥凝结时问和强度等物理性能。

2试验材料

  1. 盐硫铝酸盐水泥:快硬性硫铝酸盐
  2. 硅酸盐水泥:苏州海螺42.5水泥
  3. 二水石膏

(4)粉煤灰:I级灰,筛余量不大于12%

3试验方法

3.1 试验方案

首先将硫铝酸盐水泥熟料,硅酸盐水泥熟料,二水石膏和粉煤灰分别按照不同比例配制成水泥,控制比表面积为350㎡/kg,固定粉煤灰掺量为30%,二水石膏掺量为5%。

3.2 物理性能的测定方法

水泥净浆标准稠度用水量和凝结时间按GBT1346-2001测定。水泥强度按GBT17671-1999测定。

3.3 实验室标准试验条件

标准试验条件:温度23±2℃,湿度50-70%。

3.4 试验方法

3.4.1 不同比例硫铝酸盐水泥熟料掺量的性能对比

编号

配比

标准稠度用水量/%

凝结时间/min

水灰比

抗压强度/Mpa

抗折强度/Mpa

硅酸盐水泥熟料

硫铝酸盐水泥熟料

初凝

终凝

1d

3d

7d

28d

1d

3d

7d

28d

F1

65

0

28.4

169

206

0.41

13.7

32.6

40.7

42.2

3.8

7.1

7.8

8.2

F2

65

1

28.4

137

187

0.41

13.9

34.8

45.8

47.6

4.1

7.7

8.1

9.4

F3

63

2

28.4

100

151

0.41

15.2

34.6

46.2

48.7

4.7

7.8

8.1

9.6

F4

62

3

28.6

58

112

0.42

15.4

34.8

46.3

49.3

4.9

7.8

8.1

9.6

F5

61

4

29

50

85

0.41

15.8

35.1

46.6

49.6

5.1

8.1

8.2

9.7

F6

60

5

29

42

58

0.41

16.4

34.1

46.8

50.1

4.8

7.3

8.7

10.2

F7

59

6

29.2

32

42

0.41

15.4

30.8

44.8

45.1

4.2

7.1

8.4

9.3

F8

58

7

29.2

21

32

0.42

14.3

27.3

40.3

42.6

4.2

5.9

7.6

8.5

F9

57

8

29.2

17

25

0.42

10.2

22.6

38.3

40.3

3.8

4.2

6.4

8.4

F10

56

9

29.4

16

22

0.42

5.6

8.7

34.2

38.2

2.9

3.4

6.2

7.9

F11

55

10

29.6

16

21

0.42

3.5

12.9

28.1

35.9

1.8

3.6

6.1

8.5

3.4.2 硫铝酸盐水泥熟料掺量对水泥凝结时间的影响

由上表看出,水泥的凝结时间随硫铝酸盐水泥熟料含量的增加而缩短。硫铝酸盐水泥熟料的掺量<5%时,水泥的凝结时间较正常,而掺量>5%时水泥的凝结时间明显加快。

3.4.3 硫铝酸盐水泥熟料掺量对水泥强度的影响

由上表看出,在石膏掺量相同的条件下,硫铝酸盐水泥熟料含量<5%时,随其含量增加,水泥的强度增加;当硫铝酸盐水泥熟料含量>5%时,则反之。试验表明,加入适量的硫铝酸盐水泥熟料可以提高水泥的强度,但过多的掺加硫铝酸盐水泥熟料对强度并没有好处。

3.4.4 试验机理的讨论    

    试验水泥水化反应生成的水化产物主要有高硫型水化硫铝酸钙、单硫型水化硫铝酸钙和Ca(OH)2等。早期的衍射图谱中还有一定量的二水石膏,不过,随着水化的进行,在水化后期二水石膏逐渐消失。随着水化时间的延长,单硫型水化硫铝酸钙的衍射峰逐渐减弱,高硫型水化硫铝酸钙的衍射峰逐渐增强。

掺入硫铝酸盐水泥熟料的水泥拌和水后,很快发生C3S+2CS+34H=C3A·3CS·H2+2AH3

(ge1)的反应,而生成一定量的高硫型水化硫铝酸钙。尽管随硫铝酸盐熟料增加,水泥中C2S的含量有所提高,但由于CAS的快速水化,使水泥熟料的C2S表面会很快暴露出来,与水发生反应,同时CS水化能进一步促进C3S的水化。并且,随着硫铝酸盐水泥熟料掺量的增加,钙矾石和铝胶的形成数量增多,速度加快。

    所以,系统在C2S高的情况下仍然能够以比硅酸盐水泥水化还要快的速度进行,甚至能达到闪凝的程度。低碱度的硫铝酸盐水泥熟料掺入高碱度的硅酸盐水泥熟料,相应提高水泥浆体的碱度,使其中的水化产物加快生成,是所配制的水泥发生快凝,甚至有时发生急凝的内在原因。

   水化早期高硫型硫铝酸钙衍射峰较强,说明样品初期水化生成较多钙矾石,这样钙矾石形成的强度骨架被大梁的胶体填充,从而使水泥石的结构密实,孔隙率降低,强度提高。当掺入的硫铝酸盐水泥熟料完全水化之后,水泥的水化进程基本上与硅酸盐水泥相一致。

4试验结果及分析

  1. 掺入硫铝酸盐水泥熟料后的水泥凝结时间明显缩短。未掺时,水泥的凝结时间为169min;当掺量为5%时,其初凝时间降为42min,而掺量达到10%时,初凝时间为16min,接近急凝。
  2. 当硅酸盐水泥熟料中掺入少量硅酸盐水泥熟料后,配以适量的石膏,能够提高水泥的早期强度,可以在一定程度上解决硅酸盐水泥早期强度发展缓慢的问题。掺5%硫铝酸盐水泥熟料与不掺的水泥系统相比,3d,28d抗压强度分别提高1.5Mpa,7.9Mpa,同期抗折强度也有所提高。
  3. 硫铝酸盐水泥熟料水化形成的钙矾石和铝胶,对硅酸盐水泥熟料矿物的水化有促进作用,是复合水泥凝结加快,强度提高的主要原因。

参考文献

[1] 卢安修编著,无机非金属材料导论.中南大学出版社,2003

[2] 国家自然科学基金委员会.工程与材料科学部编著.无机非金属材料科学.科学出版社,2006

[3] 王培铭主编.无机非金属材料学.同济大学版社,1999

[4] 王红,硅酸盐水泥熟料对硫铝酸盐水泥某些性能的影响[J],武汉建设学院学报,1984-4-7

[5] 刘晓宇,硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合性能的研究,1998-10-12


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