阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥早期水化與耐久性的研究.pdf

1、水泥是重要的建筑材料,但是隨著社會的發(fā)展,水泥工業(yè)所面臨的問題越來越多,對其性能的要求也越來越高.提高傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的性能,滿足現(xiàn)代建筑工程對水泥材料的多功能、高性能的要求,并達到節(jié)約能源、資源、保護環(huán)境的目的,實現(xiàn)水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展,對國民經(jīng)濟與社會發(fā)展具有重要意義. 以阿利特(C3S)為主導礦物的硅酸鹽水泥早期強度偏低,但后期強度穩(wěn)步增長,硬化后水泥漿體會產(chǎn)生一定的收縮,而影響其性能;以硫鋁酸鋇鈣(C<,2.75>B<,1.

2、25>A<,3>S)為主導礦物的含鋇硫鋁酸鹽水泥具有水化速度快、早期強度高等優(yōu)點,而且在水化硬化過程中,硫鋁酸鋇鈣礦物可產(chǎn)生體積微膨脹,部分抵消了水泥在水化過程中產(chǎn)生的收縮,減少了水泥漿體的微裂紋,提高了水泥的耐久性.本文采用XRD、SEM-EDS、ESEM、IR、水化熱、孔結構分析等測試技術,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的早期水化及其耐久性.結論如下: 通過水化熱和水化速率的研究表明,與硅酸鹽水泥相同,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的

3、水化可分為五個階段,即預誘導期、誘導期、加速期、減速期和穩(wěn)定期.但該水泥體系的誘導期提前,且誘導期的持續(xù)時間縮短.在水化早期,水泥水化速率快,放熱速率高,水化熱高于同齡期硅酸鹽水泥的水化熱,其60h的水化熱為280～300J/g,而硅酸鹽水泥僅為220J/g.采用環(huán)境掃描電鏡(Environmental Scanning ElectronMicroscope,ESEM)對該水泥體系連續(xù)水化過程進行了觀察,發(fā)現(xiàn)在水化初期,在水泥顆粒表面即

4、可觀察到大量的短柱狀鈣礬石,并形成保護膜,產(chǎn)生誘導期;水化早期形成的C-S-H凝膠數(shù)量較少,在加速期才大量形成,最終成為花朵狀結構;在減速期階段,水化產(chǎn)物繼續(xù)形成和生長,漿體結構致密化程度繼續(xù)提高,水化18h后水泥熟料的表面和顆粒間空隙的大部分己被粒狀的水化產(chǎn)物覆蓋和充填;水化24h小時后,硬化漿體致密度較高,水化趨于穩(wěn)定.阿利特一硫鋁酸鋇鈣水泥與硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物基本相同,但其早期水化產(chǎn)物C-S-H數(shù)量較少,針柱狀AFt的數(shù)量明顯增多

5、,并在水泥顆粒表面形成AFt保護膜,導致誘導期出現(xiàn).誘導期的縮短可能與早期AFt的大量形成有關. 可以采用交流阻抗方法研究阿利特一硫鋁酸鋇鈣水泥體系的水化過程,利用阻抗值、電阻率、相對介電常數(shù)等參數(shù)表征水泥的水化過程,通過Nyquist圖研究硬化水泥漿體的微觀結構變化.研究結果表明:隨著水灰比的減少,硬化水泥漿體的總孔隙率降低,孔徑變小,使得孔溶液通路的橫截面積減小,從而導致溶液電阻R<,s>增加.同時,水灰比的降低也可導致水化

6、反應速度減小,使R<,t>增大;隨著石膏摻量的增加,水化早期形成的鈣礬石量明顯增多,由于鈣礬石的膨脹特性,使得硬化水泥漿體更加致密,導致孔溶液通路的橫截面積變小,使溶液電阻R<,5>增加.同時,漿體體積的膨脹,使得水化反應在動力學上越來越難進行,致使R<,t>逐漸增大. 對硅酸鹽水泥、阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的耐久性進行了研究,結果表明:阿利特一硫鋁酸鋇鈣水泥在水化硬化過程中,硫鋁酸鋇鈣礦物可產(chǎn)生體積微膨脹,部分抵消了水泥在水化過

7、程中產(chǎn)生的體積收縮,使該水泥體積穩(wěn)定性提高.并且,隨著石膏摻量的增加,其膨脹率增加,干縮率降低.隨著養(yǎng)護齡期的延長,膨脹率、干縮率均減小:阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥具有良好的抗?jié)B性,硅酸鹽水泥硬化漿體在1.0MPa水壓下持續(xù)8h全部滲水,而阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥均不透水;阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥具有良好的抗凍性,在凍融循環(huán)的條件下,阿利特.硫鋁酸鋇鈣水泥(B2試樣)的60d抗壓強度損失率僅為20.3﹪,而同齡期硅酸鹽水泥的強度損失率則高達42